Trabajo Final de Maquinaria y Equipos Agroindustriales

AO DE LA INTEGRACIN NACIONAL Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDADUNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL ESCUELA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

TRABAJO FINAL

CONGELACIN- Proceso que implica la eliminacin de caloro INTEGRANTES : CANGO TRONCOS GABRIEL NGEL FACUNDO FARFAN IVAN ALONSO FLORES CALLE ANAEL DE LOS MILAGROS MOSCOL JUAREZ CARLOS ENRIQUE o CURSO o DOCENTE o FECHA : MAQUINARIA Y EQUIPOS AGROINDUSTRIALES : ING. ALEJANDRO LAZO SILVA : 05/03/2012

Proceso de Congelacin de alimentos

INDICE

Introduccin Fundamento terico I. II. 2.1. 2.2. 2.3. III. 3.1. 3.2. IV. V. Antecedentes histricos. Aspectos generales del proceso. Concepto Caractersticas generales Aspectos fsicos del proceso Instalaciones y equipos. Tipos de instalaciones Caractersticas de las instalaciones Aplicaciones Industriales Efectos sobre los alimentos

Conclusiones Referencias bibliogrficas Anexos

Curso: Maquinaria y Equipos agroindustriales


INTRODUCCIN

La congelacin es un importante mtodo de tratamiento de alimentos. Esto se debe fundamentalmente al hecho de que muchos alimentos congelados cuando se preparan y almacenan correctamente, conservan la mayor parte de las propiedades "fresca" del alimento original durante largo tiempo. El desarrollo de procesamientos adecuados para congelar y manipular un gran volumen de alimentos, as como para almacenarlos durante su distribucin de forma que sufran cambios mnimos de temperaturas, ha hecho que este sistema sea un xito en la elaboracin de alimentos. La temperatura es un factor importante en el mantenimiento de la calidad de los alimentos por lo cual la congelacin permite bajo este fundamento conservar alimentos mantenindolos a temperaturas muy bajas. La conservacin de alimentos mediante congelacin se produce debido a diferentes mecanismos. La reduccin de la temperatura del producto a niveles por debajo de 0C produce un descenso significativo en la velocidad de crecimiento de microorganismos y, por lo tanto, en el deterioro del producto debido a la actividad microbiana. La misma influencia de la temperatura puede aplicarse a la mayora de las reacciones que pudieran ocurrir en el producto tanto enzimticas como de oxidacin. Adems la formacin de cristales de hielo dentro del producto disminuye la disponibilidad del agua para participar en dichas reacciones. El propsito del trabajo es presentar los bases conceptuales de la operacin de congelacin que es de gran importancia en el procesamiento de frutas y hortalizas, proceso que implica la eliminacin de calor y consiste en un importante mtodo de preservacin de los alimentos y que garantiza la vida til por largo tiempo de los productos procesados.



OBJETIVOS General: Dar a conocer la operacin unitaria de congelacin en la industria alimentaria.

Especficos: Conocer los antecedentes histricos de la operacin de congelacin. Conocer las bases conceptuales y caractersticas generales de la congelacin. Describir las instalaciones y equipos necesarios para la congelacin de alimentos.

Conocer las aplicaciones industriales de la operacin de congelacin. Analizar los efectos de la congelacin sobre las caractersticasorganolpticas y valor nutritivo de los alimentos.



FUNDAMENTO TERICO

I.

ANTECEDENTES HISTRICOS

Antes de la invencin de los frigorficos, en la edad antigua y edad media, se utilizaban las especias y la sal para conservar loa alimentos, razn por la cual ests adquirieron tanta importancia; pero la versin ms primitiva que se conoce del refrigerador o frigorfico, era un armario de madera, aislado, en el que haba un compartimiento superior, donde se pona nieve y por eso se le llamo nevera. En 1784 se construy el primer frigorfico que funcionaba con electricidad, y aunque congelar los alimentos comercialmente se hizo por primera vez en 1842, la industria de congelados como la conocemos hoy, tiene un origen ms reciente que la de envasado, pero la conservacin de alimentos a gran escala por congelacin comenz a finales del siglo XIX con la aparicin de la refrigeracin mecnica. En 1927 se fabricaron los primeros frigorficos de uso domstico. Sin embargo, hubo que esperar hasta los aos treinta para asistir a la comercializacin de los primeros alimentos congelados, que fue posible gracias al descubrimiento de un mtodo de congelacin rpida. En 1931 aproximadamente, se descubre el fren como refrigerante, que por sus propiedades ha sido desde entonces muy empleado en frigorficos, tanto a escala industrial como domstica. Este gas, ms conocido por el nombre comercial de "Fren 12", ante la Sociedad Qumica Americana, posteriormente encontr otras aplicaciones, en especial como propulsor de aerosoles, hasta que a finales del siglo XX se descubri que daaba la capa de ozono. Despus de tantos aos de tratar de congelar y preservar, el hombre descubri que la congelacin conserva los alimentos al impedir la multiplicacin de los microorganismos, pero tambin descubri que dado que el proceso no destruye a todos los tipos de bacterias, aquellas que sobreviven se reaniman en la comida al descongelarse y a menudo se multiplican mucho ms rpido que antes de la congelacin. Por lo cual es importante que utilicemos de inmediato aquellos alimentos que han sido sometidos a un proceso de congelacin y descongelamiento, especialmente las carnes y entre ellas se distingue la carne de puerco o cochino.



II. 2.1.

ASPECTOS GENERALES DE LA CONGELACIN Concepto

La congelacin es aquella operacin unitaria en la que la temperatura del alimento se reduce por debajo de su punto de congelacin a fin de conservarlo a travs de la solidificacin del agua contenida en stos. En alimentacin se define la congelacin como la aplicacin intensa de fro capaz de detener los procesos bacteriolgicos y enzimticos que alteran los alimentos. La congelacin es un medio excelente para mantener casi inalteradas durante un tiempo prolongado las caractersticas originales de alimentos perecederos.

2.2.

Caractersticas generales de la congelacin

En la congelacin al disminuir la temperatura del alimento por debajo de su punto de congelacin, la proporcin elevada del agua que contiene cambia de estado formando cristales de hielo. La inmovilizacin del agua en forma de hielo y el aumento de la concentracin de los solutos en el agua no congelada reduce la actividad de agua del alimento. La conservacin por congelacin se consigue por un efecto combinado de las bajas temperaturas y una actividad de agua ms baja. Cuando la congelacin y el almacenamiento se realizan adecuadamente, las caractersticas organolpticas y el valor nutritivo del alimento apenas si resultan afectados. Uno de los factores a tener en cuenta en el proceso de congelacin es el contenido de agua del producto. En funcin de la cantidad de agua se tiene el calor latente de congelacin. El calor latente del agua es la cantidad de calor necesario para transformar 1 kg de lquido en hielo, sin cambio de temperatura, en este caso es de 80 kcal/kg.



Otros factores son la temperatura inicial y final del producto pues son determinantes en la cantidad de calor que se debe extraer del producto. La congelacin radica en la disminucin de la temperatura, generalmente entre -20C a 30C, lo cual permite que las reacciones bioqumicas sean ms lentas y adems inhibe la actividad microbiana, generando el estado de latencia de sta, lo que no significa que los microorganismos estn muertos. Durante el proceso se produce la solidificacin del agua libre presente en el alimento, es decir, el agua contenida es transformada en hielo a una temperatura habitual de -18C, disminuyendo as la actividad de agua del sustrato.

El agua es el principal componente de los alimentos. Una parte de esta agua est ligada en diversos grados, a los complejos coloidales macromoleculares, por sus estructuras gelificantes o fibrosas en el interior de las clulas y en los hidratos. En el proceso de congelacin, la formacin y el crecimiento de los cristales de hielo producen modificaciones en el producto. Los componentes celulares solubles pueden causar la saturacin y precipitar; modificaciones del pH pueden afectar los complejos coloidales ; cambios muy marcados en la presin osmtica pueden romper las membranas semipermeables. Para obtener el efecto conservador deseado, reducir reacciones no deseables y mantener en este estado el producto durante el almacenamiento, de manera que se reduzca lo ms posible las modificaciones fsicas, qumicas y microbiolgicas, es indispensable determinar con exactitud los tratamientos anteriores a la congelacin, la velocidad ptima de congelacin, el tipo de embalaje, la temperatura de almacenamiento y la velocidad de descongelacin.



2.3.

Aspectos fsicos del proceso

Para la congelacin, primero es preciso eliminar el calor sensible del alimento para bajar la temperatura hasta alcanzar la temperatura de congelacin. En los alimentos frescos debe eliminarse tambin el calor generado por la respiracin metablica. La cantidad de calor a extraer, denominada carga calrica, (heat load) es importante ya que ello determinara la potencia que deber tener la instalacin. Seguidamente se elimina el calor latente de congelacin, lo que provoca la formacin de cristales de hielo. Deber tambin eliminarse el calor latente correspondiente a otros componentes de los alimentos, por ejemplo las grasas. Como la mayor parte de los alimentos contienen una elevada proporcin de agua el calor latente de congelacin de otros componentes es comparativamente pequeo. El calor especfico del agua es elevado (4.200 J kg1K-1) y su calor latente de congelacin tambin (335 kJ kg -1), por lo que la cantidad de energa necesaria para congelarlos es grande. Esta energa se suministra en forma de energa elctrica que es consumida, en los sistemas de refrigeracin mecnicos, o para comprimir el gas refrigerante y en otros, para comprimir y enfriar los compuestos criognicos.

Formacin de cristales de hielo.El punto de congelacin de un alimento es aquella temperatura en la que coexisten, en equilibrio, el agua y pequeos cristales de hielo. Sin embargo, para que un cristal de hielo pueda formarse debe primero existir un ncleo de molculas de agua, es decir, debe producirse primero la nucleacin. Existen dos tipos de nucleacin: nucleacin homognea (la orientacin al azar de molculas de agua) y la heterognea (la formacin del ncleo sobre partculas en suspensin o sobre la pared celular). La nucleacin ms corriente en los alimentos es la heterognea, Esta es la nucleacin que se produce en el sobre enfriamiento. La duracin del perodo de sobre enfriamiento depende del tipo de alimento y de la velocidad a la que el calor se disipa. La eliminacin rpida del calor da lugar a la formacin de un gran nmero de ncleos. Las molculas de agua se desplazan preferentemente hacia los ncleos ya existentes formados nuevos ncleos. La congelacin rpida da lugar, por tanto, a la formacin de un gran nmero de cristales de hielo.



Sin embargo, en distintos tipos de alimentos, e incluso en alimentos semejantes que han recibido distintos tratamientos de congelacin, pueden encontrarse cristales de hielo de tamaos muy variables. Durante la mayor parte de la meseta de la congelacin la formacin de cristales de hielo se halla controlada por la velocidad de transferencia calrica. La velocidad de transferencia de masa (de las molculas de agua hacia los cristales de hielo en crecimiento y de los solutos, apartndose de ellas) no controla la velocidad de crecimiento de los cristales, excepto hacia el final del periodo de congelacin, en el que los solutos se hallan ms concentrados. Por tanto, el tiempo que tarda un alimento en atravesar la zona crtica determina, tanto el nmero, como el tamao de los cristales de hielo.



Concentracin de solutos.El incremento en la concentracin de solutos durante la congelacin provoca cambios en la viscosidad, el pH y el potencial redox del lquido no congelado. A medida que la temperatura desciende, se va alcanzado la saturacin de las distintas sustancias disueltas que, como consecuencia, cristalizan. A la temperatura a la que un cristal de un determinado soluto se halla en equilibrio con el lquido no congelado y el hielo, se le denomina temperatura eutctca (por ejemplo: para la glucosa es -5C, para la sacarosa -14C, para el cloruro sdico -21,13C y para el cloruro clcico -55C). Sin embargo, como resulta difcil identificar las distintas temperaturas eutctieas individuales en la compleja mezcla de solutos que constituye los alimentos, se utiliza el trmino temperatura eutctica final, que es la temperatura eutctica ms baja de los solutos del alimentos (por ejemplo: para los helados es de -55C, para la carne de 50 a -60C y para el pan de -70C (Fennema, 1975a). La mxima formacin de cristales de hielo no se consigue hasta que no se alcanza esta temperatura. Como los alimentos nunca se congelan comercialmente a temperaturas tan bajas, siempre contienen cierta proporcin de agua no congelada.



Cambios de volumen Como el volumen del hielo es un 9% superior al del agua es esperable que, durante la congelacin de los alimentos, se produzca una dilatacin. La dilatacin que se produce vara considerablemente de acuerdo con los siguientes factores: 1. Contenido en agua, a mayor contenido en agua, mayor aumento de volumen. 2. Disposicin celular: los tejidos vegetales poseen unos espacios intracelulares rellenos de aire, que absorben los incrementos internos de volumen sin que se aprecien cambios importantes en el volumen global (por ejemplo: el volumen de las fresas enteras congeladas a -20C slo aumenta un 3%, mientras que el de las troceadas aumenta un 8,2 %) (Leniger y Beverloo, 1975). 3. La concentracin de solutos: las concentraciones elevadas de solutos bajan el punto de congelacin. Por ello, los alimentos con una concentracin de solutos muy elevada, ni se congelan, ni se dilatan, a las temperaturas de congelacin normalmente utilizadas en la industria. 4. La temperatura de la cmara de congelacin; determina la proporcin de agua congelada y por tanto, el grado de dilatacin, Los compuestos, cristalizados (el hielo, las grasas y los solutos, entre otros) cuando se enfran, se contraen, con lo que el volumen del alimento se reduce.



Clculo del tiempo de congelacin Durante la congelacin, el calor del alimento pasa, por conduccin, del interior a la superficie y de ella al medio de congelacin. Los factores que determinan la velocidad de esta transferencia calrica son: 1. 2. 3. 4. 5. La conductividad trmica del alimento. El rea del alimento expuesta al intercambio. La distancia que el calor deber atravesar. La diferencia de temperatura entre el alimento y el medio de congelacin. El efecto aislante de la capa superficial de aire que rodea el alimento.

Si el alimento se halla envasado, el envase impone tambin una barrera al flujo calrico. Si bien resulta difcil definir el tiempo de congelacin, se han establecido dos conceptos. El tiempo efectivo de congelacin, que es el tiempo necesario para que la temperatura del alimento en su centro trmico descienda desde su valor original hasta una temperatura predeterminada y el tiempo de congelacin nominal, que es el tiempo transcurrido desde que la superficie del alimento alcanza 0C hasta que su centro trmico se halla 10C por debajo de su temperatura de congelacin. El tiempo efectivo de congelacin representa una medida del tiempo que el alimento deber permanecer en el congelador y se utiliza para calcular la capacidad de un proceso de elaboracin. En cambio, el tiempo de congelacin nominal se emplea para calcular el deterioro sobre el alimento, ya que no toma en consideracin las condiciones inciales o las diferentes velocidades de congelacin en los distintos puntos de la superficie de aqul. El clculo del tiempo de congelacin resulta complicado por las siguientes razones: 1. Diferencias en la temperatura inicial del alimento. 2. Diferencias en la forma y tamao de las piezas a congelar. 3. Diferencias entre las temperaturas de congelacin y las velocidades de cristalizacin de distintas partes del alimento. 4. Los cambios en la densidad, conductividad trmica, calor especfico y transmisin del calor del alimento a medida que ste se va enfriando.



Calor latente.La eliminacin del calor latente complica los clculos de transferencia calrica en estado no estacionario haciendo imposible el clculo matemtico de la velocidad de congelacin. En la mayor parte de los casos los clculos aproximados que se obtienen mediante la frmula desarrollada por Plank resultan suficientes. Para ello se asumen los siguientes extremos: 1. Que la congelacin se inicia en el punto de congelacin del alimento, con toda el agua que este contiene sin congelar. Para el clculo se desprecian las prdidas de calor sensible. 2. Que la transferencia de calor se produce a una velocidad suficientemente baja como para que se produzca en condiciones de estado estacionario. 3. Que el frente de congelacin mantiene una forma semejante a la del alimento para un alimento rectangular, el frente de congelacin adoptara, por tanto tambin una forma rectangular). 4. Que no existe ms que un solo punto de congelacin. 5. Que la densidad del alimento durante el proceso no vara. 6. Que la conductividad trmica y el calor especfico del alimento durante su enfriamiento antes de congelar no varan, cambiando, al congelarse, aun valor que permanece tambin constante durante su enfriamiento en congelacin.



III.

INSTALACIONES Y EQUIPOS

Las instalaciones de congelacin se clasifican globalmente en: 1. Sistemas de refrigeracin mecnicos: en ellos un refrigerante es evaporado y comprimido en un circuito cerrado, y 2. Congeladores criognicos. Los congeladores mecnicos utilizan como medio de congelacin el aire enfriado, un lquido, o superficies fras. Los congeladores criognicos utilizan anhdrido carbnico, nitrgeno lquido o fren, que entran en contacto directo con el alimento. Para la eleccin del sistema de congelacin adecuado deben tomarse en Consideracin los siguientes extremos: 1. La velocidad de congelacin requerida por el alimento. 2. El tamao, forma y sistema de envasado del alimento. 3. Si el sistema de congelacin va a ser discontinuo o continuo (que depender del ritmo de fabricacin y de la variedad de productos a congelar). Otro sistema de clasificacin, que se basa en la velocidad a la que migra el frente de congelacin, es el siguiente: 1. Congeladores lentos y rpidos (0,2 cm h-1) (slow freezers and Shan freezers). A este grupo pertenecen los sistemas de congelacin por conveccin y los almacenes de mantenimiento en congelacin. 2. Congeladores semirpidos (0r5-3 cm h-1) (Quick freezers), entre los que se hallan los tneles de aire forzado y los congeladores de placas. 3. Congeladores rpidos (5-10 cm h-1) (Rapid freezqrs) entre los que se encuentran los congeladores en lecho fluidificado y 4. Los congeladores ultrarrpidos (10-100 cm h-1) (Ulrarapid freezers), que son los congeladores criognicos. Todos los congeladores poseen una capa de aislamiento de polestreno expandido, poliuretano u otros materiales, de muy baja conductividad trmica.



A) CONGELADORES DE AIRE 1. Congeladores de cajn En estos congeladores el producto se congela por contacto con aire a -20 y -30C, que circua por conveccin natural. Este tipo de congeladores no se emplean industrialmente, ya que, al ser sus velocidades de congelacin bajas (3-72 h), este sistema resulta caro y afecto a la calidad del producto. Los almacenes frigorficos de mantenimiento en congelacin pueden considerarse como congeladores de cajn de gran volumen. Se emplean para la congelacin de canales, para el almacenamiento de alimentos congelados por otros mtodos y como frigorficos de endurecimiento de helados. En ellos, la circulacin del aire se impulsa mediante ventiladores, con objeto de homogeneizar la temperatura, A pesar de ello los coeficientes de transmisin de calor que se obtienen son bajos.

2. Tneles de congelacin En ellos el alimento es sometido a un chorro de aire a -30 y -40C a una velocidad de 1.5-6 m s-1. El chorro de aire a esta elevada velocidad reduce el grosor de la pelcula superficial incrementando el coeficiente de transmisin de calor, superficial. En los sistemas discontinuos, los alimentos se congelan en bandejas apiladas en armarios o en recintos de congelacin. En ellos, las vagonetas deben estar completamente llenas para evitar que el aire circule principalmente por los huecos. Los sistemas continuos suelen estar constituidos por una serie de vagonetas que transportan las bandejas apiladas (o bien cintas sinfn que transportan al alimento de forma continua) a lo largo de un tnel aislado. Existen tneles, de mltiples etapas que estn constituidos por diversas cintas sinfin en las que el producto va cayendo en su trayecto por la instalacin.



Este sistema, que evita que el alimento se aglomere, permite controlar el grosor de la capa en cada cinta (por ejemplo: en una primera fase se congela durante 5-10 minutos en capa de un grosor de 25-50 cm y en una segunda, se reapila en una capa de un grosor de 100-125 mm). Como estas instalaciones son ms compactas (la relacin su superficie/volumen es ms favorable) se consigue un ahorro de un 30% en las prdidas calricas y de un 20% menos en espacio. En ellas el flujo de aire a travs del alimento (que puede ser paralelo o perpendicular) es homogneo en toda su masa. Los tneles de congelacin son relativamente baratos y de utilizacin muy flexible, ya que permiten congelar alimentos de diversas formas y tamaos. Son instalaciones compactas, que no requieren grandes inversiones y su capacidad de produccin es relativamente elevada (200-1,500 kgh-1). Sin embargo, en alimentos no envasados o particulados, la intensa circulacin de aire puede provocar quemaduras por el frio y oxidaciones. Como el agua que el aire roba de los alimentos se congela en el evaporador ste debe descongelarse peridicamente.



3. Congeladores de cinta sinfn (congeladores en espiral)

Estos congeladores son en realidad tneles de congelacin por chorro de aire, modificados, en los que la cinta sinfn discurre en el interior de los mismos de abajo hacia arriba en una trayectoria en espiral. En algunos sistemas, la cinta se autoenrolla sobre s misma, es decir, se autoapila, lo que permite eliminar los soportes que la cinta tena en las instalaciones anteriores: Esto permite aumentar la capacidad de la instalacin en un 50%.

Para reducir las prdidas de peso por evaporacin, el aire fro, o el nitrgeno lquido nebulizado, se impulsan de arriba hacia abajo a travs de la cinta apilada (flujo contracorriente). Los congeladores en espiral ocupan poco espacio y son de gran capacidad (por ejemplo; una cinta apilada en 32 capas de 50 x 75 cm es capaz de congelar hasta 3.000 kg h-1). Otra ventaja de este tipo de instalaciones es que: en ellas la carga y descarga es automtica, requieren escaso mantenimiento y son de utilizacin muy flexible. Se emplean para alimentos muy diversos como: pizzas, pasteles, tartas, helados, pescado entero y pollo en porciones.

4. Congeladores en lecho fluidificado Son una variante de los tneles de congelacin por chorro de aire, en la que el alimento en capa de 2-13 cm sobre una bandeja o cinta sinfn perforada, es sometido a un chorro de aire a -25C y -35 C a una velocidad de 2-5 ms-1. Algunas instalaciones son de doble etapa; en la primera la superficie del alimento se congela con rapidez y en la segunda su congelacin se completa circulando sobre una cinta en capa de 10-15 cm. Esta rpida congelacin superficial resulta de gran utilidad en frutas troceadas y otros productos con tendencia a la agregacin. El grosor de la capa fluidificada y la velocidad de aire necesaria para la fluidificacin vienen determinadas por la forma y el tamao de las piezas del alimento en cuestin. Los congeladores en lecho fluidificado permiten obtener coeficientes de transmisin de calor ms elevados, tiempos de congelacin ms cortos y capacidades de produccin mayores (10.000 kg h-1).



Por otra parte, la deshidratacin que provocan en los alimentos a granel, es menor que en los tneles de congelacin por aire, por lo que las descongelaciones no tienen que efectuarse con tanta frecuencia. Sin embargo, por sus caractersticas, este sistema solamente es utilizable en alimentos particulados (por ejemplo: guisantes, maz, gambas, fresas o patatas fritas). Existen instalaciones parecidas a stas, denominadas congeladores de flujo transverso (through - flow-freezers) en las que el aire atraviesa la capa de alimento sin llegar a fluidificarla. Son instalaciones que se utilizan para alimentos de mayor tamao (por ejemplo: filetes de pescado). Ambos tipos de instalaciones son compactas, de gran capacidad, y adecuadas para la congelacin; individual de alimentos.



B) CONGELADORES LQUIDOS 1. Congeladores por inmersin En ellos, el alimento envasado, que circula por una cinta sinfn de malla, atraviesa un bao que contiene un lquido preenfriado (propiln-glicol, salmuera, glicerina o una solucin de cloruro clcico). En contraste con la congelacin criognica, en estas instalaciones el lquido no cambia de fase (no pasa a vapor). Son instalaciones relativamente baratas y permiten obtener velocidades de transferencia calrica relativamente elevadas (Tabla 3). Se emplean industrialmente para congelar zumo de naranja concentrado y envasado en envases de cartn laminado y para precongelar canales de pollo envasadas en pelculas plsticas, antes de su congelacin definitiva en tnel.

C) CONGELADORES DE SUPERFICIE ENFRIADA 1. Congeladores de placas Los congeladores de placas estn constituidos por una serie de placas huecas dispuestas vertical y horizontalmente por las que circula el refrigerante a -40C. Estas instalaciones pueden ser de funcionamiento discontinuo, semicontinuo, o contino. En ellas, el alimento, plano y de poco grosor (por ejemplo: filetes de pescado, taquitos de pescado o hamburguesas) se dispone en capa nicaCurso: Maquinaria y Equipos agroindustriales


entre las placas que, mediante un sistema hidrulico, se aproximan hasta contactar con el alimento, presionndolo suavemente. De esta forma se aumenta la superficie de contacto y por tanto, la velocidad de transferencia calrica. Cuando se congelan alimentos envasados, la presin ejercida evita que los envases se deformen durante la congelacin. La capacidad de produccin de estas instalaciones discontinuas oscila entre los 90-2700 kg h-1. Sus ventajas son diversas: son relativamente baratas de funcionamiento, ocupan poco espacio, poseen un elevado coeficiente de transferencia calrica y provocan poca deshidratacin, por lo que las descongelaciones no es preciso que sean tan frecuentes. (Tabla 3). Sus principales desventajas son: requieren inversiones relativamente elevadas y solo resultan adecuadas para productos planos de poco grosor.

2. Congeladores de superficie rascada ste tipo de congeladores se emplean para alimentos lquidos o semislidos (por ejemplo: helados). Su diseo es semejante al de algunas instalaciones de evaporacin y esterilizacin por calor. Se diferencian de ellas en que por su interior, en lugar de vapor,



circula amonaco, salmuera o un refrigerante fluorocarbonado. En los congeladores para helados, el motor, al propio tiempo que desprende la mezcla congelada de la superficie del rodillo, le incorpora aire. La mezcla, que es bombeada per su interior se congela a -4 y 7C y a su salida se distribuye en recipientes que pasan a un recinto de almacenamiento en congelacin para su endurecimiento.

D) CONGELADORES CRIOGNICOS Estos congeladores se caracterizan porque en ellos el refrigerante (o compuesto criognico) cambia de estado merced al calor que absorbe del producto a congelar. Este compuesto criognico entra en contacto ntimo con el alimento captando rpidamente del mismo el calor latente de vaporizacin o sublimacin, congelndolo rpidamente. Los compuestos refrigerantes ms corrientes son el nitrgeno lquido y el anhdrido carbnico, slido o lquido. Se emplea tambin, aunque con menor frecuencia el diclorodifluoro-metano (Refrigerante 12 o Fren 12) y se asegura que este compuesto es el nico refrigerante que se recupera casi por completo por lo que su utilizacin resulta ms econmica (Astrom y Lascelles, 1976). No provoca en el alimento un shock tan intenso como otros y resulta especialmente adecuado para alimentos pegajosos termosensibles (por ejemplo: tomate en rodajas y pasta de carne). El consumo de anhdrido carbnico para un proceso determinado es ms elevado que el que se requerira con nitrgeno lquido, pero las prdidas durante el almacenamiento son inferiores. Incluso, a veces se, utilizan sistemas de recuperacin que abaratan el proceso. La eleccin del refrigerante adecuado viene esencialmente determinada por su coste y la naturaleza del producto a congelar. La utilizacin de nitrgeno lquido se halla muy difundida en el Reino Unido, mientras que en Estados Unidos y Europa Se emplea ms el anhdrido carbnico ya que, con l se reducen los gastos de produccin. En los congeladores por nitrgeno lquido el alimento, envasado o a granel, es transportado sobre una cinta sinfn perforada, a lo largo de un tnel, en el que se enfra por contacto con nitrgeno gaseoso. Finalmente, el alimento se congela por ducha de nitrgeno lquido. En el tnel l alimento se congela hasta la temperatura a la que se va a mantener en congelacin (entre -18 y -20 C). La capacidad de estos tneles es de 45-1350kg h-1. El contacto del alimento con el nitrgeno en forma gaseosa reduce el efecto del shock trmico. La circulacin del nitrgeno en el interior del tnel (forzada mediante ventiladores) permite alcanzar coeficientes de transferencia calrica muy elevados, que por circulacin natural seran imposibles de conseguir.



El control de la temperatura y de la velocidad de la cinta sinfn se efecta por ordenador, lo que permite mantener constante la temperatura del producto a la salida, independientemente de su temperatura a la entrada; Estas instalaciones pueden, por tanto, mantener su eficacia incluso a su mxima capacidad de congelacin. Ello las hace ms flexibles y econmicas que los sistemas de congelacin mecnicos, en los que la capacidad de enfriamiento es fija. Poseen tambin otras ventajas, como son: 1. Los gastos de instalacin son bastante inferiores a los de otras instalaciones (aproximadamente el 30 % de los sistemas mecnicos), son muy sencillas y funcionan de forma continua. 2. Las, prdidas de peso del producto por deshidratacin son menores (0,5% comparado con el 1,0-8,0% de los sistemas mecnicos por chorro de aire). 3. La congelacin es ms rpida (Tabla 3), lo que afecta menes a las caractersticas organolpticas y valor nutritivo de los alimentos. 4. Durante la congelacin el oxigeno se elimina. 5. Su puesta en marcha no requiere ningn perodo previo de preparacin (la congelacin se inicia nada ms arrancar la instalacin). 6. Son de bajo consumo energtico (Leeson, 1987).



IV.

APLICACIONES INDUSTRIALES.

En las instalaciones de congelacin en espiral a veces se emplea, en lugar de aire, nitrgeno lquido. Las ventajas de este sistema son que los tiempos de congelacin son ms cortos y las instalaciones pueden ser ms compactas, ya que se ahorra el espacio ocupado por los evaporadores. Este sistema se emplea tambin para la congelacin superficial de la carne antes de su corte en rodajas a gran velocidad y para la congelacin superficial de los helados antes de aplicarles el recubrimiento de Chocolate fundido.

La inmersin de los alimentas en nitrgeno lquido no provoca deshidratacin alguna, pero causa un intenso shock trmico que, si bien es aceptable en algunos productos (por ejemplo: en frambuesas, gambas y carne en rodajas) en muchos otros, las tensiones internas que se generan por la gran velocidad de congelacin provocan su o rotura. La congelacin rpida de alimentos permite, con instalaciones relativamente poco voluminosas, alcanzar velocidades de congelacin muy elevadas en alimentos, congelados individualmente (IQF) (por ejemplo: un bao de 1,5 m de longitud de nitrgeno lquido es capaz de congelar 1 tonelada por hora de un alimento troceado).



V.

EFECTOS SOBRE LOS ALIMENTOS

El principal efecto de la congelacin sobre la calidad de los alimentos es el dao que ocasiona en las clulas el crecimiento de los cristales de hielo. La congelacin apenas si afecta, desde el punto de vista nutritivo, a los pigmentos, aromas o componentes importantes. De hecho, es posible que stos se hayan ya perdido a lo largo del proceso de preparacin o que se pierdan ms tarde durante su almacenamiento en congelacin. La congelacin puede desestabilizar las emulsiones y las protenas disueltas, a veces precipitan. Esta es la razn por la que la leche no se congela. En los alimentos horneados se requiere una concentracin elevada de amilopectna en el almidn para evitar la retrogradacin y endurecimiento que se produce corno consecuencia de la congelacin lenta y del almacenamiento en congelacin. La resistencia de diversos tejidos animales o vegetales a la congelacin es muy diversa. Las carnes, por ejemplo, poseen una estructura ms fibrosa y durante la congelacin, en lugar de romperse, se separa, por lo que su textura no se modifica. Como la estructura celular de frutas y verduras es muy rgida, la formacin de los cristales de hielo le puede afectar con ms facilidad. La intensidad de estos efectos depende del tamao de los cristales, y por tanto, de la velocidad de transferencia de calor. Sin embargo, a este respecto, son ms importantes las diferencias entre las distintas materias primas y sus calidades, as como el cuidado con el que se realizan las operaciones de preparacin, que el beneficio que se obtiene por una congelacin, almacenamiento en congelacin y descongelacin correctamente realizadas. En la congelacin lenta los cristales de hielo crecen en los espacios intracelulares deformando y rompiendo las paredes de las clalas con las que contactan. La presin de vapor de los cristales de hielo es inferior a La de distintos puntos en el interior de la clula, por lo que el agua pasa de las clulas a los cristales, engrosndolos, El incremento de la concentracin de solutos que la congelacin provoca en algunas zonas, origina daos irreparables por causa de la deshidratacin. Durante la descongelacin las clulas son incapaces de recuperar su forma y turgencia originales. Como consecuencia, el alimento se reblandece y el material celular se pierde por goteo (drip loss). En la congelacin rpida los cristales de hielo que se forman, tanto en el interior de la clula como en los espacios intercelulares, son de menor tamao, por lo que la estructura celular apenas resulta daada. Tampoco se forma un gradiente de vapor, por lo que la deshidratacin celular no se produce. Por todo ello la textura del alimento apenas si resulta afectada.



CONCLUSIONESLa congelacin como medio de conservacin produce generalmente un producto de alta calidad para el consumo, aunque dicha calidad depende finalmente tanto del proceso de congelacin realizado como de las condiciones de almacenamiento del producto congelado. La velocidad de congelacin o tiempo necesario para que la temperatura del producto disminuya hasta alcanzar valores inferiores a la temperatura inicial de congelacin, influir en la calidad del producto, aunque de diferente manera dependiendo del tipo de alimento. Para congelar un alimento, el producto debe exponerse a un medio de baja temperatura durante el tiempo suficiente para eliminar los calores sensible y latente de fusin del producto. La eliminacin de estos calores produce una disminucin de la temperatura del producto as como la transformacin del agua de su estado lquido al estado slido. El proceso de congelacin puede lograrse mediante sistemas de contacto directo o indirecto. En la mayora de los casos, el tipo de sistema utilizado depender de las caractersticas del producto, tanto antes de la congelacin como despus de ella. En numerosos sistemas de congelacin de alimentos, el producto y el refrigerante estn separados por una barrera durante todo el proceso de congelacin. A estos sistemas se les conoce como sistemas de contacto indirecto, entre los cuales se tiene: congeladores por placas, por corriente de aire, etc. En cambio, los sistemas de contacto directo, son sistemas de congelacin que operan por medio del contacto directo entre el refrigerante y el producto. En la mayora de las ocasiones, estos sistemas operarn ms eficazmente si no existen barreras a la transmisin de calor entre el refrigerante y el producto. Los refrigerantes que se utilizan en estos sistemas pueden ser aire a baja temperatura y altas velocidades o lquidos refrigerantes que cambian de fase en contacto con la superficie del producto. Entre ellos tenemos: congeladores por inmersin y criognicos, etc.



REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Nutriking. Tecnologa en alimentacin. Mdulos de extraccin de aceite. 2012. Consultado el: 20 de Febrero del 2012. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Congelaci%C3%B3n Congelacin de alimentos. Consultado el: 21 de febrero del 2012. Disponible en: http://html.rincondelvago.com/congelacion-de-alimentos.html Fundamentos de congelacin. 2000. Consultado el: 21 de febrero del 2012. Disponible en: http://www.alipso.com/monografias/congelado_de_frutos/



ANEXOS

Tabla 1. Contenido en agua y temperaturas de congelacin de diversos alimentos. Alimento Verduras Frutas Carne Pescado Leche huevos Contenido en agua (%) 78-92 87-95 55-70 65-81 87 74 Temperatura congelacin (C) -0.3 a -2.8 -0.9 a -2.7 -1.7 a -2.2 -0.6 a -2.0 -0.5 -0.5 de

Barreras al flujo calrico


Trabajo Final de Maquinaria y Equipos Agroindustriales

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