Aceites para compresores de refrigeración *

Glosario de Términos Relacionados con Aceites y Lubricantes

Aceite Blanco
Lubricante altamente refinado empleado especialmente para aplicaciones especiales como cosméticos o medicinas.

Aceite Multigrado
Aceite de motor o engranaje que reúne los requisitos de más de uno de los grados de clasificación SAE de viscosidad, y que puede ser empleado por encima de un rango de temperatura más amplio que los aceites monogrado.

Aceites Negros
Los lubricantes que contienen materiales asfálticos, los cuales otorgan mayor adhesividad, que son empleados para engranajes abiertos y cables de acero.

Aceite Neutro
Base de los lubricantes de automóviles y diesel comunmente empleados, los cuales son obtenidos de la destilación a vacio.

Acidez
Una medida de la cantidad de KOH necesaria para neutralizar todo o parte de la acidez del producto petrolífero.

Aditivo
Cualquier material añadido a un aceite base para cambiar sus propiedades, características o rendimiento.

Aditivo Antiestático
Un aditivo que incrementa la conductividad de un combustible hidrocarbúrico para acelerar la disipación de cargas electrotáticas durante la aplicación a alta velocidad, de ese modo reduce el riesgo fuego/explosión.

Aditivo EP (Agente de Extrema Presión)
Aditivo del lubricante que previene el deslizamiento entre superficies metálicas bajo condiciones de estrema presión.

Agente Antidesgaste
Aditivos o sus productos de reacción, el cual forma una película delgada en las partes altamente cargadas para prevenir el contacto metal-metal.

Agente Antiespuma
Un aditivo empleado para suprimir la tendencia a la formación de espuna de los productos petrolíferos en servicio. Puede un aceite de silicona dispersar una superficie de burbujas o un polímero disminuir el número de pequeñas burbujas de aire que se encuentran en el seno del fluido.

Anillos
Elementos metálicos circulares que van montados en la corona del pistón y facilita el sellado durante la combustión. También es empleado dispersar el aceite para la lubricación.

Antiherrumbre
Componente de revestimiento de las superficies metálicas con una película que pretege contra la herrumbre. Normalmente empleada para conservar los equipos almacenados.

Bactericida
Aditivo para inhibir el crecimiento bacteriano en los componentes acuosos de fluidos, previniendo malos olores

Barniz
Delgada e insoluble capa en el interior de las partes del motor. Puede causar adherencia y anomalía cierre-despeje de las partes en movimiento. Llamada laca en los motores diesel.

Bases
Componente que reaccionan con ácidos para formar sal más agua. Las bases son solubles en agua, usadas en el refino del petroleo para eliminar las impurezas ácidas. Las bases solubles del aceite son incluidas en los aceites lubricatnes como aditivos para neutralizar loas ácidos formados durante la combustión de combustible o la oxidación del lubricante.

Base Oil Credit
En el lubricante los costes calculados, el valor del fluido base es desplazado por el conjunto de aditivos.

Base Stock
El fluido base, normalmente una fracción refinada de petroleo o una selección de material sintético, se mezcla con aditivos para producir el lubricante acabado.

Bombeabilidad
Mediante una disminución de la temperatura y por tanto un aumento de la viscosidad se consigue que un aceite fluya de manera satisfactoria hacia y desde la bomba de aceite del motor y subsiguiente lubricación de los componentes en movimiento.

Brinelación
Abolladura causada por el impacto de un componente del cojinte contra otro estacionario.

Carbonilla
Material sobrante despues de que el aceite haya sido sometido a altas temperaturas bajo condiciones controladas.

Catalizador
Parte integral del sistema de control de emisión del vehículo desde 1975. La oxidación elimina los hidrocarburos y el monóxido de carbono (CO) de los gases de escape, mientras la reducción controla la emisión de (NOx). Ambos emplean un metal noble (Platino, Paladio o Rodio) que pueden ser "envenenado" por componenetes del combustible o lubricante.

Cavitación
La formación y posterior colapso de las cavidades porosas en el interior de un líquido, causada por el movimiento o vibración en el interior del líquido.

Cenizas
Depositos metálicos formados en la cámara de combustión y otras partes del motor durante las operaciones a alta temperatura.

Cenizas (sulfatadas)
El contenido de cenizas en un aceite, determina mediante la carbonización del aceite, tratando el residuo con ácido sulfúrico, y evaporando con sequedad.

Combustible de Etanol
Etanol (C2H5OH) con impurezas, incluyendo agua pero excluyendo desnaturalizantes.

Combustibles Gaseosos
Hidrocarburos gaseosos licuado o comprimido (propano, butano o gas natural), los cuales aumentan el mantenimiento del uso del motor en los vehículos como sustituto de combustible gasolina y diesel.

Corona
Parte superior del pistón de la combustión interna del motor encima del aro superior, expuesto de forma directa a la llama.

Corrosión de la Cinta de Cobre
Medida cualitativa de la tendencia del producto petrolífero a corroer el cobre puro.

Daño de la Cavitación
Proceso de erosión en el cual el metal es eliminado por cavitación.

Demulsionabilidad
Medida de capacidad del fluido para separarse del agua.

Densidad
Masa por unidad de volumen.

Depósitos del Motor
Acumulación dura o continua de residuos, laca y residuos carbonados debido al paso de gases de la cámara de combustión al cárter sin quemar o parcialmente quemados, o la parcial descomposición del lubricante del cárter. El agua procedente de la condesación de la combustión de productos, carbón y residuos procedentes del combustible o aditivos del aceite de lubricación, polvo y partículas metálicas también contribuyen.

Depuración de Aceites de Lubricación Sucios
Proceso de reclamación de aceites lubricantes usados y recuperación de los mismos en condiciones similares.

Desgaste Abrasivo
Desgaste entre dos superficies en relativo movimiento debido a partículas (tres cuerpos) o superficies rugosas (dos cuerpos).

Desgaste Abrasivo por Falta de Lubricante
Desgaste anómalo del motor debido a una soldadura fracturada. Puede ser evitada con el uso de aditivos antidesgaste, extrema presión y fricción.

Desgaste Adhesivo
Desgaste causada por el contacto metal-metal, caracterizado por una soldadura y un desgarramiento de la superficie.

Desgaste Corrosivo
Desgaste producido por reacción química.

Desgaste por Rozamiento
Desgaste producido por el movimiento producido entre dos superficies pequeñas; produciría óxido blanco o negro.

Destilación
Test básico empleado para caracterizar la volatibilidad de la gasolina o el combustible destilado.

Detergente
Sustancia añadida al combustible o lubricante para mantener limpias las partes del motor. En la composición del aceite motor, los detergentes comunmente empleados son jabones metálicos con una reserva alcalina para neutralizar los ácidos formados durante la combustión.

Detergente/Dispersante
Paquete de aditivos que combina un detergente con un dispersante.

Detonacion
Incontrolado quema de la última porción de la mezcla aire/combustible en el cilindro de la ignición de la bujía del motor. También conocida como "golpe".

Dilución del aceite motor
Contaminación del cárter por combustible sin quemar, reduciendo así la viscosidad y el punto de inflamación. Indicaría el desgaste del componente o la inadaptación del sistema del combustible.

Dispersante
Aditivo que ayuda a mantener los contaminantes sólidos del cárter en suspensión coloidal, impidiendo la formación de residuos en partes del motor. Normalmente nometálico, y usado en combinación con detergentes.

Emisiones (Fuentes Estacionarias)
La composición del combustible puede influir en las emisiones de óxidos de sulfuro y partículas procedentes de una central eléctrica. Las autoridades locales controlan el contenido de sulfuro de los aceites combustibles pesado empleados en cada aplicación.

Emisiones (Fuentes Móviles)
La combustión de combustible conduce a la emisión de gases de escape que podrían ser consideras como contaminantes. Agua y CO2 no están incluidos en esta categoría pero CO, NOx e hidrocarburos están sujetos al control legislativo. Estos tres compuestos son emitidos por los motores de gasolina; los motores gasolina tambien emiten partículas que están controladas.

Emulsionante
Aditivo que fomenta la formación de una mezcla estable, o emulsión de aceite y agua.

Erosión
Desgaste de una superficie debido a un fluido o sólido.

Escarcha
Campo de micropits; formado de un desgaste microadhesivo.

Estabilidad de la Oxidación
Resistencia de un producto petrolífero a la oxidación y; por consiguiente, una medida de su servicio potencial o tiempo durante el cual un producto puede almacenarse sin perder sus propiedades.

Excoriación
Deterioro severo, caracterizado por grandes hoyos, cavidades y grietas asociadas; relativo a sobrecarga y fatiga.

Extracción por Disolvente
Proceso de refinado empleado para separar componentes reactivos (hidrocarburos saturados) de lubricantes destilador para mejorar la estabilidad de oxidación del aceite, el índice de viscosidad y la respuesta del aditivo.

Falsa Brinelación
Desgaste por rozamiento de un componente de rodamiento contra otro; aparecería como un abolladura, pero la superficie áspera original es desgastada.

Fatiga
Grieta, exfoliación o fisuras de una superficie debido a la fuerza que se ejerce más allá del límite de resistencia del material.

Ferrografía
Análisis electromagnético de las partículas.

Fluido de Fricción
Ocurre entre dos moléculas de un gas o líquido en movimiento, y es expresado como esfuerzo constante. A diferencia de la fricción sólida, el fluido de fricción varía con la velocidad y el área.

Fluido de Transmisión Automática (ATF)
Fluido para automática, transmisiones hidráulicas en vehículos.

Gases de Escape
Paso de combustible sin quemar y gases de combustión a través de los anillos del pistón de los motores de combustión interna, resultando una disolución y contaminación del aceite del cárter.

Gasolina
Mezcla volátil de hidrocarburos líquidos, contiene pequeñas cantidades de aditivos y condiciones para el uso como combustible en la ignición de la bujía en la combustión interna del motor.

Índice de Basicidad
Cantidad de ácido (perclórico o clorhidrico) necesario para neutralizar todo o parte de la basicidad del lubricante, expresado como equivalentes KOH.

Índice de Cetano
Valor calcualdo de las propiedades físicas de un combustible diesel para predecir el Número de Centanos.

Índice de Estabilidad de Cizallamiento (SSI)
Medida de la viscosidad cinemática perdida cuando se aplica un modificador, cuando el aceite es sometido a una operación del motor o condiciones especiales.

Índice de Neutralización
Cantidad de acidez o basicidad de un aceite. El índice es la masa en miligramos de la cantidad de ácido (HCl) o base (KOH) necesaria para neutralizar un gramo de aceite.

Índice de Octanos
Medida de la aptitud de un combustible para evitar la detonación de motores de ignción por bujía. Medido en un cilindro convencional, motores de compresión variable por comparación con un combustible de referencia primario. Bajo suaves condiciones, el motor mide "Research Octane Number" (RON), bajo intensas condiciones "Motor Octane Number" (MON). Donde la ley requiere un aviso de los índices de octano en las bombas de disipación, el índice Antidetonante (AKI) es empleado. Esta es la media aritmética de RON y MON, (R+M)/2. Esto se aproxima al "Road Octane Number", el cual es una medida de como una media de coches responden al combustible.

Índice de Viscosidad (VI)
La viscosidad es afectada por la temperatura y el índice de viscosidad es una medida de la capacidad del aceite para mantener su viscosidad sin tener en cuenta su temperatura. Una escala de 0 a 100 es empleada para indicar la resistencia del aceite a cambiar su viscosidad, y el índice de viscosidad más alto, la mayor resistencial del aceite a cambiar de viscosidad con la temperatura.

Inhibidor
Aditivo que mejora la función del producto petrolífero mediante control de las reacciones químicas no deseadas, por ejemplo: inhibidor de la oxidación, inhibidor de herrumbre, etc.

Inhibidor de la Corrosión
Aditivo que protege la superficie del metal lubricado de ataques químicos por el agua u otros contaminantes.

Inhibidor de la Oxidación
Sustancia añadida en pequeñas cantidades a un producto de petroleo para incrementar la resistencia a la oxidación, de esta manera se alarga el servicio o tiempo durante el cual un producto puede almacenarse sin perder sus cualidades; también es llamado antioxidante.

Insolubles
Contaminantes encontrados en aceites usados debido al polvo, suciedad, desgaste de partículas o productos de oxidación. Frecuentemente medido como pentano o benceno insoluble para reflejar el caracter insoluble.

Levas
Eje descentrado empleado en la combustión más interna del motor para abrir y cerrar las válvulas.

Lubricación
Control de la fricción y el desgaste mediante la introducción de una película reductora de la fricción entre dos superficies en contacto y movimiento. Puede ser una sustancia líquida, sólida o plática.

Lubricación Límite
Lubricación entre dos superficies de rozamiento sin el desarrollo de una capa de fluido lubricante. Esto ocurre bajo altas cargas y requiere el uso de aditivos antidesgaste o extrema presión (EP) para impedir el contacto metal-metal.

Lubricación Elastohidrodinámica (EHD)
Lubricante régimen por una altas unidades de carga y altas velocidades de los elementos para cojinetes de bolas donde las partes en contacto se deforman elasticamente debido a la incomprensibilidad de la capa de lubricante bajo una presión muy alta.

Lubricante de Petroleo Residual o Lubricante de Gran Viscosidad
Un lubricante residual pesado con bajo punto de descongelación, empleado en mezclas finales para proporcionar una capa de conexión resistente, impedir el desgaste abrasivo, y reducir el consumo de aceite. Normalmente se identifica mediante su viscosidad, SUS a 210ºF o cSt a 100ºC.

Lubricante Sintético
Fluido de lubricación hecho mediante materiales químicos de una composición química especial para producir un componente de propiedades planeadas y predecibles.

Mejorador del Numero de Centano
Aditivo (normalmente un nitrato orgánco) que aumenta el número de centano de un combustible.

Mezcla Gasolina/Etanol
El combustible de ignición de la bujía de un motor de automoción contiene combustible de etanol desnaturalizado en gasolina base. Puede ser con plomo o sin plomo.

Modificador de la Viscosidad
Aditivo del lubricante, normalmente un polímero de alto peso molecular, que reduce la tendencia de cambiar la viscosidad de un aceite con la temperatura.

Nafténico
Tipo de fluido petrolífero derivado del aceite crudo nafténico, conteniendo una alta proporción de anillos del grupo metileno.

Nitración
Proceso por el cual los óxidos de nitrógeno atacan a los fluidos petrolíferos a altas temperaturas, frecuentemente resultando un aumento de la viscosidad y formación de depósitos.

Número de Centanos
Medida de la calidad de arranque de un combustible diesel.

Oxidación
Ocurre cuando el oxígeno ataca a los fluidos de petroleo. El proceso es acelerado mediante calor, luz, catálisis metálica y la presencia de agua, ácidos, o contaminantes sólidos. Esto conduce a un aumento de la viscosisdad y la formación de residuos.

Parafínica
Tipo de fluido de petroleo derivado del aceite crudo parafínico y que contiene una alta proporción de cadenas hidrocarbonadas saturadas. Frecuentemente susceptible a flujos de baja temperatura.

Pitting
Cavidades de la superficie; pueden relacionarse con fatiga, sobrecarga o corrosión.

Poise (P)
Unidad de medida de la resistencia de un fluido para fluir, por ejemplo, la viscosidad, definida por esfuerzo constante (en dinas por centímetro cuadrado) requerida para mover una capa de un fluido a lo largo de otra que está por encima a un centímetro de espesor a la velocidad de un centímetro por segundo. La viscosidad es independiente de la densidad del fluido, y directamente relacionada con la resistencia.

Preignición
Encendido de la mezcla combustible/aire en un motor gasolina antes de la llamarada de la bujía. Frecuentemente causada por un combustible incandescente o depósitos del lubricante en la cámara de combustión, pierde potencia y puede dañar el motor.

Pulido (Bore)
Excesiva pulimentación de la superficie de asperezas del diámetro interior del cilindro o camisa interior del cilindro en un motor, resultando un apocamiento del sellado del anillo y funcionamiento del consumo de aceite.

Punto de Anilina
La temperatura mínima a la que, una mezcla a partes iguales de aceite y anilina, llega a solubilizarse totalmente. Una medida de la aromaticidad contenida en una mezcla hidrocarbúrica, usada para predecir la solvencia del aceite base o el índice de cetano de un combustible destilado.

Punto de Destilación
Temperatura más alta de vapor registrada durante la destilación del petroleo.

Punto de Inflamabilidad
Temperatura mínima a la cual el fluido soporta la combustión instantánea (un destello) pero antes se quema de manera constante. El punto de inflamabilidad es un importante indicar de fuego y explosión originados al azar asociado con un producto petrolífero.

Rayado Abrasivo
Buen abrasivo que surca en la dirección deslizante.

Recirculación de Gases de Escape (EGR)
Sistema para reducir en la emisión en automóviles de óxidos de nitrógeno (NOx). Esto lleva a los gases de escape en el carburador o colector de admisión donde diluye la mezcla aire-combustible y reduce el valor máximo de la temperatura de combustión, de esa manera se reduce la tendencia a la formación de NOx.

Refinado
Se trata de una serie de procesos para convertir el aceite crudo y sus fracciones en productos finales de petroleo, incluyendo cracking térmico, cracking catalítico, polimerización, alquilación, hidrocracking, hidroformación, hidrogeneración, tratamiento de hidrógeno, Hydrofining®, extracción del disolvente, desparafinado, desengrase, tratamiento ácido, filtración de barro y desasfaltado.

Refinado por Disolvente
Proceso de extracción del lubricante de las bases almacenadas procedentes de gas oil pesado u otros pesados, crudo destilado de forma selectiva con furfuraldheido o fenol.

Ridging
En el diente de engranaje, un tipo de plástico fluye caracterizado por una apariencia ondulada en la superficie.

Ring Sticking
Congelación de un anillo del pistón del motor o compresor de potencia debido al depósitos pesados en la zona del anillo del pistón.

Rolling and Peening
En el diente de engranaje, un tipo de plástico fluye confiere a la superficie apariencia golpeada; el metal puede enrrollarse en la punta de los dientes.

Sedimento Fangoso
Denso y oscuro residuo, normalmente con consistencia de mahonesa, que se acumula en las partes donde no hay movimiento del motor. Generalmente se puede eliminar mediante limpieza excepto el residuo con consistencia carbónica, cuya formación es asociada con sobrecargas insolubles del lubricante.

Stoke (St)
Medida cinemática de la resistencia de un flido fluya definida mediante la razón de la viscosidad dinámica del fluido y la densidad.

Sustancia para rebajar la temperatura de descongelación
Aditivo empleado para disminuir el punto de congelación o la fluidez a baja temperatura de un producto derivado del petroleo.

Temperatura de Descongelación
Indicador de la capacidad de un aceite o combustible destilado a fluir en condiciones de baja temperatura. Esta es la tempertatura más baja a la cual el fluido discurrirá cuando se enfrie bajo condiciones prescritas.

Total base number (TBN)
Medida de la capacidad de un aceite a resistir la degradación procedentes de los ácidos, los cuales aumentan durante el uso. Un alto TBN significa que el aceite tiene una alta reserva alcalina y así una alta capacidad de neutralización de los ácidos dañinos.

Viscosidad
Medida de la capacidad de un aceite para fluir. Una clasificación de los aceites SAE da una muestra de sus viscosidades y en esto se basa que un aceite de grado 10 es menos viscoso que un aceite de grado 20. La unidad más común para la viscosidad cinemática es el Stoke (St), pero como este tiene un amplio valor, el centistoke (cSt) es más comunmente empleado. La viscosidad cinemática es normalmente medida a 40ºC o 100ºC.

Viscosidad Aparente
Una medida de la viscosidad de un fluido no newtoniano bajo una temperatura específica y en determinadas condiciones.

Viscosidad Brookfield
Cantidad de viscosidad aparente de un fluido no-newtoniano determinado por un viscosímetro Brookfield como un controlador de temperatura y otras condiciones.

Viscosidad Cinemática
Medida de la resistencia de un fluido a fluir bajo la gravedad a un temperatura específica (normalmente 40ºC o 100ºC).

FUNDAMENTOS DE LA OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN

Compresores.

Los compresores más comúnmente empleados en los sistemas de refrigeración de alimentos son los de pistón o émbolo, los rotatorios y los centrífugos. Los dos primeros son de desplazamiento positivo, efectuándose la compresión del vapor mediante un miembro compresor. En los de pistón, como su nombre indica, el miembro compresor es un pistón mientras que en los rotatorios el miembro compresor puede ser un pistón rodante, una aleta rotatoria o un lóbulo helicoidal o tornillo. En el compresor centrífugo la compresión se produce por la acción de la fuerza centrífuga la cual es desarrollada a medida que el vapor es girado por un impulsor de alta velocidad.
El tipo de compresor empleado en cada aplicación específica depende del tamaño y la naturaleza de la instalación y del refrigerante utilizado.
El compresor pistón constituye uno de los más divulgados en los sistemas de refrigeración de alimentos, adaptándose especialmente a refrigerantes que requieran desplazamientos relativamente pequeños y presiones de condensación relativamente altas.
La potencia requerida por unidad de capacidad de refrigeración y el volumen de succión por unidad de capacidad de refrigeración constituyen indicadores de la operación de estos compresores.
Entre los cálculos que pueden realizarse están la determinación de la capacidad de refrigeración y la potencia requerida al variar las temperaturas de evaporación y condensación. Asimismo, la selección de un compresor para condiciones específicas de operación reviste resulta de importancia práctica.

Evaporadores.

El equipo donde se produce la ebullición del refrigerante producto de la absorción de calor desde el foco frío recibe el nombre de evaporador. Aunque lo que se produce es una ebullición y no una evaporación, universalmente se acepta la denominación de evaporador para designar al equipo donde ocurre este proceso.
Debido a la cantidad y variedad de requisitos que deben cumplir estos equipos en función de sus diversas aplicaciones, ellos son fabricados en una amplia gama de tipos, formas, dimensiones y diseños, pudiendo clasificarse según el medio refrigerado, el principio de operación, las características de la superficie de transferencia y según la forma de circulación del fluido a enfriar.
La capacidad de refrigeración de un evaporador está dada por la razón a la cual se trasmite el calor a través de sus paredes, proveniente del espacio o producto refrigerado al refrigerante líquido que circula por su interior, el cual se vaporiza. Esta capacidad está determinada por los factores que gobiernan la transferencia de calor a través de cualquier superficie, esto es, el coeficiente de transferencia de calor, el área de transferencia y la diferencia de temperaturas.
La selección de evaporadores para una aplicación específica constituye un elemento de utilización práctica.

Condensadores.

El calor total rechazado en el condensador incluye tanto el calor absorbido en el evaporador como la energía equivalente al trabajo de compresión. Cualquier calor absorbido por el vapor de succión desde el aire de los alrededores también forma parte da la carga térmica del condensador. Como el trabajo de compresión por unidad de capacidad de refrigeración depende de la relación de compresión, la cantidad de calor rechazado en el condensador varía con las condiciones de operación del sistema.
Los condensadores se agrupan de manera general en enfriados por aire, enfriados por agua y evaporativos.
De igual forma que los evaporadores la capacidad del condensador está determinada por los factores que rigen la transferencia de calor.
La selección de condensadores para una aplicación dada resulta de interés práctico.

Dispositivos de expansión.

Los dispositivos de expansión tienen una doble función, la de reducir la presión del líquido refrigerante y la de regular el paso de refrigerante a través del evaporador.
Entre estos dispositivos se encuentran el tubo capilar, la válvula de expansión manual, la válvula de flotador y la válvula termostática.
La localización de estos dispositivos así como sus accesorios resultan de especial importancia ya que de ello dependerá su adecuado funcionamiento.

Sistema.

Una consideración importante es establecer las relaciones de balance entre las secciones vaporizante y condensante del sistema, esto es, que la rapidez con que se lleve a cabo la ebullición sea igual a la rapidez con que se produce la condensación.
Como todos los componentes del sistema están conectados en serie, el flujo de refrigerante que circula a través de ellos es el mismo, por lo que la capacidad de todos ellos coincidirá. La selección de los equipos del sistema debe garantizar igual capacidad de refrigeración a la temperatura de ebullición requerida para lograr remover la carga térmica. Sin embargo, cuando todos los equipos no cumplen con esta condición resulta importante determinar el punto de equilibrio correspondiente a esta condición.

Carga térmica.
La carga térmica o carga de refrigeración constituye un cálculo importante en los sistemas de refrigeración. Esta carga es el calor que debe ser removido desde el foco frío, a través del evaporador, para que en él se mantenga la temperatura requerida.

Las fuentes que contribuyen a la carga térmica son:
1. Carga de los productos: se incluyen las cargas originadas al llevar el producto, los envases y embalajes y los medios de sustentación empleados en las cámaras, a la temperatura de conservación; en el caso de la refrigeración de frutas y vegetales esta carga debe contemplar además el calor de respiración.
2. Carga por transferencia de calor a través de estructuras: comprende las cargas térmicas debido al calor que se transfiere desde el exterior a través de paredes, techo y pisos de las cámaras.
3. Carga por ventilación: se refiere a la carga térmica debida a la ventilación controlada de los productos. El almacenaje refrigerado de frutas y vegetales frescos requiere de esta ventilación para garantizar que la composición de la atmósfera del almacén no se afecte por la propia actividad metabólica de estos productos.
4. Carga por apertura de puertas: esta carga térmica es consecuencia de la apertura de las puertas, lo que provoca que el aire exterior penetre a la cámara.
5. Carga por el personal: se encuentra referida al calor que aportan las personas que penetren en la cámara, resultando dependiente de la temperatura en esta y de la actividad que se realiza.
6. Carga por equipos eléctricos: incluye las cargas por la iluminación así como por motores en funcionamiento dentro de la cámara, básicamente referidos a los de los evaporadores con movimiento forzado del aire.
Las variables que intervienen en el cálculo de las diferentes cargas térmicas pueden evaluarse haciendo uso de información reportada en la literatura.

REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN DE ALIMENTOS

Procesos que provocan el deterioro de los alimentos

Los procesos que provocan el deterioro de los alimentos son de carácter: físico, químico, bioquímico y microbiológico.

· Procesos físicos: entre estos factores el más destacado es la pérdida de agua la cual se produce cuando el producto almacenado se encuentra directamente al ambiente de la cámara. Junto con el agua se produce la pérdida de componentes volátiles los que en cantidades casi imponderables condicionan en gran medida el aroma y el sabor de los productos.

· Procesos químicos: están dados por reacciones químicas, pudiendo señalarse entre estas la oxidación de las grasas, lo cual provoca rancidez en los productos.

· Procesos bioquímicos: corresponden a las reacciones de esta naturaleza, pudiendo señalarse entra estas a la acción de las enzimas. Un ejemplo típico de ello es la acción de la enzima polifenoloxidasa, la que provoca el oscurecimiento de los productos.

· Procesos microbiológicos: están dados por la acción de los microorganismos patógenos los que provocan el deterioro de los productos.

Para frenar la acción de estos procesos se buscan condiciones de almacenaje que retarden el deterioro de los productos. Entre estas condiciones se encuentran la temperatura, la humedad relativa, la circulación del aire, la composición de la atmósfera de la cámara.

De estas, la temperatura constituye el factor de mayor incidencia. A medida que la temperatura disminuye todos los procesos causantes del deterioro se ven disminuidos, lo que trae como consecuencia la prolongación de la vida útil de los productos almacenados.

A medida que la humedad relativa aumenta la evaporación disminuye pues el gradiente para la transferencia disminuye, sin embargo, ello beneficia el desarrollo de los microorganismos.
La humedad relativa podrá ser más alta en la medida en que la temperatura sea más baja.

No obstante, esta temperatura de conservación tiene límites basado en un análisis económico así como en la posible influencia sobre el producto.

Cuando la circulación del aire aumenta las pérdidas por evaporación se incrementan lo que a su vez provoca en los productos una superficie desecada poco favorable para el desarrollo de los microorganismos.

Refrigeración.

La refrigeración consiste en la conservación de los productos a bajas temperaturas, pero por encima de su temperatura de congelación. De manera general, la refrigeración se enmarca entre –1ºC y 8ºC. De esta forma se consigue que el valor nutricional y las características organolépticas casi no se diferencien de las de los productos al inicio de su almacenaje. Es por esta razón que los productos frescos refrigerados son considerados por los consumidores como alimentos saludables.

La refrigeración evita el crecimiento de los microorganismos termófilos y de muchos mesófilos.

No obstante, el que se logre el resultado esperado está en dependencia de otros factores, además de la temperatura y las otras condiciones de almacenaje. La vida útil de los vegetales refrigerados depende de la variedad, parte almacenada, las condiciones de su recolección y la temperatura durante su transporte, entre otras. Para los alimentos procesados depende del tipo de alimento, intensidad del procesamiento recibido (fundamentalmente sobre los microorganismos y enzimas), higiene en la elaboración y el envasado y del envase, entre otros.

En el caso de las frutas la velocidad de respiración varía con la temperatura. En las frutas de patrón climatérico se produce durante su almacenamiento un incremento brusco de su actividad respiratoria. Entre estas frutas se cuentan el aguacate, el mango y la papaya. Las frutas de patrón no climatérico no presentan el anterior comportamiento, encontrándose entre ellas la naranja, la toronja y la piña. La respiración de los vegetales es similar a la de las frutas de patrón no climatérico.

Cuando la temperatura de algunas frutas y vegetales desciende de un determinado valor se producen en ellos cambios indeseables las cuales son conocidas como daños por frío.
En los tejidos animales, al cesar el suministro de sangre oxigenada como consecuencia del sacrificio, cesa la respiración aeróbica y se inicia la respiración anaeróbica mediante la cual el glucógeno se transforma en ácido láctico provocando una disminución del pH, iniciándose con ello un proceso denominado rigor mortis. Como resultado de este proceso el tejido muscular se endurece haciéndose inextensible. Para que este proceso se desarrolle y el producto llegue a adquirir la coloración y textura adecuadas, el mismo debe desarrollarse en condiciones de refrigeración para frenar el desarrollo de los microorganismos.

La refrigeración puede aplicarse sola o en combinación con otras técnicas, tales como la irradiación, las atmósferas modificadas y controladas, el envasado en atmósferas modificadas, entre otras.

La refrigeración encuentra gran aplicación en la elaboración de comidas preparadas en los que se aplican los sistemas de cocción-enfriamiento.

Tiempo de refrigeración

La determinación del tiempo de refrigeración constituye un elemento de importancia práctica, ya que permite conocer el tiempo necesario para que un producto alcance una temperatura dada en su centro térmico partiendo de una temperatura inicial, una temperatura del medio de enfriamiento, configuración geométrica, tipo de envase, etc. Este resultado puede emplearse en el cálculo de la carga por productos correspondiente a la carga térmica.
Una vía que puede para la determinación de este tiempo lo constituye un método gráfico. Este se basa en gráficos para cada una de las formas geométricas sencillas, esferas, paralelepípedos y cilindros, donde se relacionan un factor de temperatura, el número de Fourier que relaciona la difusividad térmica, el tamaño del producto y el tiempo de enfriamiento, y el número de Biot que relaciona el coeficiente de transferencia de calor, la conductividad y el espesor del producto.

El método antes descrito supone que la transferencia de calor es unidireccional. Cuando la transferencia de calor se desarrolla en más de una dirección, la obtención del citado tiempo conduce a series infinitas, quedando demostrada la posibilidad de limitarse solo al primero de sus términos. Para el trabajo práctico se han preparado tablas y figuras las que de manera rápida y sencilla permite determinar el tiempo de enfriamiento.

Este método se basa en la combinación de la transferencia de calor unidireccional desarrollada en figuras geométricas sencillas como la esfera, el cilindro y la esfera. Así, para un cilindro de longitud finita donde la transferencia de calor se efectúe en los sentidos radial y longitudinal, el método combina la solución del cilindro para el primero y la lámina para el segundo. En el caso de un paralelepípedo se combina las soluciones correspondientes a tres láminas.

Este último brindará resultados más precisos en la medida que la figura geométrica se acerca más a una figura regular. Se ilustra la aplicación de estos métodos a diferentes sistemas.

Características del agua

El agua es el constituyente más abundante en la mayoría de los alimentos en estado natural por lo que desempeña un papel esencial en la estructura y demás caracteres de los productos de origen vegetal y animal.
El agua presente en un alimento puede estar como agua libre o como agua ligada. Esta última puede estar más o menos fuertemente unida de manera compleja a otros constituyentes. Es por ello que el estado del agua presente en un alimento es tan importante para su estabilidad como su contenido total, ya que de ello dependerá su aptitud para el deterioro.
El agua constituye un disolvente para las numerosas especies químicas que pueden difundirse y reaccionar entre ellas. El agua también puede difundirse y participar en diversas reacciones, especialmente las de hidrólisis. La introducción en el agua de distintas especies químicas en solución o en suspensión coloidal da lugar a las denominadas propiedades coligativas, las cuales dependen del número de moléculas presentes. En tal sentido pueden citarse el descenso de la presión de vapor, elevación del punto de ebullición, descenso del punto de congelación, descenso de la tensión superficial, aumento de la viscosidad y gradientes de presión osmótica a través de membranas semipermeables, entre otras. Estas propiedades determinan el comportamiento de los alimentos.
Las moléculas del agua en el estado sólido están ligadas entre sí por enlaces hidrógeno, lo que da origen a la formación de polímeros de estructura cristalina en el que cada molécula está unida a otras cuatro.
Los diversos agentes influyen de modo diferente sobre la estructura del agua. Así, por ejemplo, los electrolitos como Na+, K+, Cl-, fuertemente hidratados en solución disminuyen el número de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Las sustancias en solución capaces de formar enlaces de hidrógeno por si mismas pueden modificar la asociación entre las moléculas de agua de acuerdo con su compatibilidad geométrica con la red existente.
El agua a su vez modifica propiedades tales como la estructura, difusión, reactividad, etc., de las sustancias en solución.
La actividad del agua es una medida de la mayor o menor disponibilidad del agua en los diversos alimentos, la cual se define por el descenso de la presión parcial del vapor del vapor de agua:

aw = pw / po

donde pw es la presión parcial del vapor de agua del alimento y po es la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura.
La actividad de agua constituye una medida relativa con respecto a un estado estándar tomado como comparación. El estado estándar escogido es el del agua pura al cual su actividad se toma igual a la unidad, por lo cual la actividad de un alimento es siempre menor que la unidad. Esto es debido a que los especies químicas presentes disminuyen la capacidad de vaporización del agua.

Congelación

Esta aplicación de las bajas temperaturas se distingue porque la temperatura del alimento se reduce por debajo de la de su punto de congelación, producto de lo cual una fracción elevada del agua contenida en aquel cambia de estado físico formando cristales de hielo. Esta inmovilización del agua en forma de hielo y el incremento en la concentración de los solutos en el agua no congelada provoca la reducción de la actividad del agua del alimento. Por tanto, la conservación del alimento por esta vía es la consecuencia de la acción combinada de las bajas temperaturas y la disminución en su actividad de agua.
No toda el agua presente en el alimento puede separarse en forma de cristales como consecuencia de la congelación. En el alimento existe una fracción del agua no congelable a la que corresponde una actividad muy baja (de hasta 0,3). Esta agua, la cual se encuentra fuertemente unida a las estructuras moleculares, es denominada agua ligada, permaneciendo sin congelar a –30ºC. Se considera que esta agua se encuentra formando una capa monomolecular fija a los grupos polares tales como NH3 y COO- de las proteínas y los grupos HO- de loa almidones, entre otros. El agua ligada representa entre el 5 y el 10% de la masa total de agua contenida en el alimento.
El agua de esta capa resulta muy difícil de extraer no estando disponible para actuar como disolvente o reactivo.
El agua libre o no ligada, por su parte, representa la mayor parte del agua contenida en los alimentos. No obstante, esta agua no sale espontáneamente de los tejidos. Esta agua se encuentra en forma de geles tanto en el interior de la célula como en los espacios intercelulares, estando su retención influenciada por el pH y las fuerzas iónicas.
Durante la congelación el agua es removida de su posición normal dentro de los tejidos y convertida en hielo. Este proceso es parcialmente revertido durante la descongelación dando lugar a la formación de exudado. El incremento en la concentración de los contenidos celulares puede procesos indeseables en los productos.

Curva de congelación.

El proceso de congelación en los alimentos es más complejo que la congelación del agua pura. Los alimentos al contener otros solutos disueltos además de agua, presentan un comportamiento ante la congelación similar al de las soluciones
La evolución de la temperatura con el tiempo durante el proceso de congelación es denominada curva de congelación. La curva de congelación típica de una solución se muestra en la siguiente figura.

Esta curva posee las siguientes secciones:
AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación qf inferior a 0ºC. En el punto S, al que corresponde una temperatura inferior al punto de congelación, el agua permanece en estado líquido. Este subenfriamiento puede llegar a ser de hasta 10ºC por debajo del punto de congelación.
SB: la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar el punto de congelación, pues al formarse os cristales de hielo se libera el calor latente de congelación a una velocidad superior a la que este se extrae del alimento.
BC: el calor se elimina a la misma velocidad que en las fases anteriores, eliminándose el calor latente con la formación de hielo, permaneciendo la temperatura prácticamente constante. El incremento de la concentración de solutos en la fracción de agua no congelada provoca el descenso del punto de congelación, por lo que la temperatura disminuye ligeramente. En esta fase es en la que se forma la mayor parte del hielo.
CD: uno de os solutos alcanza la sobresaturación y cristaliza. La liberación del latente correspondiente provoca el aumento de la temperatura hasta la temperatura eutéctica del soluto.
DE: la cristalización del agua y los solutos continúa.
EF: la temperatura de la mezcla de agua y hielo desciende.
En realidad la curva de congelación de los alimentos resulta algo diferente a la de las soluciones simples, siendo esa diferenciación más marcada en la medida en que la velocidad a la que se produce la congelación es mayor.

Principios termodinámicos de la formación del hielo.

La temperatura de congelación de un alimento es aquella temperatura a la que aparecen los primeros cristales de hielo estables. La formación de un cristal de hielo requiere primeramente de una nucleación. Esta nucleación puede ser homogénea o heterogénea. Esta última es la más frecuente en el caso de los alimentos, donde los núcleos se forman sobre partículas en suspensión o sobre la pared celular.
La cristalización que se origina durante la congelación de un alimento es la formación de una fase sólida sistemáticamente organizada a partir de una solución. El proceso de cristalización comprende las etapas de nucleación y la de crecimiento de los cristales.
La cristalización del hielo se produce cuando el sistema se encuentra lo suficientemente subenfriado. El subenfriamiento es la diferencia de temperaturas por debajo del punto inicial de congelación del sistema. La nucleación es la combinación de moléculas dentro de una partícula ordenada de tamaño suficiente para sobrevivir sirviendo a su vez de sitio para el crecimiento cristalino.
El núcleo de hielo formado constituye un embrión de radio r en el que su energía libre de Gibbs es debida a la contribución superficial, contraria a la formación del cristal, y ala contribución volumétrica, favorable a dicha formación. Esto queda contemplado en la siguiente expresión:

DG = 4p r2 g - ((4p r3 DGv) / 3 Vm )

donde g es la energía libre superficial, DGv es la energía libre molar asociada con el cambio de fase fluido-sólido y Vm es el volumen molar.
Existirá un radio crítico que corresponderá al más pequeño embrión para el cual se produce el decremento de su energía libre cuando crece, por lo tanto es el tamaño mínimo del núcleo estable. La velocidad de nucleación es altamente dependiente del subenfriamiento, el cual actúa como la fuerza impulsora para este proceso.
Cuando se han formado los núcleos se produce su crecimiento por adición de moléculas en la interfase sólido-fluido. La velocidad de cristalización del hielo queda controlada por los procesos de transferencia de calor y masa. Las moléculas de agua se mueven desde la fase líquida a un sitio estable sobre la superficie del cristal. En la cristalización del hielo, la remoción de calor debido al cambio de fase constituye el mecanismo determinante de todo el crecimiento de los cristales.
La duración del período de subenfriamiento depende de las características del alimento y de la velocidad a la que se remueve el calor. Si el subenfriamiento resulta marcado se producirá una gran cantidad de núcleos que originaran cristales pequeños. Cuando la situación es contraria a la antes descrita se producirán pocos núcleos y con ello pocos cristales grandes.
Durante la mayor parte de la meseta de congelación (en el tramo BC de la figura anterior) la formación de los cristales de hielo se halla controlada por la transferencia de calor. La velocidad de transporte de masa controla la velocidad de crecimiento de los cristales en el final del período de congelación donde las soluciones remanentes se encuentran más concentradas.
A medida que la temperatura desciende se van saturando las diferentes sustancias disueltas producto de lo cual cristalizan.
La temperatura a la cual el cristal de un soluto se encuentra en equilibrio con el líquido no congelado y los cristales de hielo, es denominada temperatura eutéctica. Como los alimentos constituyen una mezcla compleja de sustancias, se emplea el término temperatura eutéctica final, el cual corresponde a la temperatura eutéctica más baja de los solutos del alimento. La máxima formación de cristales de hielo es obtenida a esta temperatura.

Velocidad de congelación.

La calidad de los alimentos congelados se encuentra influenciada por la velocidad con que se produce la congelación. Diversas características de calidad están relacionadas con el tamaño de los cristales el cual es una consecuencia de la velocidad con que se produce la congelación. El principal efecto de la congelación sobre la calidad de los alimentos es el daño que ocasiona en las células el crecimiento de los cristales de hielo. La congelación prácticamente no provoca afectaciones desde el punto de vista nutritivo.
La resistencia de diversos tejidos animales y vegetales a la congelación es muy diversa. Así, las frutas y los vegetales, por ejemplo, presentan una estructura muy rígida por lo que la formación de los cristales de hielo puede afectarlos con mayor facilidad que a las carnes.
La congelación de los tejidos se inicia por la cristalización del agua en los espacios extracelulares puesto que la concentración de solutos es menor que en los espacios intracelulares.
Cuando la congelación es lenta la cristalización extracelular aumenta la concentración local de solutos lo que provoca, por ósmosis, la deshidratación progresiva de las células. En esta situación se formarán grandes cristales de hielo aumentando los espacios extracelulares, mientras que las células plasmolizadas disminuyen considerablemente su volumen. Este desplazamiento del agua y la acción mecánica de los cristales de hielo sobre las paredes celulares provocan afectaciones en la textura y dan lugar a la aparición de exudados durante la descongelación.
Cuando la congelación es rápida la cristalización se produce casi simultáneamente en los espacios extracelulares e intracelulares. El desplazamiento del agua es pequeño, produciéndose un gran número de cristales pequeños. Por todo ello las afectaciones sobre el producto resultaran considerablemente menores en comparación con la congelación lenta. No obstante, velocidades de congelación muy elevadas pueden provocar en algunos alimentos, tensiones internas que pueden causar el agrietamiento o rotura de sus tejidos.
Existen diversa maneras de definir la velocidad de congelación siendo estas: el tiempo característico de congelación, el tiempo nominal de congelación y la velocidad media de congelación.

Modificaciones de los alimentos durante la congelación.

La congelación provoca el aumento de la concentración de los solutos presentes. A pesar del descenso de la temperatura, la velocidad de las reacciones aumenta, a pesar de la disminución de la temperatura de acuerdo con la ley de acción de masas. Este incremento en la velocidad de las reaccione se produce entre –5ºC y –15ºC.
Este incremento en la concentración de los solutos provoca cambios en la viscosidad, el pH, el potencial redox del líquido no congelado, fuerza iónica, presión osmótica y tensión superficial, entre otros. La acción de estos factores asociados al efecto de la desaparición de una parte del agua líquida, provoca cambios desfavorables en el alimento, siendo un ejemplo de ello la agregación de las proteínas. Estos efectos pueden ser limitados cuando el paso a través del citado rango de temperaturas se realiza de forma rápida. Este rango es denominado como zona de peligro o zona crítica.
Como el volumen del hielo es superior al del agua líquida, la congelación de los alimentos provoca una dilatación. Esta dilatación puede variar en correspondencia con el contenido de agua, la disposición celular, la concentración de solutos y la temperatura del medio de congelación.
Estas variaciones que se originan en el volumen provocan tensiones internas de gran magnitud sobre los tejidos lo que puede provocar desgarraduras internas (y hasta la rotura completa de los tejidos vegetales), lo que originan pérdida de líquido durante la descongelación.
El efecto principal que la congelación ocasiona sobre los alimentos es el daño que provoca en las células el crecimiento de los cristales de hielo. Cuando la velocidad de congelación es lenta, los cristales de hielo crecen en los espacios extracelulares, lo que deforma y rompe las paredes de las células que los contactan. La presión de vapor de los cristales de hielo es inferior a la del interior de las células, lo que provoca la deshidratación progresiva de las células por ósmosis y el engrosamiento de los cristales de hielo. De esta forma se originan grandes cristales de hielo y el aumento de los espacios extracelulares. Las células plasmolizadas disminuyen considerablemente su tamaño. Esta deshidratación celular disminuye las posibilidades de una nucleación intracelular. La ruptura de las paredes celulares resulta de la acción mecánica de los grandes cristales de hielo y del encogimiento excesivo de las células.
Durante la descongelación las células son incapaces de recuperar su forma y turgencia originales y el alimento se reblandece y el material celular se pierde por goteo. La expulsión de una parte del contenido celular puede provocar el contacto entre enzimas y sus sustratos que en ocasiones se encuentran en compartimentos separados. Este es el caso, por ejemplo, de la polifenoloxidasa y los polifenoles en alimentos no escaldados previamente, lo que provoca una aceleración del pardeamiento enzimático durante la descongelación e incluso durante el almacenamiento.

Modificaciones de los alimentos durante el almacenamiento.

Las reacciones de deterioro constituyen afectaciones durante el almacenaje de los productos congelados. Los cambios químicos y bioquímicos durante el almacenamiento en congelación son lentos. Si las enzimas no resultan previamente inactivadas, la rotura de la membrana celular por los cristales de hielo puede favorecer la acción de estas. Entre estos cambios se tienen: degradación de pigmentos, pérdidas vitamínicas, actividad enzimática residual y oxidación de lípidos.
La recristalización del hielo es un fenómeno que provoca que el tamaño medio de los cristales debido al crecimiento de los cristales de mayor tamaño a expensas de los más pequeños, siendo la fuerza impulsora para este fenómeno la diferencia de energía superficial entre dos cristales en contacto. Sin embargo, la recristalización migratoria, la cual es la de mayor incidencia en los alimentos se produce fundamentalmente como consecuencia de fluctuaciones en la temperatura de almacenamiento. Cuando se incrementa la temperatura del producto congelado se produce la descongelación parcial de los cristales. Si después de ello la temperatura desciende, la congelación del agua descongelada no provoca el surgimiento de nuevos núcleos cristalinos, sino el crecimiento de los cristales ya existentes. Ello provoca una pérdida de calidad en el producto similar a la que se produciría si la descongelación hubiese sido lenta.

Tiempo de congelación.

El conocimiento del tiempo de congelación es de gran importancia para el diseño del proceso. Este tiempo es un dato necesario para determinar la velocidad de refrigeración requerida en relación con la capacidad del sistema de congelación.
La predicción del tiempo de congelación puede basarse en métodos numéricos y en métodos aproximados. Los primeros se basan en la solución de la ecuación diferencial general de energía. Los segundos, llamados también analíticos, toman en cuenta simplificaciones en la solución de la ecuación diferencial.
La primera solución aproximada propuesta corresponde a la ecuación de Plank., la cual toma en consideración una serie de suposiciones. A pesar de sus limitaciones esta ecuación ha sido muy utilizada y muchas de las ecuaciones desarrolladas con posterioridad se basan en la introducción de modificaciones a la misma.

Descongelación.

Cuando un alimento se descongela, la capa superficial de hielo se funde formando una capa de agua líquida cuyas propiedades térmicas son inferiores a las del agua en estado sólido. Como consecuencia de ello la velocidad con que se transfiere calor hacia el interior del alimento, aumentando este efecto aislante en la medida que la capa de alimento descongelado se incrementa. Es por ello que la descongelación de un alimento, para igual gradiente de temperatura, es más lenta que su congelación.
El daño celular provocado por la congelación lenta y la recristalización originan la pérdida de componentes celulares, lo que se manifiesta como un exudado en el que se pierden diversos compuestos de valor nutricional.
La descongelación debe ser concebida de manera que resulten mínimos los siguientes fenómenos: crecimiento microbiano, pérdida de líquido, pérdidas por deshidratación y pérdidas por reacciones de deterioro.
La descongelación suele efectuarse a una temperatura ligeramente superior a la del punto de descongelación.
Como se indicó con antelación, el mantenimiento prolongado del producto a temperaturas ligeramente inferiores a 0ºC resulta desfavorable pues el producto queda expuesto a concentraciones relativamente altas de solutos y se favorece el desarrollo de microorganismos psicrófilos.