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2003-01-01
| CONSERVACIÓN
DE ALIMENTOS A BAJAS TEMPERATURAS |
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El
frío constituye una técnica de conservación
ampliamente difundida en la industria de los alimentos.
A diferencia de otras técnicas de conservación,
las bajas temperaturas permiten obtener productos con
características similares a las del producto
original, lo que resulta de especial importancia para
su consumo de manera directa.
Asimismo, constituye un adecuado medio de conservación
para las materias primas y los productos derivados de
la industria alimentaria.
Producción de frío
Fundamentos termodinámicos de la refrigeración
La
refrigeración puede definirse como el calor añadido
al sistema para mantener la temperatura deseada de la
sustancia que debe ser enfriada.
Esta temperatura es más baja que la del medio
ambiente inmediato o alrededores. Para ello, la sustancia
de trabajo, denominada refrigerante, absorbe calor a
una temperatura baja, mientras que rechaza calor a una
temperatura más elevada que la de los alrededores.
Las
características generales de los sistemas de
refrigeración son:
· Proceso continuo: La baja temperatura del foco
frío debe ser alcanzada y mantenida
· Proceso no espontáneo: se absorbe calor
a un a temperatura baja y se rechaza a una temperatura
alta, requiriéndose el suministro de energía
· Proceso cíclico: la sustancia de trabajo
debe ser retornada a las condiciones iniciales para
que pueda ser nuevamente utilizada.
· Proceso inverso: el calor rechazado es mayor
que el calor absorbido
El
ciclo de Carnot operado a la inversa constituye el fundamento
del ciclo de refrigeración, ya que mediante él
se consigue el efecto inverso de la máquina térmica,
pues se transporta energía desde el foco frío
hasta el foco caliente. Este proceso consiste de dos
procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos.
Todos estos procesos son termodinámicamente reversibles.
Ciclo
de refrigeración por compresión de vapor
Los intercambios de calor a temperatura constante pueden
lograrse cuando se emplea un vapor como refrigerante,
de manera que la absorción de calor desde el
foco frío produzca su vaporización, mientras
que el rechazo de calor al foco caliente de lugar a
su condensación, lográndose de esta manera
que estos procesos se efectúen a temperatura
constante. Este ciclo queda enmarcado entre las líneas
de líquido y vapor saturados, tanto en diagramas
temperatura-entropía como presión-entalpía.
La compresión del refrigerante de manera posterior
a la absorción de calor eleva su temperatura
lo que permite que ceda calor en el foco caliente condensándose.
Para llevar al refrigerante a las condiciones requeridas
para la absorción de calor en el foco frío,
este es expandido
La
capacidad de refrigeración de un sistema de refrigeración
indica la cantidad de calor que este es capaz de extraer
del foco frío en una unidad de tiempo.
Los
cálculos que se realizan en estos sistemas están
encaminados a determinar el flujo de refrigerante que
circula por el sistema, el consumo de energía,
el coeficiente de funcionamiento y la capacidad de refrigeración,
entre otros. El cálculo del ahorro de energía
que se produce cuando un alimento puede almacenarse
a una temperatura superior a otra resulta de especial
importancia.
El
grado de compresión queda determinado por las
presiones de ebullición y condensación
del refrigerante. Un aumento del grado de compresión
provoca en el compresor de una etapa la reducción
de su capacidad, la cual puede llegar a ser nula. Esto
significa que no se puede lograr cualquier temperatura
de ebullición manteniendo constante la temperatura
de condensación. Asimismo, al aumentar la temperatura
de condensación la temperatura de ebullición
más baja que puede alcanzarse se hace también
mayor.
Al
disminuir la temperatura de ebullición y aumentar
la temperatura de condensación se eleva la temperatura
a la salida del proceso de compresión. Con el
aumento de esta temperatura el coeficiente de funcionamiento
disminuye debido al incremento en el trabajo de compresión.
Una temperatura elevada en el cilindro del compresor
empeora las condiciones de lubricación pues los
aceites pierden sus propiedades lubricantes, lo que
acelera el desgaste de los equipos. Además, al
aumentar la diferencia entre las temperaturas del evaporador
y el condensador las pérdidas en la expansión
estrangulada se incrementan.
Las
causas señaladas limitan los regímenes
de trabajo del ciclo estándar antes señalado.
Para razones de compresión (pcond / pebull) entre
7 y 10 resulta ventajoso la utilización de ciclos
con más de una etapa de compresión los
que se denominan ciclos de presiones múltiples.
En
estos sistemas se introducen dos operaciones que son
las de separación de vapor y enfriamiento intermedio
de vapor. La primera está encaminada a separar
el vapor que se produce durante la expansión,
cuya cantidad puede resultar significativa si la razón
de compresión es grande. Este vapor formado durante
esta operación no realiza ningún efecto
útil en el evaporador contribuyendo solo a incrementar
las pérdidas de energía en el sistema.
El enfriamiento intermedio del vapor entre las dos etapas
de compresión origina una disminución
en el trabajo de compresión. Este enfriamiento
del vapor puede llevarse a cabo a expensas del líquido
depositado en el tanque separador. Para ello el refrigerante
en estado de vapor, proveniente del compresor de la
etapa de baja, se hace burbujear en el refrigerante
en estado líquido depositado en el tanque separador.
Los cálculos que se realizan en estos ciclos
son similares a los desarrollados en los ciclos estándares,
a los que se adicionan los correspondientes a los flujos
de refrigerantes que circulan por los ramales del sistema.
Estos ciclos con presiones múltiples son empleados
en los casos en que se requieran bajas temperaturas
de conservación. El almacenamiento de helados
y la congelación de carnes constituyen ejemplos
donde se aplican estos sistemas.
Refrigerantes
Se denomina refrigerante a la sustancia mediante la
cual se efectúa el transporte de calor desde
el cuerpo a enfriar o foco frío, hasta los alrededores
o foco caliente.
Entre los refrigerantes se tienen los hidrocarburos
halogenados, las mezclas azeotrópicas, los hidrocarburos,
los compuestos inorgánicos y los compuestos orgánicos
no saturados. Los hidrocarburos halogenados son obtenidos
mediante la sustitución de uno o más átomos
de hidrógeno en las moléculas de hidrocarburos
por átomos de fluor y cloro. Entre estos se encuentran
los conocidos freones, de los cuales el freón
12 constituye el de mayor riesgo para el medio ambiente
por los daños que ocasiona sobre la capa de ozono.
Sobre la base del Protocolo de Montreal se ha establecido
un plazo para su sustitución definitiva, existiendo
también un cronograma para la sustitución
paulatina de otros refrigerantes halogenados.
Entre los compuestos inorgánicos el amoníaco
resulta el más empleado en la actualidad.
A
pesar de que son muchas las sustancias que pudieran
ser utilizadas como refrigerantes, solo un determinado
número de ellas pueden emplearse como tales.
Estas sustancias deben reunir toda una serie de requisitos,
por lo que la elección de un refrigerante debe
tomar en consideración diversos criterios como
son:
· Criterios térmicos: presión a
las temperaturas de ebullición y condensación,
temperatura crítica, razón de compresión,
calor absorbido en el evaporador por unidad de volumen
del vapor aspirado por el compresor, temperatura de
congelación, calor latente de vaporización
y calor específico del líquido y del vapor.
· Criterios técnicos: Acción sobre
los metales y sus aleaciones, acción sobre los
lubricantes, efecto sobre el medio a enfriar, comportamiento
en presencia de agua, coeficientes de transferencia
de calor del líquido y del vapor, tendencia a
las fugas y su detección y viscosidad.
· Criterios de seguridad: toxicidad, inflamabilidad
y no formar mezclas explosivas con aire.
· Criterios medio-ambientales: acción
sobre la capa de ozono
No
existe un refrigerante que cumpla con todos los requisitos
señalados, por lo que su elección debe
realizarse tomando en cuenta las particularidades de
la aplicación. En la actualidad los requisitos
ambientales se consideran una limitante para la elección.
La
transferencia de calor entre el cuerpo enfriado y el
refrigerante se puede efectuar de manera directa o indirecta.
La forma directa es aquella en la que se produce el
intercambio entre el refrigerante y el medio enfriado
(aire en una cámara refrigerada, por ejemplo).
En tales casos el refrigerante se denomina primario.
En la forma indirecta se emplea un refrigerante auxiliar,
de manera que el calor se trasmite de este refrigerante
auxiliar y de este a un refrigerante primario en el
evaporador. Este refrigerante auxiliar constituye un
refrigerante secundario.
Los refrigerantes secundarios también deben responder
a una serie de requerimientos. En el caso de requerirse
temperaturas de congelación son empleadas las
soluciones salinas denominadas salmueras. Un aspecto
de interés práctico lo constituye la selección
de la salmuera así como su composición.
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