CONSERVACION DE ALIMENTOS POR FRIO

Tipos de conservación frigorífica según la utilidad del frío utilizado:

Tipos de conservación frigorífica según la velocidad a la que tiene lugar la formación de estos cristales:

Clasificación de las instalaciones frigoríficas según el sistema utilizado para eliminar calor de los alimentos:

Se basa en tres principios:

• Todo el liquido para pasar al estado gaseoso necesita consumir calor, que roba del entorno que le rodea. Este calor se denomina calor latente de vaporización y se define como el calor necesario para cambiar un kilogramo de liquido que esta a su temperatura de ebullición a vapor. Se expresa en Kcal o KJ por unidad de masa (Kcal/kg, KJ/kg).

• La temperatura a la que se evapora o hierve un liquido depende de la presión que se ejerce sobre dicho liquido.

• Todo vapor puede volver a condensarse convirtiéndose en liquido si se comprime y enfría debidamente.

En al sistema de producción de frío por compresión mecánica, para enfriar un producto o un local, se hace evaporar un determinado liquido refrigerante en un aparato adecuado con el fin de que el calor latente necesario para la evaporación se extraiga de ese local o producto que se desee enfriar. Además, variando la presión sobre el liquido que se evapora y produce el frío, se modificara la temperatura de ebullición y por consiguiente se podrá regular la temperatura del local o producto a enfriar. Por otro lado, al recoger el vapor formado durante la ebullición del liquido refrigerante; comprimirlo en un compresor adecuado, reduciendo su volumen y por tanto aumentando su presión; y enfriarlo en un condensador se convierte de nuevo en liquido, que puede evaporarse otra vez y producir mas frío.

Los componentes principales de un sistema frigorífico por compresión mecánica son: evaporador, compresor, condensador, válvula de expansión o de regulación.

A medida que el refrigerante circula a través de estos componentes pasa por un numero de cambios de estado, volviendo siempre a su estado inicial. Esta serie de procesos se llama ciclo, y se puede representar en el siguiente esquema:

En este circuito, el refrigerante opera a dos presiones perfectamente diferenciadas, que son las que corresponden a la evaporación y a la condensación; por ello, en una instalación frigorífica de este tipo, se habla de zona de alta presión y zona de baja presión.

La descripción del ciclo es la siguiente:

En el deposito, el refrigerante se encuentra en estado líquido a una cierta presión, y su paso al evaporador se controla mediante una válvula automática denominada de expansión o de regulación.

Dicha válvula produce una estrangulación brusca de la sección por la que circula el fluido, lo que hace que la presión descienda a la entrada del evaporador. Esta bajada de presión en el evaporador hace que el refrigerante hierva y se evapore, absorbiendo el calor latente de vaporización del medio.

El refrigerante en forma de gas es extraído del evaporador por el compresor, que lo comprime aumentando por ello su presión y temperatura, de forma que la temperatura a la que ahora condensa es superior a la temperatura que existe en el condensador.

En este mediante la acción de un fluido exterior (aire o agua) se extrae el calor del gas refrigerante; por lo que este se enfría, y se condensa para volver al estado líquido.

A partir de aquí es impulsado de nuevo hacia la válvula de expansión, comenzando otra vez el ciclo.

Refrigerantes

Un refrigerante es cualquier fluido que actúa como agente de enfriamiento, absorbiendo calor de un foco caliente al evaporarse. El refrigerante en una instalación frigorífica debe tener las siguientes características:

• Calor latente de evaporación alto: cuanto mayor sea su valor menor cantidad de refrigerante hay que utilizar en el proceso de refrigeración para obtener una temperatura determinada.

• Presión de evaporación superior a la atmosférica: para evitar que entre aire en el circuito de refrigeración, lo que acarrearía el problema de que el agua contenida en el aire se solidificase y obturase algún conducto.

• Punto de ebullición lo suficientemente bajo para que sea inferior a la temperatura de trabajo del evaporador.

• Temperaturas y presión de condensación bajas: así se evitan trabajar con presiones de condensación altas en el compresor lo que se traduce en un considerable ahorro tanto de energía como en el coste de la instalación.

• Inercia química: es decir que no reaccione con los materiales que componen el circuito ni con el aceite del compresor.

• Ha de ser inmiscible o totalmente miscible con el aceite del compresor: la solubilidad parcial da origen a problemas de depósitos de aceite en el evaporador.

• Debe de ser químicamente estable: hasta el grado de no ser inflamable ni explosivo.

• Ha de ser soluble en agua: de esta forma se evita que el agua libre pueda formar cristales de hielo. Por este motivo los circuitos de refrigeración van provistos de filtros deshidratantes.

• Debe ser no tóxico para el hombre.

• Debe tener un impacto ambiental bajo o nulo en el caso de ser liberado por posibles fugas.

• Debe ser fácilmente detectable por el olfato para poder localizar las fugas que se produzcan en el sistema.

• Debe ser barato.

Tipos de refrigerantes

Los primeros refrigerantes utilizados por reunir varias de estas características y ser los únicos disponibles cuando aparecieron las primeras máquinas de producción mecánica de frío (1867) fueron el amoniaco (NH3), el dióxido de carbono (CO2)y el dióxido de azufre (SO2). Pero estos refrigerante presentaban grandes problemas de toxicidad, explosión y corrosión en las instalaciones de modo que su utilización estaba restringida a usos industriales. Con excepción del amoniaco todos estos refrigerantes han dejado de usarse siendo reemplazados por otros denominados freones que aparecen en el mercado a partir del año 1928 y no presentan los inconvenientes de los primeros.

El amoniaco hoy en día se sigue empleando en instalaciones de gran tamaño debido a que es el refrigerante conocido que tienen el efecto frigorífico mas alto. Es uno de los más baratos y fáciles de conseguir y tiene gran estabilidad química. Es inmiscible con el aceite, por lo tanto debe usarse un separador de aceite en la tubería de descarga del compresor hacia el condensador. Como inconveniente: es tóxico, algo inflamable y puede llegar a ser explosivo en grandes concentraciones, pero puede ser detectado fácilmente por el olor por lo que estos inconvenientes tiene poca importancia en industrias con alto nivel de control. Las fugas de amoniaco se detectan con velas de azufre, formándose un humo denso en presencia de vapor de NH3 o también se puede aplicar una solución de jabón en el punto donde se cree que puede haber una fuga formándose burbujas en caso positivo.

Freones: Es un grupo de refrigerantes derivados de hidrocarburos de bajo peso molecular fundamentalmente derivados del metano y el etano en los que alguno o todos sus átomos de H se han sustituidos por halógenos normalmente flúor, cloro y bromo. En función de su composición estos refrigerantes pueden clasificarse en tres grupos: CFC (clorolfuorocarbonados), HCFC (hidroclorofluorocarbonados) y HFC (hidrofluorocarbonados).

• CFC: son hidrocarburos totalmente halogenados, es decir, todos sus hidrógenos están sustituídos por cloro y flúor. Se caracterizan por ser gases muy estables que persisten en la atmósfera muchos años y por tanto pueden llegar a la estratosfera donde destruyen la capa de ozono. Por este motivo dejaron de fabricarse y usarse a partir de 1995 según lo acordado en el Protocolo de Montreal. El Protocolo de Montreal, sobre productos que destruyen la capa de ozono, es un acuerdo internacional adoptado en una conferencia diplomática que tuvo lugar en Montreal (Canadá) el 16 de septiembre de 1987 por el que los gobiernos firmantes se comprometieron a reducir progresivamente y finalmente suprimir la fabricación y uso de estas sustancias, para lo que se estableció un calendario para su eliminación. Dicho calendario fue revisado en varias ocasiones, la ultima en 1997. Uno de los refrigerantes con mejores propiedades termodinámicas y por ello el mas utilizado hasta dicha fecha pertenece a este grupo es el R-12 o diclorodifluormetano y el R-11 o triclorofluormetano.

• HCFC: son hidrocarburos halogenados que contienen un átomo de hidrogeno en su molécula lo cual le permite oxidarse con mayor rapidez en la parte baja de la atmósfera siendo su poder de destrucción de la capa de ozono menor. Son sustitutos a medio plazo de los CFC. Según el Protocolo de Montreal su uso y producción tendrá que estar reducido al 100 % en enero del 2030. Ejemplo: R-22 clorodifluormetano ODP= 0,05.

• HFC: derivados halogenados que no contienen cloro en su molécula oxidándose con gran rapidez en capas bajas de la atmósfera, siendo su ODP= 0. Ejemplo R-152 o difluormetano.

Consideraciones sobre los refrigerantes según el reglamento de seguridad para plantas e instalaciones frigoríficas.

1. Denominación simbólica de los refrigerantes: según este reglamento los refrigerantes además de por su fórmula química pueden identificarse por un código adoptado internacionalmente siguiendo las siguientes reglas: el código va precedido de una R, a continuación aparecen unas cifras relacionadas con la formula química del refrigerante que indican lo siguiente:

2. Criterios de seguridad: el reglamento de seguridad de plantas e instalaciones frigoríficas divide los fluidos en tres categorías y recomienda el uso de aquellos que sean menos tóxicos y menos inflamables. Estas categorías son:

Componentes de la instalación

El compresor: es una maquina que tiene la misión de aumentar la presión de los gases, es decir, comprimirlos al disminuir el volumen que dicho gas ocupa. La función del compresor es aspirar el refrigerante en estado vapor y aumentar su presión al disminuir el volumen que dicho gas ocupa.

Tipos de compresores:

• Compresores alternativos o de pistón: son los mas utilizados y se caracterizan por la intermitencia a la que sale el gas comprimido. Constan de un cilindro con dos válvulas, una para la admisión y otra para el escape. Por el interior del cilindro se desliza un pistón unido a un mecanismo de biela-manivela que transforma el movimiento circular de un eje procedente de un motor en movimiento rectilíneo. En el movimiento descendente del pistón la válvula de admisión se abre por efecto de la depresión creada y el cilindro se llena de refrigerante gaseoso. Al subir el pistón se cierra la válvula de admisión y el gas se comprime. Tras la compresión la válvula de escape se abre y el gas sale a una presión superior de la que tenia.

Cuando se quieren obtener presiones muy elevadas se utilizan varios cilindros de forma que la válvula de escape de uno se comunica con la admisión del siguiente produciéndose una compresión en etapas.

El aumento de presión del refrigerante produce una subida inevitable de la temperatura del mismo, por lo que para poder evacuar el calor se colocan alrededor del pistón unas aletas de refrigeración similares a la que llevan los motores de las motos. Cuando se trabaja en varias etapas el gas comprimido se refrigera a la salida de cada una de ellas, a través de un sistema de intercambio de calor. Dentro de los compresores alternativos existen varios tipos que se pueden clasificar:

• Compresores de simple efecto: aquellos en que una sola cara del embolo es activa.

• Compresores de doble efecto: las dos caras del embolo son activas.

• Horizontales.

• Verticales.

• Radiales.

• abiertos: el motor que acciona el compresor es totalmente exterior.

• Herméticos: el conjunto motor-compresor esta cerrado dentro de un deposito hermético que no es desmontable.

Estos compresores se utilizan para equipos con capacidades frigoríficas entre 500-500000 Kcal/h o frigorías. Se dice que se suministra una frigoría a un cuerpo cuando del se extrae una Kcal. La frigoría/h es la unidad de enfriamiento equivalente a la Kcal/h.

• Compresores rotativos: a diferencia de los alternativos presentan un caudal de salida de gas comprimido continuo sin intermitencia. Además no disponen de masas con movimiento alternativo por lo que presentan menos vibraciones y producen menos ruido que los anteriores. Los más utilizados son:

El condensador: es un intercambiador de calor cuya función es extraer del refrigerante en estado gaseoso el calor con el fin de producir su condensación. Este calor es la suma del calor absorbido en el evaporador y el producido por el trabajo de compresión. Según cual sea el medio utilizado para realizar la extracción de calor los condensadores se clasifican en:

• Condensadores enfriados por aire: se utilizan en instalaciones de pequeño tamaño. Constan en un serpentín o conjunto de tubos normalmente de cobre por cuyo interior circula el refrigerante. Soldados a estos y en sentido perpendicular se disponen unas laminas de aluminio cuya función es elevar la superficie de transferencia de calor por radiación por lo que estos tubos reciben el adjetivo de aleteados. Normalmente en estos condensadores el aire se hace circular de manera forzada a través de ventiladores que se pueden montar de manera que, o bien impulsan el aire sobre el conjunto de tubos aleteados o bien extraen el aire a través del condensador. *Con el de extracción de aire se mejora la ventilación en los extremos.

• Condensadores enfriados por agua: estos se dividen en tres tipos:

El inconveniente que presenta este tipo de condensadores es el alto consumo de agua, que en grandes instalaciones frigoríficas encarece mucho el proceso. En estos casos el agua se recupera para hacerla recircular y reutilizarla en su función condensadora enfriándola en equipos auxiliares denominados torres de enfriamiento o torres de refrigeración. En ellas el agua caliente que sale del condensador es atomizada o rociada desde la parte superior cayendo por gravedad hacia ña parte inferior. Mediante la circulación de aire por el interior de la torre se consigue reducir la temperatura del agua al ceder este su calor al aire y también por evaporación de una parte de ella que pasa a la corriente de aire que se crea, tomando el calor necesario del resto del agua. El agua así enfriada es bombeada de nuevo al condensador donde absorbe el calor de condensación procedente del refrigerante. Las perdidas de agua por evaporación se compensan con una aportación de agua nueva.

Según el tipo de circulación del aire las torres se clasifican en:

• atmosféricas: aquellas en las que el aire se mueve por convección natural.

• De tiro mecánico: en las que el aire se mueve por convección forzada impulsada por un ventilador.

*Las torres de enfriamiento suelen tener un relleno para aumentar la superficie de contacto entre el agua rociada u el aire. También disponen de unos separadores de gotas para evitar el arrastre excesivo de gotitas de agua por parte del aire.

• Condensadores evaporativos: son una combinación de los condensadores enfriados por aire y de las torres de enfriamiento se utilizan cuando se dispone de poca cantidad de agua de enfriamiento o el coste de esta es muy elevado. Consiste en una torre de enfriamiento de agua por el sistema de aire forzado combinada con un condensador formado por un serpentín de tubo liso que se dispone en el interior de la torre. La superficie del condensador se humedece con el agua pulverizada a la vez que sobre el mismo se dirige la corriente de aire de un ventilador que favorece la evaporación del agua iniciada en el proceso de condensación del refrigerante que actúa como fuente de calor. El agua se recoge en la parte inferior de la torre y a través de una bomba se hace recircular hacia los aspersores o duchas. El conjunto va introducido en una caja metálica.

Válvulas de regulación de flujo o de expansión: la función es regular la entrada del fluido frigorífico en el evaporador y mantener la diferencia de presión necesaria entre los lados de alta y baja presión del sistema. Los tipos de válvula más utilizados son:

Esta válvula regulable actúa por la presión existente en el lado de baja del sistema del siguiente modo: sobre la membrana (1) inserta en la parte superior de la válvula actúan la presión atmosférica (8) y la del resorte de contrapresión (6) que son constantes. En la parte inferior de la válvula se ejerce la presión del evaporador (9) y la del resorte de regulación (4) cuya tensión puede ajustarse mediante el tornillo de regulación (5). Bajo un ajuste predeterminado del resorte de regulación (4) la membrana (1) se comba ligeramente hacia abajo cuando baja la presión en el evaporador y entonces el vástago (2) desplaza el punzón (3) de su asiento (7) y queda abierto el paso de liquido por el orificio del punzón. El refrigerante penetra entonces en el evaporador hasta que aumenta la presión del mismo volviendo así la membrana a su posición anterior.

Si el nivel del liquido es alto cierra la aguja impidiendo el paso del liquido refrigerante mientras existe suficiente cantidad en el evaporador. A medida que este se va evaporando el liquido va bajando de nivel, en consecuencia baja la bolla y abre el punzón permitiendo de nuevo la entrada de liquido.

Evaporador: es un intercambiador de calor donde se efectúa la ebullición del refrigerante liquido que procede del compresor con la consiguiente absorción de calor del medio en el que se encuentra.

• Paso del refrigerante por el evaporador: el refrigerante liquido a alta presión atraviesa la válvula de regulación convirtiéndose en liquido a baja presión. Al efectuarse este descenso de presión tiene lugar la ebullición con la consiguiente absorción de calor originando las clásicas burbujas. Mientras avanza a lo largo del evaporador la masa de liquido que contiene burbujas de vapor se convierte en una masa de vapor que arrastra gotas de liquido, mezcla que se denomina vapor húmedo. Finalmente cuando todo el liquido se ha evaporado este se denomina vapor saturado. La temperatura de este vapor saturado sigue aumentando en el tramo final del evaporador debido al calor que absorbe del ambiente a enfriar alcanzando un punto mas alto que la temperatura de saturación a la presión de evaporación existente, denominándose vapor sobrecalentado o recalentado.

Clasificación de los evaporadores:

• según como circule el refrigerante:

• según como estén construidos:

• según el método de circulación del aire:

• según enfríen aire o liquido:

Según como circula el refrigerante:

Según como estén construidos:

Según la circulación del aire:

La circulación del aire en el espacio refrigerado es esencial para la transferencia de calor del producto hacia el evaporador.

Según enfriamiento de liquido o aire:

Aspectos relacionados con los enfriadores de aire:

• Frigoríferos (frigorígenos): en determinados casos el evaporador se coloca fuera del recinto de la cámara, encerrado en un departamento anexo a la misma al que se da el nombre frigorífero o frigorígeno. Se comunica con la cámara pro medio de 2 conductos, en uno de ellos circula el aire en sentido del frigorígeno a la cámara y en el otro de la cámara al frigorífero, manteniéndose dicha circulación mediante un ventilador encerrado también en dicho departamento. El frigorífero se utiliza principalmente cuando se trata de enfriar cámaras de gran capacidad con el fin de obtener una distribución rápida y uniforme del frío.

• Desescarche del evaporador: el vapor de agua que contiene el aire que atraviesa el evaporador se deposita en forma de escarcha sobre las paredes de este dificultando la transmisión de calor e impidiendo el paso del aire. Para evitar esto es necesario un desescarchado periódico de las paredes del evaporador. El desescarchado se realiza durante las paradas del grupo frigorífico mediante dos sistemas:

• Circulación de aire forzado tomado desde el exterior y descargándolo nuevamente fuera.

• Pulverización de una lluvia de agua a presión sobre las capas de hielo acumuladas en la superficie del serpentín o aletas del evaporador.

• Desescarche eléctrico: el método mas utilizado, empleado sobre todo para los evaporadores de tubos aleteados, donde unas resistencias eléctricas acopladas en intimo contacto con las aletas se encargan de calentar el hielo hasta fundirlo por completo.

• Desescarche por gas caliente: este sistema utiliza como fuente de calor el gas caliente que sale del compresor y que se hace circular mediante un sistema de derivación por el evaporador frío. El desescarche se consigue al ceder el gas caliente su calor al evaporador, condensándose el refrigerante que habrá que evaporar antes de que pase de nuevo al compresor para lo que se utiliza un serpentín evaporador instalado fuera del recinto enfriado.

Sistema de enfriamiento indirecto: en ocasiones el enfriamiento no se obtiene por el contacto directo del evaporador con el espacio a enfriar, sino de forma indirecta, a través de la circulación de un liquido que ha sido previamente enfriado por el evaporador y después es bombeado a través de tuberías adecuadas hacia el recinto o producto a refrigerar. Este liquido llamado refrigerante secundario tras enfriar el producto o recinto se calienta por lo que se recircula para volver a enfriarse en el enfriador de liquido. Este sistema de refrigeración indirecto se emplea cuando hay que enfriar varias cámaras o distintos servicios. Ejemplo: refrigeración de los depósitos de fermentación...

Cuando la distancia que tiene que recorrer el refrigerante primario es grande, ya que las tuberías largas producirían perdidas de la eficiencia frigorífica del sistema y aumento de las fugas del refrigerante.

En aplicaciones de frío donde no se puede permitir contaminaciones del producto o recinto a enfriar por posibles fugas del refrigerante.

Como refrigerante secundario se utilizan:

• el agua en aplicaciones donde la temperatura deba mantenerse por encima de 0 ºC.

• Salmuera de NaCl y CaCl2. Las de CaCl2 se utilizan para temperaturas inferiores a -18 ºC en una concentración de esta sal en agua de 30 % en peso. La de NaCl se utiliza para -30 ºC en una concentración del 23 % en peso.

• Soluciones con distintas concentraciones de anticongelante. Los anticongelantes mas utilizados son de la familia de los glicoles: propilenglicol y etilenglicol. También el metanol y la glicerina.