Ingeniería de Alimentos REFRIGERACIÓN Plantas Piloto M en C. Ricardo Monterrubio López
Historia
Prehistoria
Egipcios
Griegos y Romanos
Almacenar el hielo en dep贸sitos cubiertos con paja
l 1834
– Primer patente de refrigerador por Jacob Perkins.
Gracias a:
l l l l
1622 – Boyle (leyes de relación y presión) 1626 – Francis Bacon (pollo) 1683 – Leeuwenhoek (M.O.) 1824 – Ciclo de Carnot de Refrigeración
Métodos de enfriamiento l
Agua helada No es ideal bajo los aspectos tecnológico y económico, puesto que los tiempos requeridos para conseguir el enfriamiento son muy prolongados.
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Nitrógeno líquido Es un método rápido pero caro. La instalación consta de uno o varios recipientes para el nitrógeno liquido, el cual es luego pulverizado a través de boquillas situadas en la parte superior del vehículo. La pulverización esta regulada por un termostato accionado por una válvula magnética o neumática.
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Nieve seca La nieve seca es dióxido de carbono en forma sólida, que a presión atmosférica ordinaria sublima. Se utiliza para lograr temperaturas de -10ºC o inferiores, aunque la distribución de la temperatura es muy irregular.
l l
Hielo El hielo es el medio más utilizado, que se coloca en forma de bloques o picado en los recipientes que existen al efecto en el techo o en la testera del vehículo. Para temperaturas hasta de -10ºC puede utilizarse la mezcla hielo-sal.
Maquinas frigoríficas Los vehículos dotados con maquinas frigoríficas pueden utilizarse para toda clase de transportes dentro de la cadena de frío. Ofrecen la ventaja de poder mantener constante la temperatura deseada durante un tiempo indefinido.
Ciclo de Carnot de Refrigeraci贸n
Diagrama entrópico y entálpico l l l l
Diagrama entrópico 1.-AB: Comprensión adiabática del fluido 2.-BC: Condensación isotérmica 3.-CD: Expansión adiática 4.-DA: Evaporación isotérmica
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Diagrama entálpico 1.Transformación politrópica (compresión) 2.Transformación isobárica (condensación) 3.Transformación isentálpica (Expansión) 4.Transformación isobárica (Evaporación)
Componentes de una cĂĄmara frigorĂfica
Evaporador
l
En el evaporador el refrigerante en estado lĂquido pasa a estado gaseoso extrayendo calor del entorno.
Tipos de evaporadores
Con corriente de agua
l
Hay dos tipos de evaporadores: los que utilizan aire o los que utilizan agua.
Con corriente de aire
Evaporador Superior de alta eficiencia
Compresor
El compresor se encarga de comprimir el refrigerante en estado gaseoso procedente del evaporador.
Se dividen principalmente en aerodinรกmicos y de desplazamiento positivo.
Ejemplo de compresor pist贸n.
Compresor Semi-Industrial
Condensador l
El condensador se encarga de licuar el gas de alta presi贸n procedente del compresor.
Tipos de condensadores
Existen varios tipos de condensadores dependiendo del mĂŠtodo de refrigeraciĂłn que tengan. Los mĂĄs importantes son los de corriente de agua y aire.
Condensador Industrial
Vรกlvula de expansiรณn l
La vรกlvula de expansiรณn se encarga de devolver la presiรณn inicial al refrigerante para que vuelva a pasar por el evaporador y a repetir el ciclo entero.
Directas o con distribuci贸n
Refrigerantes
Por refrigerante se entiende todo aquel fluido que se utiliza para transmitir el calor en un sistema frigor铆fico y que absorbe calor a bajas temperaturas y presi贸n, y lo cede a temperatura y presi贸n m谩s elevadas, generalmente con cambios de estado del fluido.
Clasificaci贸n de los refrigerantes
Primer Grupo
Refrigerantes de nula acci贸n t贸xica
Segundo Grupo
Tercer Grupo
Refrigerantes t贸xicos
Refrigerantes cuya mezcla puede ser explosiva
- Temperatura de vaporización - Producción frigorífica específica Termodinámicas - Producción frigorífica volumétrica - Diferencia de entalpía Propiedades
- Coeficiente de intercambio térmico Agresividad al medio Fugacidad Miscibilidad con los aceites
Tipos de ciclos de las máquinas frigoríficas l
Refrigeración por compresión de vapor
l
Sistemas en cascada y de compresión multietapa
l
Refrigeración por absorción
l
Sistemas de refrigeración con gas
Refrigeraci贸n por compresi贸n de vapor
Suponemos un ciclo ideal. El ciclo comienza en el evaporador.
SISTEMAS EN CASCADA Y COMPRESIÓN MULTIETAPA l
Sistemas en cascada
• Intercambiador a contracorriente. • La energía cedida de A evapora el refrigerante en B. • Cada fluido en cada ciclo requiere un tipo específico de propiedades.
SISTEMAS EN CASCADA Y COMPRESIÓN MULTIETAPA Compresión multietapa
• El ciclo comienza en el intercambiador • Destaca la cámara flash donde se separa el líquido y el vapor.
REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN
l l l
Dos diferencias con respecto a los otros Menos potencia para la compresión Necesitamos una fuente de calor alta
REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN MODIFICADO l
l
Intercambiador de calor entre generador y absorbedor Rectificador entre generador y condensador
Sistemas de refrigeraci贸n con gas l l l
Suponemos ciclo ideal El fluido se comprime y cede calor Temperatura del fluido menor que la zona a refrigerar
Las cámaras frigoríficas extraen el calor de un entorno produciendo el frío
Tipos de cĂĄmaras DomĂŠsticas
Industriales Comerciales
Transporte frigorífico l
Vehículos ventilados. Son recintos cerrados, que además de las puertas de carga cuentan con aberturas para la entrada y salidas de aire o dispositivos especiales para el volteo de este ultimo.
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Vehículos isotermos. Son recintos cuyas paredes, techo y suelo están provistos de aislamiento con objeto de reducir el intercambio calorífico entre el interior del vehículo y el ambiente exterior.
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Vehículos refrigerados. Son vagones isotermos que cuentan con dispositivos para contener una fuente de frío, como hielo con o sin sal.
l
Vehículos con refrigerador incorporado. Son vehículos dotados de compresor o de una maquina de absorción.
1. Enfriamiento por Aire l Es
el método mas utilizado en Alimentos. l Es enfriamiento se realiza mediante la transferencia de calor por convección desde la superficie del alimento, a través de la película de aire que la rodea (capa límite), hasta la corriente de aire enfriado.
Q = A · U (T – Tmed ) lQ
= calor disipado (W) l A = área de transferencia (m2) l U = coeficiente global de transferencia de calor (W·m-2·K-1) l Tmed= temperatura del medio de enfriamiento. l T = temperatura del producto.
Si A? ? Q? Se logra cuando; 1. 2.
Los alimentos deben estar espaciados entre si. La totalidad del alimento queda inmersa en la corriente de aire (solo lecho fluidizado).
Si U? ? Q? El coeficiente global de transmisiĂłn de calor depende de: 1. La conductividad tĂŠrmica constantes 2. Del espesor 3. Coeficiente de pelĂcula Depende de la velocidad del aire
1.1. Enfriamiento en cámara Frigorífica l Solo
para la conservación de alimentos. l Velocidades de aire pequeñas; < 1 m/s l Coeficientes de película chicos; 3 W·m-2·K-1 l Tiempos de enfriamiento largos (16-30 hrs) l Capacidad máxima; 15 toneladas. l Es afectado por el estibado, tipo de embalaje y densidad de la carga.
1.2. Enfriamiento por presión de aire l Consiste
en crear gradientes de presión en la cámara, para forzar al aire a pasar por el interior de los envases (contacto directo). l Requiere envases con ventilación suficiente en dirección del aire. l Diferencia de presión; > 15 mm de columna de agua
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1.3. Túneles de enfriamiento l Cámaras
de alta velocidad de aire
(5-15 m/s) l Valores altos de coeficiente de película l Tiempo de enfriamiento total de entre 1 y 6 horas. l Pueden tener transportadores aéreos o en banda. l Se ajusta la velocidad de transportación
Tipos de tĂşnel de enfriamiento l De
lecho fluido l En espiral l De carritos l Lineales continuos l Lineales discontinuos
TĂşnel de Lecho Fluido
Túnel de “Carrito”
TĂşnel Lineal Continuo
Enfriamiento por Agua l La
disipación del convección forzada.
l Si
calor
es
por
la circulación de agua es uniforme y rápida, el coeficiente de película es elevado ? la resistencia en la superficie del alimento es despreciable.
Dos tipos de enfriamiento por agua l Por
lluvia o por inmersi贸n
Mayor caudal = Mayor coef. de pel铆cula 25 l/seg
Ventajas y Desventajas del Enfriamiento con Agua l Mayores
coeficientes de película = mayor enfriamiento y mas rápido. l Menos pérdidas de peso. l No todos los productos pueden ser mojados. l Posible fuente de contaminación microbiana. l Limpieza frecuente.
Enfriamiento por Vacío l l l
Reducción de la presión hasta lograr que vaporice el agua. El mismo alimento proporciona la energía de vaporización. Mucha pérdida de peso.
Humedad Relativa l Se
recomienda entre 85 y 95% para evitar la p茅rdida de peso. l Estas humedades pueden favorecer el crecimiento de hongos. l Existen
sistemas con Atm贸sferas controladas (etileno, CO2, etc.)
SUGERENCIAS. l Se
recomienda no utilizar todo el volumen de la cámara (máximo 80%). l Nunca dejar la estiba sobre el suelo. l Dejar libre un espacio de 0.3m entre pared y mercancía. l Se dejará una distancia de 0.5m entre la mercancía y el techo.
Actualidad l
l l
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La inversión anual en sistemas de refrigeración es de alrededor de $1500 billones de dólares. 700 millones de refrigeradores en casas. 300 000 000 m3 de espacios de refrigeración.
Destrucción de la capa de ozono – Protocolo de Montreal. Calentamiento global – Acuerdo de Kioto.
Hablando del protocolo de Montreal