Sistemas de congelación mecánica

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El nitrógeno líquido o el dióxido de carbono líquido se adquieren y se conservan en un recipiente de almacenamiento presurizado. El criógeno se conduce por las tuberías en estado líquido en la unidad de congelación y se aplica directamente al producto en una variedad de formas, en función del criógeno, el tipo de congelador o el producto alimenticio. Sin embargo, el criógeno es un producto consumible y, excepto en circunstancias muy inusuales, solo se puede utilizar una vez.

Los sistemas de congelación criogénica se caracterizan por una moderada inversión de capital, un mínimo costo de mantenimiento preventivo y un menor y más flexible compromiso con el espacio en la planta (los congeladores criogénicos se pueden instalar o retirar en un fin de semana). Sin embargo, el precio del nitrógeno líquido o del dióxido de carbono líquido varía según la ubicación geográfica del procesador, y el costo de la refrigeración adquirida de esta manera puede representar más del triple del costo de la refrigeración producida mecánicamente.

En contraste con la congelación mecánica, la congelación criogénica tiende a producir una «corteza» en el exterior del producto y evita la pérdida excesiva de humedad. Según el producto, esto podría verse como una ventaja en la calidad.


Principales tipos de túneles criogénicos:

Congelador de túnel de cinta plana
La cinta es plana en toda la longitud del congelador. Puede ser LN2 o CO2.

Congelador de túnel multipaso
La cinta es plana en toda la longitud del congelador, aunque hay tres (o más) cintas apiladas. Al final del primer nivel, el producto se descarga en el segundo nivel y regresa al extremo de entrada del congelador y se descarga nuevamente sobre el tercer nivel; luego, se vuelve a transportar al extremo de salida del congelador. Puede ser LN2 o CO2.

Congelador de túnel de cinta transportadora por tramos
El sistema de transporte se compone de tres o más cintas cortas inclinadas que vuelcan el producto de un tramo al siguiente. Este sistema es excelente para productos alimenticios pequeños que tienden a congelarse cuando se tocan. Al mantener el producto alimenticio en movimiento en piezas individuales, es posible congelar de manera rápida e individual grandes volúmenes de pequeños productos alimenticios, como carnes cortadas en cubos, bayas o verduras. Puede ser LN2 o CO2.

Congelador de inmersión
El producto alimenticio se transporta a través de un baño de nitrógeno líquido. Se trata de la velocidad de transferencia térmica más rápida disponible en la congelación criogénica, aunque se caracteriza por tasas de eficiencia del criógeno más bajas (mayor uso de nitrógeno) que las que se logran con otros tipos de túneles. Sin embargo, los congeladores de inmersión con LN2 acoplados a congeladores en espiral (criogénicos y mecánicos) han demostrado ser altamente eficaces para aumentar la productividad y el rendimiento (reducción de los costos de deshidratación) y prevenir daños en la parte inferior del producto alimenticio provocados por la cinta en espiral. LN2 solamente.

Congelador en espiral
Desde el exterior, el espiral luce como una caja cuadrada grande. En su interior, la cinta forma un espiral alrededor de un tambor central, y cada capa se encuentra a unas pulgadas de distancia. Por lo general, el producto ingresa por la parte inferior de la espiral y sale por la parte superior de la caja. Si bien las velocidades de transferencia térmica son más lentas que otros equipos criogénicos, esta unidad puede contener hasta 450 pies de cinta, lo que permite tasas de producción muy altas. Puede ser LN2 o CO2.

Congelador de gabinete (por lotes)
Se asemeja a un gabinete grande. El producto alimenticio se carga en las bandejas, se desliza en un estante, y el estante se introduce en el congelador. El estante y el producto se retiran del gabinete una vez que se ha completado la congelación. La unidad ocupa muy poco espacio, aunque la producción suele limitarse a unos pocos cientos de libras por hora. Si bien no se trata de un congelador en línea, su relativo bajo costo y versatilidad hacen que esta unidad sea una de las preferidas en nuevas plantas de procesamiento y en nuevos proyectos de desarrollo de productos. Puede ser LN2 o CO2.

Tambor
Un tubo largo, inclinado y giratorio. Mediante el uso de la gravedad y debido a su diseño interno para transportar el producto, esta unidad se utiliza para procesar productos alimenticios pequeños que tienden a congelarse cuando se tocan. Al igual que el congelador en tramos, produce una congelación rápida de manera individual. CO2 solamente.

Cómo funciona el LN2 en un congelador de túnel criogénico:
 

La mayoría de los túneles de nitrógeno de cintas rectas (el tipo más común) aprovechan el valor de refrigeración de la conversión del nitrógeno líquido en vapor (calor latente de vaporización, 86 BTU por libra) y luego sueltan el vapor muy frío sobre el producto para retirar la mayor cantidad de refrigeración posible antes de agotar el vapor del congelador (un proceso conocido como «extracción del vapor»). Los túneles de LN2 de cinta plana están diseñados para que el LN2 se rocíe sobre el producto alimenticio en el extremo de salida del congelador y para que el vapor frío regrese a la entrada del congelador. De esta manera, la refrigeración disponible en el vapor se utiliza de manera más eficiente.

Cómo funciona el CO2 en un congelador de túnel criogénico:
 

El CO2 líquido actúa de manera muy diferente al nitrógeno líquido en un congelador. El CO2 se conduce al túnel como un líquido de alta presión (300 psi); sin embargo, una vez que sale del orificio de inyección, se expande instantáneamente en una mezcla de gas y pequeñas partículas sólidas de hielo seco (a -78 °C [-109 °F]). El hielo seco sólido, comúnmente denominado «nieve» de hielo seco, se introduce en la superficie del producto alimenticio, donde el calor procedente del producto alimenticio hace que el hielo seco se «sublimice» o pase directamente del estado sólido al estado gaseoso. El efecto de refrigeración del CO2 se produce como resultado del calor latente de sublimación (246 BTU por libra de CO2 sólido, o más comúnmente representado como 120 BTU por libra de CO2 líquido). Cuando los túneles de nitrógeno son capaces de utilizar la refrigeración tanto de la vaporización del líquido como del calentamiento del vapor, los túneles de CO2 se diseñan principalmente para usar la refrigeración de la sublimación de la «nieve» de hielo seco. Los túneles de CO2 con una cinta plana se parecen mucho a los túneles de LN2 convencionales, excepto que el LCO2 se inyecta en el producto de forma inmediata después de que entra en el túnel y continuamente en casi el 70 por ciento de la longitud del túnel.

Cómo funcionan el CO2 y el LN2 en los congeladores en espiral:
 
Como regla general, el nitrógeno y el dióxido de carbono se usan de forma muy similar en los congeladores en espiral. Ambos criógenos se inyectan a través de la cinta desde colectores adyacentes. Tanto las partículas de nitrógeno líquido como de CO2 se vaporizan casi de inmediato y se logra un uso máximo de la refrigeración en forma de vapor mediante un amplio movimiento de aire desde ventiladores ubicados principalmente a lo largo de los bordes exteriores de la cinta (extracción del vapor). Este tipo de congelador hace un uso altamente eficiente de ambos criógenos.


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