Systèmes de surgélation cryogénique

L'azote ou dioxyde de carbone liquide, une fois acheté, est conservé dans une cuve de stockage pressurisée. Le cryogène est conduit en tant que liquide dans l'unité de congélation et appliqué directement sur le produit de façons variées en fonction du type de cryogène, de congélateur ou de produit. Cependant, il faut noter que le cryogène est un produit de consommation qui, sauf circonstances exceptionnelles, ne peut être utilisé qu'une seule fois.

Les systèmes de surgélation cryogénique ne demandent pas un grand investissement financier, ni de coûts élevés d'entretien préventif. De plus, ils occupent un espace réduit et de manière flexible (ces congélateurs peuvent être installés ou retirés sur un weekend). Point à noter, cependant : le prix et la disponibilité de l'azote ou du dioxyde de carbone liquide dépendent de la situation géographique du transformateur. De fait, le coût de la réfrigération peut atteindre plus du triple des frais encourus pour une réfrigération mécanique.

Contrairement à la surgélation mécanique, la surgélation cryogénique a tendance à solidifier l'extérieur du produit, et ainsi à prévenir les pertes excessives d'humidité. Cela peut être considéré comme un atout pour la qualité du produit, en fonction du type de produit concerné.


Principaux types de tunnel cryogénique :

Tunnel de congélation à bande plate
Cette bande est plate sur toute la longueur du congélateur. Il peut s'agir de LN2 ou de CO2.

Tunnel de congélation multi-pass
La bande est plate sur toute la longueur du congélateur, à l'exception de trois bandes (ou plus) empilées. Au bout du premier palier, le produit est déchargé dans un second palier, où il est retourné au début de l'entrée du congélateur, pour y être déchargé dans un troisième palier et réacheminé à la sortie du congélateur. Il peut s'agir de LN2 ou de CO2.

Tunnel de congélation à bande avec taquets
Ce système d'acheminement se compose de trois bandes courtes ou plus inclinées, qui basculent le produit d'un compartiment vers le suivant. Cette solution convient à merveille aux petits produits alimentaires qui ont tendance à se coller les uns aux autres en congelant lorsqu'ils entrent en contact. En maintenant en mouvement les parties individuelles du produit alimentaire, il est possible de surgeler rapidement et séparément de grands volumes de petits produits alimentaires tels que des viandes en dés, baies sauvages et légumes. Il peut s'agir de LN2 ou de CO2.

Congélateur par immersion
Le produit alimentaire est plongé dans un bain d'azote liquide. Il s'agit du taux de transfert de chaleur le plus rapide en matière de surgélation cryogénique, mais il se caractérise aussi par des taux d'efficacité moindres du cryogène (utilisation plus élevée de l'azote) que pour d'autres types de tunnels. Cependant, il a été démontré que les congélateurs par immersion LN2 alliés à des congélateurs à spirale (cryogéniques ou mécaniques) permettent d'augmenter largement la productivité et le rendement (réduction des frais de déshydratation) et de prévenir des dommages sur la partie inférieure du produit alimentaire par la bande à spirale. LN2 uniquement.

Congélateur à spirale
De l'extérieur, la spirale ressemble à une grande boîte carrée. De l'intérieur, la bande s'enroule en spirale autour d'un tambour central, chaque couche se trouvant à quelques centimètres de plus que la précédente. En règle générale, le produit est acheminé dans la partie inférieure de la spirale et ressort par le haut de la boîte. Bien que les taux de transfert de chaleur soient moindres que pour d'autres équipements cryogéniques, cette unité peut contenir jusqu'à 135 mètres de bande, et ainsi engendrer des taux de production très élevés. Il peut s'agir de LN2 ou de CO2.

Congélateur armoire (en lots)
Ce congélateur ressemble à une grande armoire. Le produit alimentaire est chargé sur des plateaux et glisse sur une baie qui est poussée dans le congélateur. Au terme de la surgélation, le produit et la baie sont retirés de l'armoire. Cette unité occupe très peu d'espace, mais la production est aussi en général limitée à quelques centaines de livres par heure. Il ne s'agit pas d'un congélateur « inline », néanmoins son coût relativement bas et sa polyvalence en font un favori des transformateurs qui se lancent et des nouveaux projets de développement de produit. Il peut s'agir de LN2 ou de CO2.

Retourneur
Un long tuyau incliné en rotation. Cette unité, qui utilise la force de gravité et sa conception interne pour acheminer le produit, sert à des produits alimentaires de petite taille qui ont tendance à coller les uns aux autres lors de la congélation lorsqu'ils entrent en contact. À l'instar du congélateur à niveaux, le retourneur génère un produit IQF. CO2 uniquement.

Comportement du LN2 dans un tunnel de congélation cryogénique :
 

La plupart des tunnels à bande qui utilisent l'azote (type le plus courant) se servent de la réfrigération qui permet de convertir l'azote liquide en vapeur (chaleur latente de vaporisation, 86 BTU par livre), puis soufflent cette vapeur très froide sur tout le produit afin d'en retirer un maximum de réfrigération avant d'expulser la vapeur (ce processus est appelé « stripage de la vapeur ») Les tunnels LN2 à bande plate sont conçus de façon à ce que le LN2 soit pulvérisé sur le produit alimentaire à la sortie du congélateur, en ramenant la vapeur froide vers l'entrée du congélateur. On peut ainsi exploiter au mieux la réfrigération disponible dans la vapeur.

Comportement du CO2 dans un tunnel de congélation cryogénique :
 

Le CO2 liquide a un comportement tout différent de celui de l'azote liquide dans un congélateur. Le CO2 est conduit dans le tunnel sous forme de liquide à haute pression (300 psi). Mais, une fois qu'il sort de l'orifice d'injection, il se propage instantanément dans un mélange de gaz et de minuscules particules solides de glace sèche (à - 109 °F, soit - 43 °C). Cette glace sèche, que l'on nomme couramment de la « neige » de glace sèche, est amenée vers la surface du produit alimentaire, où la chaleur de ce produit entraîne rapidement une « sublimation » de la glace ou se transforme directement d'un corps solide en gaz. L'effet de réfrigération du CO2 se produit avec la chaleur latente de la sublimation (246 BTU par livre de CO2 solide ou, plus couramment, 120 BTU par livre ou CO2 liquide). Alors que les tunnels d'azote peuvent utiliser la réfrigération provenant à la fois de la vaporisation du liquide et du réchauffement de la vapeur, les tunnels de CO2 ont été conçus principalement pour utiliser la réfrigération issue de la sublimation de la neige sèche. Une bande plate de CO2 ressemble beaucoup à un tunnel LN2, sauf que le LCO2 est injecté dans le produit immédiatement après son entrée dans le tunnel et ce, presque continuellement pour environ 70 % de la longueur du tunnel.

Mode de fonctionnement du CO2 et LN2 dans les congélateurs à spirale :
 
En règle générale, l'azote et le dioxyde de carbone s'emploient de façon fort similaire dans un congélateur à spirale. Ces deux cryogènes sont injectés le long de la bande depuis des collecteurs adjacents. Les particules de neige CO2 et azote liquide sont toutes deux vaporisées presque immédiatement et l'on utilise au maximum la réfrigération dans la vapeur par de larges déplacements d'air depuis des ventilateurs localisés principalement sur les bords externes de la bande (stripage de la vapeur). Ce type de congélateur exploite très efficacement les deux types de cryogène.

Retour

Seconde main

Projets

Social-media

 
   

Actualité