Ingeniería de AlimentosIngeniería de Alimentos

REFRIGERACIÓN

Plantas Piloto

M en C. Ricardo Monterrubio López

H i s t o r i aH i s t o r i a

PrehistoriaPrehistoria

EgipciosEgipcios

Griegos y Griegos y RomanosRomanos

Almacenar el hielo en depósitos cubiertos con paja

l 1834 – Primer patente de refrigerador por Jacob Perkins.

Gracias a:

l 1622 – Boyle (leyes de relación y presión) l 1626 – Francis Bacon (pollo)l 1683 – Leeuwenhoek (M.O.)l 1824 – Ciclo de Carnot de Refrigeración

Métodos de enfriamientoMétodos de enfriamientol Agua helada

No es ideal bajo los aspectos tecnológico y económico, puesto que los tiempos requeridos para conseguir el enfriamiento son muy prolongados.

l Nitrógeno líquidoEs 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.

l Nieve secaLa 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 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.

l 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 Ciclo de CarnotCarnot de Refrigeraciónde Refrigeración

Diagrama entrópico y entálpicoDiagrama entrópico y entálpico

Diagrama entrópicol 1.-AB: Comprensión adiabática

del fluidol 2.-BC: Condensación

isotérmical 3.-CD: Expansión adiátical 4.-DA: Evaporación isotérmica

Diagrama entálpico l 1.Transformación politrópica

(compresión)l 2.Transformación isobárica

(condensación)l 3.Transformación isentálpica

(Expansión)l 4.Transformación isobárica

(Evaporación)

Componentes de una cámara frigoríficaComponentes de una cámara frigorífica

EvaporadorEvaporador

l En el evaporador el refrigerante en estado líquido pasa a estado gaseoso extrayendo calor del entorno.

Tipos de evaporadoresTipos de evaporadores

l Hay dos tipos de evaporadores: los que utilizan aire o los que utilizan agua.

Con corriente de agua

Con corriente de aire

Evaporador Superior de alta eficienciaEvaporador Superior de alta eficiencia

CompresorCompresor

El compresor se encarga de comprimir el refrigerante en estado gaseoso procedente del evaporador.

Se dividen principalmente en aerodinámicos y Se dividen principalmente en aerodinámicos y de desplazamiento positivo.de desplazamiento positivo.

Ejemplo de compresor pistón.

Compresor Compresor SemiSemi--IndustrialIndustrial

CondensadorCondensador

l El condensador se encarga de licuar el gas de alta presión procedente del compresor.

Tipos de condensadoresTipos de condensadores

Existen varios tipos de condensadores dependiendo del método de refrigeración que tengan. Los más importantes son los de corriente de agua y aire.

Condensador IndustrialCondensador Industrial

Válvula de expansiónVálvula de expansión

l La válvula de expansión se encarga de devolver la presión inicial al refrigerante para que vuelva a pasar por el evaporador y a repetir el ciclo entero.

Directas o con distribuciónDirectas o con distribución

Por refrigerante se entiende todo aquel fluido que se utiliza para transmitir el calor en un sistema frigorífico y que absorbe calor a bajas temperaturas y presión, y lo cede a temperatura y presión más elevadas, generalmente con cambios de estado del fluido.

RefrigerantesRefrigerantes

Clasificación de los refrigerantes

Primer Grupo Segundo Grupo Tercer Grupo

Refrigerantes de nula Refrigerantes tóxicos Refrigerantes cuya mezclaacción tóxica 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 frigoríficasTipos 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

Refrigeración por compresión de vaporRefrigeración por compresión de vapor

Suponemos un ciclo ideal.El ciclo comienza en el evaporador.

SISTEMAS EN CASCADA Y SISTEMAS EN CASCADA Y COMPRESIÓN MULTIETAPACOMPRESIÓN 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 SISTEMAS EN CASCADA Y COMPRESIÓN MULTIETAPACOMPRESIÓN MULTIETAPA

Compresión multietapa

• El ciclo comienza en el intercambiador• Destaca la cámara -flash donde se separa el líquido y el vapor.

REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓNREFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN

l Dos diferencias con respecto a los otros

l Menos potencia para la compresión

l Necesitamos una fuente de calor alta

REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN MODIFICADOREFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN MODIFICADO

l Intercambiador de calor entre generador y absorbedor

l Rectificador entre generador y condensador

Sistemas de refrigeración con gasSistemas de refrigeración con gas

l Suponemos ciclo ideall El fluido se comprime y

cede calorl Temperatura del fluido

menor que la zona a refrigerar

Las cámaras frigoríficas extraen el calor de un entorno produciendo el frío

Tipos de cámarasTipos de cámaras

Industriales

Domésticas

Comerciales

TransporteTransporte frigoríficofrigoríficol 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.

l 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.

l 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 Aire1. 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 Q = A ·· U (T U (T –– TTmed med ))

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 ASi A?? ?? QQ??

Se logra cuando;1. Los alimentos deben estar espaciados entre si.2. La totalidad del alimento queda inmersa en la

corriente de aire (solo lecho fluidizado).

Si USi U?? ?? QQ??

El coeficiente global de transmisión decalor depende de:1. La conductividad térmica2. Del espesor 3. Coeficiente de película

constantes

Depende de la velocidad del aire

1.1. Enfriamiento en cámara 1.1. Enfriamiento en cámara FrigoríficaFrigorífica

l Solo para la conservación de alimentos.l Velocidades de aire pequeñas; < 1 m/sl 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 aire1.2. 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

EscanerEscaner pagina 272pagina 272

1.3. Túneles de enfriamiento1.3. Túneles de enfriamiento

l Cámaras de alta velocidad de aire (5-15 m/s)

l Valores altos de coeficiente de películal 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 túnel de enfriamientoTipos de túnel de enfriamiento

l De lecho fluidol En espirall De carritosl Lineales continuosl Lineales discontinuos

Túnel de Lecho FluidoTúnel de Lecho Fluido

Túnel de “Carrito”Túnel de “Carrito”

Túnel Lineal ContinuoTúnel Lineal Continuo

Enfriamiento por AguaEnfriamiento por Agua

l La disipación del calor es por convección forzada.

l Si 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 aguaDos tipos de enfriamiento por agua

l Por lluvia o por inmersión

Mayor caudal = Mayor coef. de película

25 l/seg

Ventajas y Desventajas del Ventajas y Desventajas del Enfriamiento con AguaEnfriamiento con Agua

lMayores coeficientes de película = mayor enfriamiento y mas rápido.

lMenos pérdidas de peso.l No todos los productos pueden ser

mojados.l Posible fuente de contaminación

microbiana.l Limpieza frecuente.

Enfriamiento por VacíoEnfriamiento por Vacíol Reducción de la presión hasta lograr que

vaporice el agua.l El mismo alimento proporciona la energía de

vaporización.l Mucha pérdida de peso.

Humedad RelativaHumedad Relativa

l Se recomienda entre 85 y 95% para evitar la pérdida de peso.

l Estas humedades pueden favorecer el crecimiento de hongos.

l Existen sistemas con Atmósferas controladas (etileno, CO2, etc.)

SUGERENCIAS.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.

ActualidadActualidad

l La inversión anual en sistemas de refrigeración es de alrededor de $1500 billones de dólares.

l 700 millones de refrigeradores en casas.l 300 000 000 m3 de espacios de refrigeración.

l Destrucción de la capa de ozono – Protocolo de Montreal.

l Calentamiento global – Acuerdo de Kioto.

Hablando del protocolo de Montreal