.- Refrigeración

7/31/2019 .- Refrigeracin

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Operacin unitaria donde la temperatura del producto semantiene entre -2 y 10C. Reduce la velocidad de

cambios bioqumicos y microbiolgicos alargando la vidade productos alimenticios frescos y perecederos

La Refrigeracin:

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uan o se com na con e contro e acomposicin de la atmosfera de almacenamiento.Una disminucin de la concentracin de O2 y unincremento en la concentracin de CO2

disminuye el crecimiento de insectos ymicroorganismos.


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La refrigeracin causa un cambio mnimo en lascaractersticas sensoriales y propiedadesnutricionales

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: Preservacin Control de Reacciones Qumicas y Enzimticas Facilidad de Formacin de Emulsiones Crnicas Reduccin de los Cambios de Sabor


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Temperatura, C Tipo de Alimento-2 a +1 Filete de pescado, carnes,

embutidos, pescados ahumados, , ,

yogur, ensaladas, pastas, pizza,masas para panadera y pastificio

0 a +8 Pescado cocinado, carnes

curadas cocinadas, mantequilla,margarina, quesos duros, frutasblandas.

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Tipo de alimento

Intensidad de efecto destructivo del proceso

sobre microorganismos

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on c ones e g ene uran e su e a orac n yenvasado

Permeabilidad del envase

Temperatura durante su almacenamiento y

distribucin


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Sistemasmecnicos

Constan de 4 elementos principales: Evaporador,compresor, vlvula de expansin, condensador; y

refrigerante, que circula a travs de stos;pasando de lquido a gas y viceversa. Laspropiedades termodinmicas de refrigerantesindividuales se representan en cartas de presin

.

Sistemascriognicos

Un refrigerante cambia de faseabsorbiendo el calor latente del alimentocon el que entra en contacto: anhdrido

carbnico slido o lquido, el CO2 extraeel calor latente de sublimacin (352 KJ/Kga 75C), el nitrgeno lquido . Extraen elcalor latente de vaporizacin

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Aire CalienteAire Frio

Vapor Vapor

A B

Evaporador Condensador C

Compresor

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Componentes de un Sistema de Refrigeracin Mecnico de

Etapa Simple

Lquido + vapor Lquido

Vlvula deexpansin

E D


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1. Bajo punto de ebullicin y elevado calorlatente de vaporizacin

2. Densidad de vapor elevada (permite reducirel tamao del compresor )

3. Ba a toxicidad

10

4. No inflamables5. Baja miscibilidad con el aceite en el

compresor6. Bajo costo


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Refrigerante

Nmero Formula

Pto. Ebullicin C,

100 kPa

Calor latente

KJ/Kg

Toxicidad

R-11 CCl3F

R-12 CCl2F2

23,8

-29,8

194,2

163,54

Baja

Baja

R-21 CCl2FR-22 CClF2

R-717 NH3

R-744 CO2

-44,5-40,8

-33,3

-78,5

254,2220,94

1328,48

352

BajaBaja

Alta

Baja

11


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Refrigerante

Nmero Formula

Inflamabilidad Densidad

Kg/m3

Solubilidad en

aceiteR-11 CCl3F

R-12 CCl2F2

Baja

Baja

1,31

10,93

Completa

Completa

R-21 CCl2FR-22 CClF2

R-717 NH3

R-744 CO2

BajaBaja

Alta

Baja

1,7612,81

1,965

60,23

CompletaParcial


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AlimentosSlidos

Medio de enfriamiento agua, aire,salmuera o superficie metlica.Enfriadores de aire usan aire forzado entre

-10C y -12C, velocidad del aire 4 m/s.Diseo tneles estticos y continuosEnfriamiento al vaco usando cmaras a

Tcnicas para Refrigerar de acuerdo al Alimento

AlimentosLquidos

, ,evapora agua de la superficie, 1% dereduccin de humedad disminuye latemperatura 5C. Usado en vegetales

frescos, productos de panadera.Uso de intercambiadores de calor deplaca, tubulares, superficie rascada.

Jugos, leche, salsas 13


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Producto 0 C 4,4 C 16 C

Zanahoria - 4.300 8.700

Apio 1.600 2.400 8.200

Cebolla 4.200 6.200 19.600

Naranja 400 1100 800-1600 2800 5200Tomates - 3100 5.900

1 BTU = 252 Cal = 1055 Joules

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Duracin Media de la Vida til

Alimento 0 C 22 C 38 CCarne 6 10 1


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El aire que circula dentro de la cmara, no debeser ni demasiado hmedo ni demasiado seco

A > humedad se condensa el H2O en la sup. delalimento Crecimiento de mohos

A < humedad Deshidratacin del alimento

debe estar entre 80 y 90 % Los alimentos que pueden perder humedad se

protegen con diferentes mtodos de envasado (

Ceras para los quesos, plstico para carnes,Aceite mineral para los huevos)

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Las temp. De refrigeracin comercial y domstica estanentre los 4,5 C y los 7,2 C

Por razones econmicas, el transporte refrigerado se

efecta en un rango promedio para diferentes productogeneralmente entre 1,6 y 7,2 C.REQUISITOS DE ALMACENAJE REFRIGERADO

REFRIGERACIN COMERCIAL Y DOMSTICA

La circulacin de aire Control de la humedad Modificacin de la composicin de la atmsfera

CONTROL DE LA TEMPERATURA Los equipos no deben permitir fluctuaciones de latemperatura mayores a 1 c

Para disear el espacio frigorfico, es necesario conocer: La cantidad de luces y motores

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Requisitos de aislamiento Frecuencia de apertura de las puertas Clase y cantidad de alimentos que se almacenan

La cantidad de calor que debe eliminarse de unalimento depende de su calor especfico (Cp) Durante y despus del enfriamiento, algunos

alimentos continan res irando eneran calor

Tanto el Cp como la v, de respiracin se necesitanpara calcular la carga de refrigeracin Carga de Refrigeracin = Cantidad de calor que

debe eliminarse del producto y de su rea dealmacenamiento para reducir la temp. inicial a latemp. final seleccionada y para mantenerla apartir de ese momento, durante un tiempoespecificado

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Refrigeracin Congelacin

Temp. 15 C _ - 2 C - 17 C y menores

Cristales No hay Se forman

Diferencias entre Refrigeracin yCongelacin:

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Metabolismo Se reducesignificativamente Se paraliza

Vida Se mantiene Termina

Conservacin Dias a semanas Meses a aos

organismos Psicrfilos crecen a 0C No hay crecimient o aTemp. < -9,5 C


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Intercambio de aromas y sabores Perdida de vit C Perdida de firmeza y textura de frutas y

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or a zas Cambios de color en carnes Oxidacin de grasas

Aceleracin de la retrogradacin Apelmazamiento de alimentos granulares


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EJERCICIO:En un frigorfico a -2C con un coeficiente de intercambiocalrico superficial de 16 W/m2 C se enfran fresas recinrecogidas, de 2 cm de dimetro, desde 18 a 7C . Seguidamentey antes de su procesado, se mantienen en un almacn frigorfico

a -2C durante 12 h.El almacn que mide 3 metros de altura x10m x 10mcontiene un promedio de 2,5 toneladas de producto. Las

aredes el techo estn aislados con una ca a de 300 mm de

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poliuretano y el suelo est constituido por 450 mm de hormign.La temperatura ambiente es de 12C y la del suelo de 9C. Enel trabaja, durante 45 min al da, transportando recipientes conproducto, un operario que enciende 4 luces de 100 W . Cada

recipiente pesa 50 kg . Calclese el tiempo necesario para larefrigeracin de las fresas y determnese si una planta conpotencia de 5 KW es suficiente


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DATOS:Conductividad trmica de las fresas 0,127 W/m C

Densidad de las fresas 1050 kg/ m3

Conductividad trmica del aislamiento 0,026 W/ m. CConductividad trmica del hormign 0,87 W/m CCalor especfico de las fresas 3778 J/ kg C

Calor especfico de los envases 480 J/kg CCalor desarrollado por el operario 240 WCalor de respiracin de las fresas 0, 275 kg/s

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EL TIEMPO QUE LAS FRESA DEBEN MANTENERSE ENREFRIGERACIN:

Bi =


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A partir de un diagrama para relacin de temperatura de

esferas

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Para determinar si la planta de refrigeracin resulta adecuada:Carga Calor calor calor prdida Prdida aCalrica = de + sensible + generado + calrica + travsTotal respiracin envases luces/ operador techo/pa- suelo

redes

Calor Resp = 2.500 x 0,275 = mx calor respiracin=687,5 W

Calor a eliminar envases: 2500/250 = 10 envases


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=

Calor generado = Calor operario + potencia luces (tiempo operacin)operario+luces tiempo seg/da

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Calor generado por operario y luces =

= (240 +4 x100) (45x60) / 24x3600 = 20 W

Prdida calrica por paredes y techo

rea total = 60 + 60 + 100 = 220 m2


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Prdida calrica paredes/techos =

Prdida calrica a travs del suelo=

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Carga calrica Total = 687,5W+ 61 W+20W+ 267W +2127W =

= 3.162,5 W = 3,2 KW

Luego una planta de 5 KW es suficiente


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Proceso de Congelacin

Solutosconcentra -dos

Si la temp.Es lobastantebaja

Solutos altamenteconcentrados

Cristales de hielo (agua pura)

0C


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DATOS DE TIEMPO TEMPERATURA

DURANTE LA CONGELACIN

AS: Sobrenfriamiento. Comienza nucleacin. Agua lquida

SB: Inicio cristales de hielo. Liberacin calor latente de cristalizacin

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BC: Pto de congelacin disminuye por incremento [ solutos]

CD: Se alcanza la sobresaturacin de 1 soluto. Se libera calor latente decristalizacin . Temp eutctica de ese soluto.

DE: Cristalizacin de agua y solutos contina

EF: Contina formacin de hielo y concentracin de soluto hasta que nocongela ms agua. Ta = Temp. de transicin al edo. vtreo


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ALIMENTO CONTENIDO ENAGUA %

TEMPERATURA DECONGELACIN

C

VerdurasFrutasCarne

78-9287-9555-70

-0,8 a -2,8-0,9 a -2,7-1,7 a -2,2

LecheHuevos

-

8774

- , - ,

-0,5-0,5

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CONTENIDO EN AGUA Y TEMPERATURAS DE CONGELACIN DEALIMENTOS


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Destruccin de la textura por los cristales de hielo Dao al sabor Crecimiento de psicrfilos Mayor accin de las enzimas cuando hay H 2O libre. Hay accin de las enzimas, por tanto se debe escaldar antes de

congelar Desnaturalizacin de protenas por sales y minerales

Precipitacin de solutos fuera de solucin, ej. Textura arenosa delhelado

Concentracin de gases en la solucin, ej. Gaseosas

Deshidratacin osmtica Sinresis del agua

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Desestabilizacin de emulsiones y de las protenas disueltas Retrogradacin de los almidones a temperaturas por encima de

-5C Aumento de la concentracin de solutos provoca deshidratacin En la congelacin lenta, los cristales de hielo crecen en los espacios

intracelulares deformando y rompiendo las paredes celulares La resistencia de microorganismos a bajas temperaturas es variada :1. Clulas vegetativas de levaduras , mohos y bacterias gram

negativas (coliformes y salmonella) , resisten con dificultad2. Bacterias gram positivas (Staphilococcus y Enterococcus) y esporas

de mohos son ms resistentes.3. Bacterias (Bacillus y Clostridium) resisten perfectamente

Prdidas por cambios qumicos y enzimticos son lentas , pero seaceleran por aumento de la conc .de solutos , por reduccin de laAw y por cambios de pH

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Por debajo de esta temperatura esta congelada toda el aguacongelable

Hay entre un 2 y 10% de agua no congelable, especialmente aguafuertemente absorbida

A 60C, aumenta la resistencia elctrica del alimento y seaproxima a la de los alimentos deshidratados.

En la congelacin lenta se originan cristales muy puros y por tantoen e qu o res ua ay una concen rac n en so u os mas e eva a

que en la congelacin rpida, lo que provoca la salida de agua delas clulas

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En gral. a > V de congelacin Mejor calidad del producto. Una v de

cong. que permita el descenso de la Temp. de 1,3 cm/h es satisfactoriapara la mayora de los productos. Ej. Un bloque de alimento de 5 cm. deespesor que se congela exponiendo sus 2 superficies, tomar un tiempode aprox. 2 horas


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Considerando el costo de la operacin, se recomiendan -18C omenos y mantenerla durante el almacenaje

Microbiolgicamente los patgenos no crecen bajo -3,3C y los

alterantes no lo hacen bajo -9,5C

Enzimaticamente, la T de -18C no es muy segura pues hay enzimas

-

Propiedades de los Alimentos Congelados

Densidad: La hielo < agua lquida; por ello los alimentos congelados so

menos densos.

K: K hielo 4K agua lquida ; as los alimentos congelados tienen una > K

Cp: El Cp de alimentos congelados 20 debajo del punto inicial de

congelacin no difieren significativamente de la del producto sin

congelar. 33


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Diferencias entre Congelacin lenta y rpida

Rpida > # de cristales de] tamaodiminuto

< Exposicin aelevadasconcentraciones desales

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en ay cristales grandes

up ura por osmos s


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Tem

peratura(C

)

20

10

0

-10

-20

0 30 60 90 120

DESCONGELACIN

A

BC

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Tiempo (min)CAMBIOS DE TEMPERATURA DURANTE LA DESCONGELACIN*

AB: Incremento rpido de temperatura por ausencia de capa acuosaBC: Periodo largo de temperatura cerca de descongelacin . Aumenta

la capa acuosa>C : Incremento rpido de temperatura, prdida de lquido intra y

extra celular


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Proceso de descongelacin tiene una mayorduracin que el proceso de congelacin

La conductividad y difusividad trmicadel agua es menor que en el hielo

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V decongelacin

V de descenso dela T

Instalaciones

Lenta v de caida se produce fluidizacin


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Punto deCongelacin

Nucleacin

Temperatura

Temperatura del alimento donde coexisten en equilibrioel agua y pequeos cristales de hielo. Nucleacin parala formacin de cristales de hielo

Homognea, orientacin al azar de molculas de agua

Heterognea, formacin del ncleo sobre partculas ensuspensin o sobre la pared celular. Corriente en aalimentosTemp. a la que un cristal de un determinado soluto se

Eut ctica

TemperaturaEutctica Final

Cambio deVolmen

halla en equilibrio con el l quido no congelado y el

hielo (glucosa -5C, NaCl -21,13C)

Temperatura eutctica ms baja de los solutos delalimento (carne -50 a -60C, pan -70C), mximaformacin de cristales de hielo

Durante la congelacin de los alimentos se produceuna dilatacin. Varia con el contenido de agua yespacios intracelulares, la concentracin de solutos,temp. de cmara de congelacin

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Sistemas de congelacin mecnicosUn refrigerante es evaporado ycomprimido en un circuito cerrado

Congeladores criognicosEl refrigerante entra en contacto directocon el alimento Nitrgeno, CO2, Fren,

(dicloro, difluoro metano)

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Contacto Indirecto(conduccin)

Placa simple/doble

Cinta transportadora

Tubular de sup. Barrida: El producto no -

se congela totalmente, la pasta

congelada se envasa y se congela con

(Slidos)

(Slidos)

(Lquidos)

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aire forzadoInmersin DirectaV: rapidez, minimocontactoalimento/aire,max. contactoalimento/refrigeranteD: Refrigerante debe

carecer de sabor, olor/notxico

Liquidos criognicos: Gases de bajopunto de ebullicin licuados a presin(N2= Pto. de ebullicin= -196C, CO2=

Pto de ebullicin= -79CSalmuera: NaCl, 21% P.E.= -21C puededar exceso de sal y/o extraer el jugo

Soluciones de azcar


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Congeladores de cajn: El producto se congela con

aire a -20 y -30 C. Velocidades de congelacin baja(3-72 h). La circulacin del aire se impulsa por

Tneles de Congelacin: Usan aire a -30 y -40C,

velocidad del aire 1,5 6,0 m/s. Usan bandejas

apiladas, cintas sinfn. Su capacidad de produccin200-1500 kg/h.

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Congeladores en lecho fluidizado: Alimento en

capas de 2-13 cm sobre cinta sinfn perforada, es

sometido a corrientes de aire perpendiculares a -

25C y -35C a velocidad de 2-5 m/s. Circula aire auna velocidad apropiada para la fluidificacin.

Coeficientes de transmisin de calor alto, tiempos

de congelacin cortos, produccin alta (10.000

kg/h)

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Congeladores de placas: Placas huecasdispuestas de forma horizontal y vertical por las

que circula un refrigerante (-40C). Defuncionamiento discontinuo o continuo. Alimentoplano y de poco rosor se dispone entre las

placas, mediante sistema hidrulico se aproximan.Capacidad 90-2700 kg/h Congeladores de Superficie Rascada: Para

alimentos lquidos o semislidos. Por su interior

circula amonaco, salmuera o un refrigerante. Elalimenta se congela a -4 y -7C y se almacenan encongelacin para su solidificacin

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EXPRESIONES UTILES PARA EL ANLISIS DE LA REFRIGERACIN Compresor: El trabajo suministrado al refrigerante durante la

compresin se calcula a partir del incremento de entalpa y elcaudal de refrigerante

q w= m (H3 H2)

M: Caudal msico de refrigerante (Kg/s)H2 : Entalpa del refrigerante al principio de la compresin (kJ/kg)H3 : Entalpa del refrigerante a la slida de la compresin (kJ/kg)

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qw : a po enc a sum n s ra a a re r geran e en e compresor w

Condensador:El calor devuelto al ambiente en el condensador

qc = m (H3 H1)

qc : Flujo de calor intercambiado en el condensador (kw)H1: Entalpa del refrigerante a la la salida del condensador (kJ/Kg)

E d


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Evaporador:

El refrigerante se evapora absorbiendo calor de losalrededores a presin constanteqe = m (H2 H1)q

e: Flujo de calor intercambiando en el el evaporador(kw)

(H2 H1) : Efecto refrigeranteoe c en e e ren m en o

El coeficiente de rendimiento (CR) se define como elcociente entre el calor retirado por el refrigerante en elevaporador y la energa suministrada al compresor

CR= (H2 H1)/ (H3 H2)

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Tiempo de Congelacin


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Tiempo de Congelacintf = H/TF T ( Pa /hc + Ra2/ k)

tf : Tiempo de congelacin (s,h,min) : Densidad del producto ( = Kg / m3 )H : Calor latente (kJ/Kg)

TF : Temp. De congelacin (C)T

: Temp. Del aire (C)A : Dimetro del producto (m) para esfera y cilindro; ancho

K: Conductividad trmica del producto (W/mC)hc : Coeficiente de transmisin de calor por conveccin (W/m2

C)Py R: Efecto de la forma del producto

Para lmina infinita: P= , R= 1/8Para cilindro infinito : P= , R= 1/16Para esferas: P= 1/6, R= 1/24

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