ES2312027T3 - Procedimiento y aparato para congelar parcialmente una mezcla acuosa. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para congelar parcialmente una mezcla acuosa que comprende simultánea o en no importa en qué orden las etapas de: colocar dicha mezcla acuosa en contacto con al menos parte de una superficie de congelación; refrigerar dicha superficie de congelación hasta por debajo del punto de congelación de dicha mezcla acuosa; de forma que forme hielo en la superficie de congelación; y hacer oscilar dicha superficie de congelación con respecto a dicha mezcla acuosa en una dirección que no es perpendicular a al menos parte de la superficie de congelación; y en el que el ángulo entre la dirección de oscilación y la mayoría de la superficie de congelación es inferior a 45º, caracterizado porque la oscilación es lineal con una frecuencia de entre 20 y 200 Hz.
Description
Procedimiento y aparato para congelar
parcialmente una mezcla acuosa.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a un aparato para congelar parcialmente una mezcla
acuosa para formar una dispersión de cristales de hielo, y a partir
de ahí producir un barro de hielo de agua, un batido de leche
congelada, un helado o producto similar.
Convencionalmente, los barros de helado o de
hielo de agua son producidos colocando una mezcla, que es una
solución acuosa, y/o una suspensión de los ingredientes, en contacto
con una superficie de congelación. Una capa de hielo se forma sobre
la superficie. Con el fin de evitar la formación de cristales de
hielo muy grandes y para mantener una transferencia de calor
satisfactoria entre la superficie de congelación y la mezcla, es
necesario retirar continuamente la capa de hielo. Esto se ha
conseguido raspando mecánicamente la capa de hielo eliminándola de
la superficie de congelación, por ejemplo en congeladores de helados
de fábricas (también conocidos como intercambiadores térmicos de la
superficie raspada); congeladores de helados domésticos y máquinas
de barros de hielo de agua como por ejemplo las utilizadas en cafés
y pequeñas tiendas de apertura en horarios no habituales.
Esto requiere la provisión de un mecanismo de
raspado y un mecanismo de accionamiento. Estas características
aumentan considerablemente el tamaño y la complejidad del
equipamiento de producción. Así mismo, el raspado impone un coste
de energía sustancial por medio de la fricción sobre el dispositivo
de raspado que se origina de la superación de la fuerza de adhesión
de hielo a la superficie.
El documento EP0584127 describe un medio
alternativo de deshelar una superficie de congelación utilizando
ondas sónicas de alta frecuencia (ultrasonido). El ultrasonido se
cree que establece una resonancia en la superficie de congelación
haciendo que se flexione y se doble separando de esta forma el
hielo. Esto posibilita la generación de hielo sin raspar y tiene la
ventaja de simplificar el equipamiento dado que no requiere el
desplazamiento de piezas. Sin embargo, este procedimiento tiene
varios inconvenientes. La instalación de la superficie de
congelación para posibilitar la resonancia ultrasónica presenta
serias restricciones acerca del tamaño y el diseño del dispositivo.
Así mismo, el uso de ultrasonido puede producir ruidos desagradables
de tono alto, lo cual puede no ser aceptable en una fábrica o en un
entorno público.
Uno de los grandes problemas afrontados al
producir barros de hielo de agua, helados y batidos de leche
congelada, es por consiguiente impedir la formación de hielo sobre
la superficie de congelación sin recurrir a un equipamiento
complejo o costoso. Así, se necesita un procedimiento sencillo para
retirar el hielo de las superficies de congelación.
El documento US 4170881 y DE 2916310 describen
ambos un procedimiento y un aparato para congelar líquidos acuosos
utilizando una superficie de congelación oscilante.
Se ha descubierto ahora que es posible liberar
hielo de una superficie de congelación en contacto con una mezcla
acuosa haciendo oscilar linealmente la superficie de congelación a
bajas frecuencias.
La congelación parcial de una mezcla
acuosa significa congelar la mezcla de tal forma que solo parte
del agua de la mezcla se convierta en cristales de hielo, de forma
que el producto parcialmente congelado sea apropiado para bombeo,
moldeo, extrusión, vertimiento, bebida o rellenado y similares.
El punto de congelación de la mezcla
acuosa significa el punto de congelación de equilibrio de una
solución de la concentración inicial. El punto de congelación de
equilibrio de una solución es inferior al punto de congelación de
equilibrio del disolvente puro debido a la depresión del punto de
congelación. Cuando una solución es parcialmente congelada, la
concentración de la solución se incrementa porque el agua es
retirada en forma de cristales de hielo puro (esto se conoce como
concentración por congelación). Por consiguiente el punto de
congelación se reduce en mayor medida. El punto de congelación de
una mezcla acuosa puede determinarse mediante procedimientos
sobradamente conocidos por parte de los expertos en la materia.
Los términos"batido de
leche", "hielo de agua" y "helado"
tiene los significados establecidos en el Capítulo 1 de Helado 4ª
Edición - W.S. Arbuckle - AVI Publishing, 1986, excepto porque en el
contexto de la presente invención "helado" también abarca
composiciones que comprenden grasas vegetales.
El ángulo entre la dirección y la oscilación
y la superficie de congelación en cualquier punto concreto
sobre la superficie significa (90 - theta) donde theta es el más
pequeño de los dos ángulos entre el vector perpendicular a la
superficie en ese punto y la dirección de oscilación, como se
muestra en la Figura 1.
La temperatura de la superficie de congelación
se mide mediante la fijación de un termopar autoadhesivo (tipo T,
Omega Engineering Ltd, 1 Omega Drive, Riverbound Technology Centre,
Northbank, Irlam, Manchester; M44 5BD, RU) a la superficie de
congelación.
La liberación de hielo de la superficie de
congelación se comprueba mediante comprobación visual de la
superficie de congelación. La liberación de hielo se considera
satisfactoria cuando no hay hielo que se adhiera a la superficie al
final del proceso de congelación.
La concentración de una solución en equilibrio a
una temperatura entre su punto de congelación y su temperatura de
transición vítrea se proporciona por la curva del punto de
congelación sobre el diagrama de fase. (El diagrama de fase para
las soluciones de sacarosa puede encontrarse en S. Ablett, M.J.
Izzard, P.J. Lillford J. Chem Soc Faraday Trans. 88 (1992) 789).
Por ejemplo, a 2.2ºC, la concentración de sacarosa en equilibro con
hielo es del 22% (w/w). Si la concentración inicial de la solución
era del 20% w/w entonces la cantidad de hielo formada puede
estimarse como sigue:
donde x = % (w/w) hielo = 9,8% en
este
ejemplo,
Constituye un primer objetivo de la presente
invención proporcionar un procedimiento para congelar parcialmente
una mezcla acuosa que comprenda simultáneamente o en no importa qué
orden las etapas de: colocar dicha mezcla acuosa en contacto con al
menos parte de una superficie de congelación, enfriar dicha
superficie de congelación hasta por debajo del punto de congelación
de dicha mezcla acuosa, de manera que se forme hielo en la
superficie de congelación; y hacer oscilar dicha superficie de
congelación con respecto a dicha mezcla acuosa en una dirección que
no sea perpendicular a al menos parte de la superficie de
congelación y en el que el ángulo entre la dirección de oscilación
y la mayoría de la superficie de congelación es inferior a 45º,
caracterizado porque la oscilación es lineal con una frecuencia de
20 y 200 Hz.
Preferentemente, la frecuencia de oscilación
está comprendida entre 40 Hz y 100 Hz. Más preferentemente, la
frecuencia de la oscilación está comprendida entre 50 Hz y 80 Hz. Se
ha descubierto que cuanto mayor es la frecuencia de la oscilación
dentro de estos límites, mejor es la retirada de hielo de la
superficie de congelación.
Preferentemente, la amplitud de la oscilación
está comprendida entre 0,2 mm y 20 mm. Más preferentemente, la
amplitud de la oscilación está comprendida entre 1 mm y 15 mm. Como
máxima preferencia, la amplitud de la oscilación está comprendida
entre 4 mm y 10 mm. Se ha descubierto que cuanto mayor es la
amplitud de la oscilación dentro de estos márgenes, mejor es la
retirada del hielo de la superficie de congelación.
La oscilación puede ser cualquier forma de onda
apropiada, por ejemplo sinusoidal, onda cuadrada o diente de sierra.
Preferentemente, la oscilación es sinusoidal.
Es deseable que la velocidad de congelación
parcial de la mezcla acuosa deba ser lo más rápida posible, de
forma que la velocidad de producción del producto parcialmente
congelado, como por ejemplo barro de hielo de agua, helado o batido
de leche congelado, se potencia al máximo. Se cree que la velocidad
de la congelación parcial depende de (al menos) tres factores: la
velocidad de formación de hielo en la superficie de congelación, el
área de la superficie de congelación y la velocidad de liberación de
hielo de la superficie de congelación.
Se ha descubierto que cuanto más estrechamente
la superficie de congelación esté en paralelo con la dirección de
oscilación, más rápida será la liberación de hielo de la superficie
de congelación. La forma de la superficie de congelación, por
consiguiente, se escoge para que el ángulo entre la dirección de
oscilación y la mayoría de la superficie de congelación sea
inferior a 45º. Por ejemplo, la superficie de congelación comprende
la superficie de una varilla con su eje en paralelo a la dirección
de oscilación. Preferentemente, la superficie de congelación es la
superficie de un cilindro con su eje paralelo a la dirección de
oscilación. Más preferentemente, el cilindro es vertical y el
extremo inferior del cilindro comprende un saliente. Como máxima
preferencia, el saliente es una esfera o un cono.
Se ha descubierto que cuanto mayor es el área de
la superficie de congelación, más hielo se genera. La forma de la
superficie de congelación se escoge para que sea una gran área
superficial. Preferentemente la superficie de congelación comprende
las superficies interior y exterior de un tubo cilíndrico con su eje
en paralelo a la dirección de oscilación.
La superficie de congelación puede comprender
las superficies de una pluralidad de miembros que estén rígidamente
montados sobre una base única. Preferentemente, los miembros
comprenden unos cilindros con sus ejes en paralelo a la dirección
de oscilación. Más preferentemente, los cilindros son verticales y
el extremo inferior del cilindro comprende un saliente. Como máxima
preferencia, el saliente es una esfera o un cono. Como una
alternativa, los miembros comprenden unos tubos cilíndricos con sus
ejes en paralelo a la dirección de oscilación.
El área de la superficie de congelación puede
incrementarse mediante la adición de aletas. Las aletas pueden ser
placas planas o pueden estar perfiladas, por ejemplo retorcidas,
para potenciar la mezcla axial de la mezcla acuosa.
Preferentemente, una o más aletas están fijadas a la superficie de
congelación.
La resistencia de la adhesión del hielo a la
superficie de congelación depende de la temperatura de la superficie
de congelación, y también del tipo de soluto de la mezcla acuosa.
Se ha descubierto que para temperaturas dentro del margen de 0ºC a
-20ºC, cuanto más baja sea la temperatura de la superficie de
congelación, más fuerte es la adhesión. Sin embargo, cuanto más
alta sea la temperatura de la superficie de congelación, menor será
la velocidad de formación de hielo (la temperatura de la superficie
de congelación debe situarse por debajo del punto de congelación de
la mezcla acuosa con el fin de formar hielo). Así, la temperatura
óptima de la superficie de congelación para una mezcla acuosa
concreta se determina mediante un compromiso entre estos dos
efectos opuestos. Se ha descubierto que una rápida velocidad de
formación de hielo y una fácil liberación se consiguen cuando la
temperatura de la superficie de congelación está comprendida entre
-1ºC y -20ºC. Preferentemente, la temperatura de la superficie de
congelación se sitúa por debajo de -5ºC. También preferentemente,
la temperatura de la superficie de congelación se sitúa por debajo
de -10ºC. Como máxima preferencia, la temperatura de la superficie
de congelación está comprendida entre -5ºC y -10ºC.
Se ha descubierto también que la retirada de
hielo puede potenciarse sin reducir de modo significativo la
velocidad de formación de hielo sometiendo a un ciclo la temperatura
de la superficie de congelación desde una temperatura de entre 5ºC
y 25ºC por debajo del punto de congelación de la mezcla acuosa hasta
una temperatura de más de 0ºC y menor de 5ºC por debajo del punto
de congelación de la mezcla acuosa.
La superficie de congelación es enfriada
mediante cualquier medio de enfriamiento apropiado, por ejemplo
haciendo fluir un refrigerante, como por ejemplo un glicol de
etileno acuoso o Ferón, a través del interior del miembro cuya
superficie comprende la superficie de congelación.
Se ha descubierto que el procedimiento de la
presente invención puede ser utilizado para producir alimentos o
bebidas parcialmente congelados cuando se utiliza una mezcla acuosa
apropiada. Preferentemente, la mezcla acuosa comprende una solución
acuosa y/o una suspensión de ingredientes comestibles seleccionada
por el grupo compuesto de azúcares, ácidos alimenticios,
colorantes, aromatizantes, proteínas, emulsificantes grasos y
estabilizantes. Más preferentemente, la mezcla acuosa es un batido
de leche, una mezcla de hielo de agua, o una mezcla de helado.
Constituye un segundo objetivo de la invención
proporcionar un aparato para congelar parcialmente una mezcla
acuosa que comprenda una superficie de congelación, un medio de
refrigeración capaz de refrigerar dicha superficie de congelación
hasta una temperatura por debajo de -1ºC y un medio de oscilación
acoplado a dicha superficie de congelación caracterizado porque
dicho medio de congelación es capaz de hacer oscilar linealmente
dicha superficie de congelación con respecto a una dirección que no
es perpendicular a al menos parte de la superficie de congelación y
en el que el ángulo entre el ángulo de congelación y la mayoría de
la superficie de congelación es inferior a 45ºC, con una frecuencia
de entre 20 y 200 Hz.
Preferentemente, el medio de oscilación es capaz
de hacer oscilar la superficie de congelación con una amplitud entre
1 mm y 20 mm.
Preferentemente, el medio de refrigeración es
capaz de refrigerar la superficie de congelación hasta una
temperatura por debajo de -5ºC, más preferentemente hasta una
temperatura por debajo de -10ºC.
Es deseable que el aparato deba ser simple y
poco costoso. Preferentemente, el medio de oscilación es un altavoz,
una bobina magnética, un agitador electrodinámico o un motor
eléctrico alternativo.
El medio de oscilación puede estar acoplado a la
superficie de congelación mediante acoplamiento directo, o mediante
un miembro resiliente, o mediante una viga en voladlizo. Se ha
descubierto que el acoplamiento directo proporciona un medio
sencillo, poco costoso, de acoplamiento. Se ha descubierto también
que una viga en voladizo es apropiada para hacer oscilar
superficies de congelación pesadas. Se ha descubierto también que
mediante acoplamiento de la superficie de congelación al medio de
oscilación con un miembro resiliente, como por ejemplo una viga
flexible o un muelle, y haciendo oscilar el medio a su frecuencia
resonante, pueden obtenerse oscilaciones de gran amplitud.
La forma de la superficie de congelación se
escoge para que el ángulo entre la dirección de oscilación y la
mayoría de la superficie de congelación sea inferior a 45º. Por
ejemplo, la superficie de congelación comprende la superficie de
una varilla con su eje paralelo a la dirección de oscilación.
Preferentemente, la superficie de congelación es la superficie de
un cilindro con su eje paralelo a la dirección de oscilación. Más
preferentemente, el cilindro es vertical, y el extremo inferior
del cilindro comprende un saliente. Como máxima preferencia, el
saliente es una esfera o un cono.
La superficie de congelación puede comprender
las superficies de una pluralidad de miembros que están rígidamente
montados sobre una única base que se hace oscilar mediante un medio
de oscilación simple. Esto evita la necesidad de más de un medio de
oscilación. Preferentemente, los miembros comprenden unos cilindros
con sus ejes paralelos a la dirección de oscilación. Más
preferentemente los cilindros son verticales y el extremo inferior
del cilindro comprende un saliente. Como máxima preferencia el
saliente es una semiesfera o un cono. Como una alternativa, los
miembros comprenden unos tubos cilíndricos con sus ejes en paralelo
a la dirección de oscilación.
La presente invención se describirá con mayor
detenimiento con referencia a los dibujos, en los que;
La Figura 1 ilustra la definición del ángulo
entre la dirección de oscilación y la superficie de congelación.
La Figura 2 representa una vista esquemática del
aparato de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, junto con
una mezcla acuosa.
La Figura 3 representa la superficie de
congelación de acuerdo con la invención, que comprende un cilindro
con un saliente semiesférico sobre su extremo inferior.
La Figura 4 representa una superficie de
congelación de acuerdo con la invención, que comprende un tubo
cilíndrico.
La Figura 5 representa una superficie de
congelación de acuerdo con la invención, a la cual están fijadas
unas aletas.
La Figura 6 representa una superficie de
congelación de acuerdo con la invención, que comprende una
pluralidad de miembros rígidamente montados sobre una única base
simple la cual es oscilada mediante un mecanismo de accionamiento
único.
La Figura 7 representa un diagrama detallado de
un aparato de acuerdo con el segundo aspecto de la invención en el
que el medio de oscilación es un altavoz con un acoplamiento de viga
resiliente.
La Figura 1 muestra una superficie de
congelación 3, el vector 30 perpendicular a un punto sobre la
superficie de congelación 3 y la dirección de oscilación 5. Un
ángulo 31 es el más pequeño entre los dos ángulos entre el vector 30
perpendicular a la superficie y la dirección de oscilación 5. Se
ofrece el ángulo entre la dirección de oscilación y la superficie de
congelación (90º - ángulo 31).
La Figura 2 representa una vista esquemática del
aparato, junto con una mezcla acuosa. En la Figura 2 el medio de
oscilación 1 esta acoplado a la superficie de congelación 3 por
medio de un acoplamiento 2. La superficie de congelación 3 está
sumergida en una mezcla acuosa 4. El medio de oscilación 1 hace
oscilar la superficie de congelación 3 en la dirección 5.
La Figura 3 representa una superficie de
congelación 3 que comprende un cilindro 6 con un saliente
semiesférico 7 sobre su extremo inferior. La temperatura de
congelación 3 es controlada mediante el flujo de un líquido
refrigerante 8 a través del cilindro 6 por medio de la entrada 9 y
la salida 10.
La Figura 4 muestra una vista en sección
transversal del tubo cilíndrico 11. El tubo 7 tiene una superficie
exterior 12 y una superficie exterior 13, las cuales conjuntamente
comprenden la superficie de congelación. El tubo es hueco para
posibilitar que la superficie de congelación sea refrigerada con el
líquido refrigerante 8.
La Figura 5 muestra una vista desde arriba de
una superficie de congelación 3 a la cual están fijadas unas aletas
14. Estas pueden consistir en unas placas planas y pueden estar
conformadas para potenciar el mezclado de la mezcla acuosa.
La Figura 6 representa una superficie de
congelación que comprende una pluralidad de miembros 16 rígidamente
montados sobre una base única 15, los cuales pueden ser oscilados en
la dirección 5 mediante un solo medio de oscilación.
\newpage
La Figura 7 muestra un medio de oscilación
consistente en un altavoz (con su cono de altavoz retirado) que
comprende un imán 17, unas piezas polares 18, una bobina 19 y un
bastidor 20. Un tubo de peso ligero 21 está fijado al tubo 22
alrededor del cual la bobina está envuelta. Un soporte lineal 23
proporciona una alineación axial para el tubo 21. El tubo está
acoplado a la superficie de congelación 3 por medio de una viga
resiliente 25 y de una varilla 26. La viga es soportada a ambos
lados mediante unos filos de cuchilla 24 y la superficie de
congelación 3 está fijada al centro de la viga.
La presente invención se describirá con mayor
detalle con referencia a los ejemplos que siguen que son únicamente
ilustrativos y no limitativos.
- (a)
- Un cilindro de cobre hueco vertical con una longitud de 90 mm, un diámetro de 16 mm y un grosor de pared de 1 mm fue directamente acoplado en su extremo superior a un agitador electrodinámico (modelo V406, Ling Dynamic Systems Ltd, Royston, Herts, RU). El extremo superior del cilindro fue cerrado con una placa plana. Se hizo pasar una solución acuosa de glicol de etileno con un 50% w/w a -20ºC a través del interior de un cilindro por medio de un circulador refrigerado Haake. Se hizo oscilar sinusoidalmente el cilindro a lo largo de su eje longitudinal a una frecuencia de 60 Hz y a una amplitud de 6 mm. Una copa con 250 ml de una solución de sacarosa al 20% w/w, inicialmente a una temperatura próxima a 20ºC fue situada por debajo del cilindro de forma que el cilindro refrigerado fue completamente sumergido en la solución. Se formó continuamente hielo sobre la superficie curvada del cilindro y fue liberado dentro de la solución mediante oscilación. También se formó hielo sobre el extremo plano del cilindro, pero no fue retirado y continuó formándose a lo largo del tiempo.
- (b)
- Un cilindro idéntico fue construido excepto porque tenía un saliente semiesférico en su extremo libre y no una placa plana. El uso de ese cilindro bajo las mismas condiciones tuvo como resultado la liberación satisfactoria de hielo desde la entera superficie y no se produjo ninguna formación en el extremo final.
- (c)
- Una tercera superficie de congelación consistente en un tubo cilíndrico con una longitud de 115 mm, un diámetro exterior de 42 mm, un diámetro interior de 34 mm y un grosor de pared de 0,9 mm fue construido con aluminio. La superficie fue pulimentada. La masa del cilindro vacío era de 118 g. El tubo fue refrigerado haciendo fluir el refrigerante a través de las paredes. El uso de este cilindro bajo las mismas condiciones produjo la formación de parches de hielo sobre las superficies interior y exterior del tubo. El hielo fue liberado dentro de la solución circundante por oscilación.
\vskip1.000000\baselineskip
Sin pretender quedar limitados por ninguna
teoría, se cree que el hielo es retirado de la superficie por la
fuerza de cizalla entre la capa de hielo situada sobre la superficie
de congelación y la mezcla acuosa. Esto está relacionado con la
aceleración máxima de la superficie durante la oscilación en la
dirección paralela a la superficie. Cuanto mayor es la aceleración
máxima, mayor es la fuerza de retirada del hielo. El incremento
tanto de la amplitud como de la frecuencia de la oscilación
incrementa la aceleración máxima. La amplitud y frecuencia de la
oscilación requerida para retirar el hielo de la superficie de
congelación depende de la resistencia de la adhesión del hielo, la
cual a su vez depende de la temperatura de la superficie y de la
naturaleza y concentración de los solutos de la mezcla acuosa. Se ha
descubierto que el incremento de la frecuencia de la amplitud de la
oscilación incrementa la capacidad de deshielo de la superficie de
congelación.
El tubo cilíndrico fue utilizado de acuerdo con
lo descrito en el ejemplo 1(c ) para congelar parcialmente
una solución de sacarosa al 20% w/w utilizando un glicol de etileno
de un 50% w/w a -20ºC como refrigerante. La frecuencia y amplitud de
oscilación fueron modificadas. En cada frecuencia y la amplitud
mínimas requeridas para liberar hielo de la superficie de
congelación fueron las siguientes:
\newpage
Sacarosa al 20%, -20ºC
Así, a cualquier frecuencia determinada puede
conseguirse la liberación de hielo cuando la amplitud de la
oscilación se incrementa por encima de un valor determinado.
El experimento del Ejemplo 2 fue repetido
utilizando una solución de sacarosa al 30% w/w. La liberación de
hielo se consiguió bajo las condiciones siguientes:
Sacarosa al 30%, -20ºC
Así, puede apreciarse comparando los Ejemplos 2
y 3 que la amplitud y frecuencia requeridas para la liberación de
hielo depende de la concentración de la solución. El incremento de
la concentración de la sacarosa del 20 al 30% w/w redujo la amplitud
requerida de liberación a cualquier frecuencia determinada.
El experimento del Ejemplo 2 fue repetido
utilizando una solución de glicol de etileno a -10ºC. La liberación
de hielo fue conseguida mediante las siguientes soluciones:
Sacarosa al 20%, -10ºC
Así, puede apreciarse mediante la comparación de
los Ejemplos 2 y 4 que la amplitud y frecuencia requeridas para la
liberación de hielo depende de la temperatura de la superficie de
congelación (la cual depende de la temperatura del refrigerante). El
incremento de la temperatura de la concentración de sacarosa del
refrigerante de -10 a -20ºC redujo la amplitud requerida para
liberar hielo a cualquier frecuencia determinada.
El experimento del Ejemplo 2 fue repetido pero
con el flujo de glicol de etileno mediante el dedo detenido
periódicamente (20 segundos dentro, 20 segundos fuera), provocando
que la temperatura de la superficie de congelación se elevara y
cayera periódicamente. La temperatura fue medida de acuerdo con lo
especificado anteriormente utilizando un termopar situado sobre la
superficie exterior del cilindro, aproximadamente 40 mm desde el
extremo superior y próximo al orificio de entrada del
refrigerante.
El hielo fue liberado más fácilmente cuando la
temperatura de la superficie fue periódicamente sometida a ciclo.
Esto se debe a la menor adhesión a temperaturas de la superficie más
altas. Esto permitió que una solución de sacarosa al 10% fuera
parcialmente congelada utilizando la amplitud y frecuencia
correspondientes a la que posibilitó que una solución de sacarosa al
20% fuera parcialmente congelada sin sometimiento a ciclo de la
temperatura.
El experimento del ejemplo 2 fue repetido
utilizando una solución de glicerol al 8% en lugar de la solución de
sacarosa al 20%. La liberación de hielo se obtuvo bajo las
siguientes condiciones:
Sacarosa al 8%, -20ºC
Así, puede apreciarse, mediante la comparación
de los Ejemplos 2 y 6 que la amplitud y frecuencia requeridas para
la liberación de hielo depende de la naturaleza del soluto así como
de la concentración de la solución, la liberación de hielo se
produce con aproximadamente las mismas condiciones para el glicerol
al 8% w/w que para la sacarosa al 20% w/w.
El experimento del Ejemplo 2 fue repetido. El
cilindro fue situado en la solución de sacarosa al 20% y oscilado a
una frecuencia de 60 Hz. Estos experimentos fueron llevados a cabo
con amplitudes diferentes. En cada caso el cilindro fue situado en
la solución durante un periodo de 2 minutos, después del cual la
mezcla parcialmente congelada fue suavemente agitada y su
temperatura fue medida utilizando una sonda de temperatura Comark.
El contenido de hielo fue estimado partiendo de la temperatura
utilizando el procedimiento anteriormente descrito y los resultados
fueron los siguientes:
Se obtuvieron contenidos más altos de hielo con
desplazamientos más elevados porque el proceso de deshielo más
eficaz posibilitaba que se obtuviera velocidades más altas de
transferencia térmica.
Se preparó una mezcla con la siguiente
composición:
Esta mezcla fue parcialmente congelada
utilizando el procedimiento descrito en el ejemplo 2 con una
frecuencia de oscilación de 60 Hz y una amplitud de 8 mm. La
temperatura fue medida después de 2 minutos siendo de -2,3ºC. El
producto resultante se consideró que contenía el hielo suficiente
para ser una bebida de hielo de barro aceptable.
Una mezcla básica de helado fue preparada con la
siguiente composición:
Esta mezcla fue congelada utilizando el
procedimiento descrito en el ejemplo 2 con una frecuencia de
oscilación de 60 Hz y una amplitud de 8 mm. La temperatura fue
medida después de 2 minutos siendo -4,9ºC. El producto resultante
se consideró que contenía el hielo suficiente y que era un helado
blando aceptable.
Fue construida una gran superficie de
congelación compuesta por un tubo cilíndrico de cobre. La masa del
cilindro una vez llenada fue de aproximadamente 1 kg. El agitador
electrodinámico directamente acoplado no fue capaz de hacer oscilar
el pesado tubo con una amplitud suficientemente grande. Por contra,
el tubo fue acoplado al agitador mediante una viga en voladizo de
acero (255 mm x 75 mm x 10 mm). Un extremo de la viga fue sujeto a
un bloque grande de acero (el extremo fijo) y el otro fue fijado al
tubo (extremo libre). La viga fue accionada por una varilla de
empuje fijada al agitador entre el extremo fijo y el extremo libre.
El sistema fue sintonizado para la resonancia mediante el barrido de
la frecuencia de oscilación hasta que se obtuvo la máxima
amplitud. La frecuencia resonante depende de la longitud de la viga,
de forma que la viga fue escogida de tal forma que su primera
frecuencia resonante de curvatura fue la frecuencia operativa
escogida (50 Hz). Se obtuvo una liberación de hielo en una solución
de sacarosa al 20% con el uso de una solución de glicol de etileno a
-10ºC como refrigerante a amplitudes de 2,4 mm y superiores.
Un medio de oscilación alternativo fue
construido a partir de un altavoz de 100W con el cono del altavoz
retirado, un tubo de peso ligero fue fijado al tubo alrededor del
cual se envuelve la bobina. Se puso un soporte lineal para
proporcionar una alineación axial para el tubo. El soporte lineal
consistía en dos placas de acrilato de metilo separadas 20 mm con
unos orificios concéntricos a través de los cuales el tubo pudo
deslizarse. El tubo fue acoplado a la superficie de congelación que
consistía en un cilindro de cobre (con un diámetro de 22 mm y una
longitud de 110 mm) por medio de una viga resiliente y una varilla.
La viga fue apoyada en ambos extremos de unos filos de cuchilla y
la superficie de congelación fue fijada al centro de la viga. La
viga fue escogida para que su frecuencia resonante se correspondiera
con la frecuencia operativa (50 Hz). Con esta disposición pudieron
obtenerse amplitudes de oscilación amplias (> 10 mm).
Las diversas características de las diversas
formas de realización de la invención referidas en las secciones
concretas anteriores se aplican, de la forma apropiada, a otras
secciones, mutatis mutandis. En consecuencia, las
características especificadas en una sección pueden ser combinadas
con las características especificadas en otras secciones cuando sea
conveniente.
Todas las publicaciones mencionadas en la
memoria descriptiva expuesta se incorporan en la presente memoria
por referencia. Para los expertos en la materia resultarán evidentes
diversas modificaciones y variantes de los procedimientos y
productos descritos de la invención sin apartarse del alcance de la
invención. Aunque la invención ha sido descrita en conexión con
formas de realización preferentes, debe entenderse que la invención
tal y como se reivindica no debe quedar indebidamente limitada a
dichas formas de realización específicas. Efectivamente, diversas
modificaciones de los modos descritos para llevar a cabo la
invención que son evidentes para los expertos en los campos
relevantes están destinadas a quedar incluidas en el alcance de las
reivindicaciones subsecuentes.
Claims (18)
1. Un procedimiento para congelar parcialmente
una mezcla acuosa que comprende simultánea o en no importa en qué
orden las etapas de:
- colocar dicha mezcla acuosa en contacto con al menos parte de una superficie de congelación;
- refrigerar dicha superficie de congelación hasta por debajo del punto de congelación de dicha mezcla acuosa; de forma que forme hielo en la superficie de congelación; y
- hacer oscilar dicha superficie de congelación con respecto a dicha mezcla acuosa en una dirección que no es perpendicular a al menos parte de la superficie de congelación; y en el que el ángulo entre la dirección de oscilación y la mayoría de la superficie de congelación es inferior a 45º,
caracterizado porque la oscilación es
lineal con una frecuencia de entre 20 y 200 Hz.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 en el que la frecuencia de la oscilación está
comprendida entre 40 y 100 Hz.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 en el que la amplitud de la oscilación está
comprendida entre 0,2 mm y 20 mm.
4. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 en el que la amplitud de la oscilación está
comprendida entre 4 mm y 10 mm.
5. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 en el que la superficie de congelación es la
superficie de un cilindro con su eje paralelo a la dirección de
oscilación.
6. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5 en el que la superficie de congelación es la
superficie de un cilindro vertical en cuyo extremo inferior
comprende un saliente semiesférico.
7. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 en el que la superficie de congelación comprende
las superficies interior y exterior de un tubo cilíndrico con su eje
paralelo a la dirección de oscilación.
8. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 en el que la superficie de congelación comprende
las superficies de una pluralidad de miembros que están rígidamente
montados sobre una base única.
9. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 8 en el que los miembros son cilíndros o tubos
cilíndricos paralelos a la dirección de oscilación.
10. Un procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente en el cual la temperatura de la superficie
de congelación está comprendida entre -1ºC y -20ºC.
11. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el que la temperatura de
la superficie de congelación sigue un ciclo de una temperatura entre
5ºC y 25ºC por debajo del punto de congelación de la mezcla acuosa
hasta una temperatura mayor de 0ºC e inferior a 5ºC por debajo del
punto de congelación de la mezcla acuosa.
12. Un procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente en el que la mezcla acuosa comprende una
solución acuosa y/o una suspensión de ingredientes comestibles
seleccionada entre el grupo compuesto por azúcares, ácidos
alimenticios, colorantes, aromatizantes, proteínas, emulsificadores
grasos y estabilizadores.
13. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 12 en le que la mezcla acuosa es un batido de leche,
una mezcla de hielo de agua, o una mezcla de helado.
14. Un aparato para congelar parcialmente una
mezcla acuosa que comprende:
- una superficie de congelación;
- un medio de enfriamiento capaz de enfriar dicha superficie de congelación hasta por debajo de -1ºC y un medio de oscilación que está acoplado a dicha superficie de congelación.
caracterizado porque dicho medio de
oscilación es capaz de hacer oscilar linealmente dicha superficie
de congelación en una dirección que no es perpendicular a al menos
parte de la superficie de congelación y en el que el ángulo entre la
dirección de oscilación y la mayoría de la superficie de congelación
es inferior a 45º, con una frecuencia de entre 20 y 200 Hz.
15. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
14 en el que el medio de oscilación es capaz de hacer oscilar dicha
superficie de congelación con una amplitud de entre 1 mm y 20
mm.
16. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
14 en el que el medio de oscilación se selecciona entre el grupo
compuesto por un altavoz, una bobina magnética, un agitador
electromecánico y un motor eléctrico alternativo.
17. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
14 en el que el medio de oscilación está acoplado a la superficie
de congelación mediante un medio de acoplamiento seleccionado entre
el grupo compuesto por un acoplamiento directo, un miembro
resiliente y una viga en voladizo.
18. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
14 en el que la superficie de congelación comprende las superficies
de una pluralidad de miembros rígidamente montados sobre una base
única y que son capaces de oscilar mediante un medio de oscilación
único.
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