ES2341553T3 - Aparato para enfriar y congelar productos. - Google Patents
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Abstract
Aparato modular para enfriar o congelar artículos alimenticios, que comprende un módulo (10) de entrada, un módulo (40) de salida y al menos un módulo intermedio (20, 30), conteniendo cada módulo una sección de cinta (16) u otro sustrato, sobre el cual se transportan los artículos alimenticios, caracterizado porque cada módulo comprende un impactador (17) el cual es capaz de generar en la proximidad de los artículos alimenticios chorros de gas criogénico a alta velocidad para impactar desde arriba y desde abajo con las superficies superior e inferior de los artículos alimenticios, respectivamente, y porque el aparato también comprende un pulverizador (25) en uno o más de los módulos (10, 20, 30, 40) dispuesto para pulverizar gotas de criógeno líquido en los chorros de gas criógeno.
Description
Aparato para enfriar y congelar productos.
Esta invención se refiere a un aparato modular
para enfriar y congelar alimentos.
Los congeladores comerciales se basan
típicamente en la transferencia de calor desde un producto
alimenticio que ha de ser enfriado o congelado utilizando un
ventilador o soplante que está situado cerca de un transportador
sobre el que está siendo transportado el producto. El producto
alimenticio que entra en el congelador tiene una capa límite de
aire rodeándolo que aísla el producto alimenticio de la atmósfera
circundante. Los congeladores tradicionales han empleado soplantes
que generan corrientes de vapor de enfriamiento en muchas
direcciones de manera que una parte importante del vapor no entra
en contacto con el producto alimenticio solamente en una dirección
perpendicular. Bajo estas condiciones, el vapor que entra en
contacto con el alimento a menudo no posee suficiente energía para
reducir sustancialmente la capa límite alrededor de la superficie
del producto alimenticio. Por consiguiente, existe la necesidad de
generar chorros dirigidos de vapor de enfriamiento para alterar la
capa límite.
El documento
US-A-4 479 776 describe un aparato
que utiliza una pluralidad de tubos verticales para proporcionar un
flujo de aire unidireccional hacia un producto alimenticio.
El documento
US-A-4 626 661 describe el uso de
una pluralidad de boquillas a lo largo del camino de paso de un
producto alimenticio para suministrar chorros individuales de aire
de enfriamiento unidireccional.
El documento
US-A-3 871 190 se refiere a un
congelador instantáneo en el que las boquillas para eyectar vapor
frío están colocadas a los lados de una cinta transportadora que
traslada los artículos que van a ser congelados. El vapor fluye
transversalmente a la cinta y pasa, por consiguiente, por los
artículos.
El uso de tubos o ranuras para dirigir aire en
un dispositivo de enfriamiento o refrigeración ha dado solamente un
resultado satisfactorio limitado debido a la acumulación de
condensación o de hielo en los tubos o en las ranuras, lo que
reduce rápidamente la eficacia de los dispositivos.
El documento
US-A-5 487 908 describe un método y
un dispositivo para calentar o enfriar un alimento situado en un
substrato móvil en el que un canal continuo que recorre al menos una
parte importante de la anchura del substrato móvil convierte flujo
multidireccional en flujo unidireccional. Sin embargo, dicho
dispositivo adolece de tener un caudal aumentado de manera que los
productos alimenticios pueden ser arrastrados en el caudal, y se
hace difícil un tratamiento controlado del artículo alimenticio a
través del dispositivo.
El incremento de la velocidad de la corriente de
vapor criogénico que impacta sobre el artículo alimenticio
aumentará el coeficiente medio de transferencia de calor de una
manera lineal. Sin embargo, en cierto punto, a menos que la
corriente de choque sea controlada de manera cuidadosa, la velocidad
puede ser también suficiente para dañar el producto alimenticio o
para arrastrar el producto alimenticio lejos del transportador y a
lugares indeseables en otro lugar del congelador.
Los regímenes globales de transferencia de calor
dependen de los coeficientes locales de transferencia de calor, es
decir, de la cantidad de calor transferida de los productos
alimenticios al criógeno depende del régimen de transferencia de
calor localmente entre el criógeno y el artículo alimenticio. El
régimen local de transferencia de calor puede cambiarse controlando
la distancia desde la fuente de los chorros de choque al producto
alimenticio, la velocidad de los chorros de choque, la turbulencia
en el chorro y la eficacia del flujo de criógeno.
Por consiguiente, persiste la necesidad de un
dispositivo que pueda enfriar y/o congelar rápidamente un artículo
alimenticio al tiempo que reduzca la cantidad de criógeno necesario
extrayendo el máximo efecto de enfriamiento desde una cantidad dada
de criógeno. El dispositivo tiene también que ser capaz de
transportar alimento desde una entrada a una salida sin dañar el
producto alimenticio.
Adicionalmente, el dispositivo tiene que poder
controlar la capacidad de paso de artículos alimenticios y tiene
que ser resistente a la congelación y al atascamiento de los
componentes internos por la acumulación de nieve y de hielo.
De acuerdo con la invención, se proporciona un
aparato modular para enfriar y congelar alimentos según lo descrito
en la reivindicación 1 que sigue a continuación. Características
opcionales del aparato se definen en cada una de las
reivindicaciones 2 a 6 que siguen a continuación.
El aparato de acuerdo con la invención aumenta
en general la cantidad de calor transferida desde un artículo, en
particular un producto alimenticio, a un criógeno generando chorros
de choque capaces de atravesar la capa térmica límite del producto,
pero que no pueden dañar al producto.
Además, la invención proporciona un chorro de
gas criogénico que impacta sobre los productos alimenticios
superficiales sin hacer que los productos alimenticios sean
transportados en el chorro de choque.
\newpage
Otra ventaja de la invención es que la conexión
de los módulos proporciona un impacto continuo del gas criogénico
sobre artículos alimenticios desde su entrada en el aparato
congelador hasta su salida.
Una ventaja adicional de la invención es la
capacidad de reducir la deshidratación de los artículos
alimenticios, lo que se consigue mediante la congelación inmediata
del exterior del producto tras penetrar en el aparato.
Todavía otra ventaja de la invención es la
capacidad para efectuar un enfriamiento y/o congelación consistentes
de artículos a través de la anchura de la cinta sobre la que se
desplazan los artículos alimenticios.
Preferiblemente, la interfaz entre los módulos
incluye un deflector para controlar la diferencia de presión y la
transferencia de criógeno entre módulos.
Preferiblemente, se utiliza un vibrador de
válvula de bola accionado neumáticamente para retirar la acumulación
de nieve y hielo desde las placas de impacto.
También preferiblemente, se utiliza un sistema
hidráulico para proporcionar fácil acceso al interior del
aparato.
Para una mejor compresión de la invención, se
hará ahora referencia, solamente a modo de ilustración, a los
dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una representación en sección
longitudinal de un congelador de acuerdo con la invención;
La figura 2 es una vista en planta del
congelador de la figura 1 como se ve desde el extremo de entrada de
la figura 1 con la pared exterior y la entrada retiradas;
La figura 3 es una representación en sección
transversal axial del congelador de la figura 1 a través de la
línea B-B;
La figura 4 es una vista en perspectiva de una
placa de impacto y del vibrador de válvula de bola accionado
neumáticamente;
La figura 5 es una vista en planta desde arriba
de una parte de una placa de impacto que tiene agujeros para su uso
en un congelador de acuerdo con la invención;
Las figuras 6 y 7 son vistas en perspectiva
desde arriba y desde abajo de una parte de la placa de impacto que
tiene agujeros para su uso en un congelador de acuerdo con la
invención;
La figura 8 es una vista en sección transversal
de una parte de la placa de impacto de las figuras 6 y 7 a través
de la línea 6-6;
La figura 9 es una vista en sección transversal
del dispositivo de impacto de canal para su uso en un congelador de
acuerdo con la invención;
La figura 10 es una vista en sección transversal
de una realización adicional de un módulo intermedio de la
invención.
La invención está relacionada con un aparato
para enfriar y/o congelar productos alimenticios, en que un artículo
alimenticio es transportado en una cinta o en otro substrato dentro
de una cámara en que el producto alimenticio es enfriado o
congelado debido a su contacto con criógenos en fase gaseosa tales
como nitrógeno o dióxido de carbono.
La transferencia de calor resultante del
enfriamiento o congelación de los productos alimenticios tiene lugar
por el choque de una corriente de vapor criogénico sobre el
artículo alimenticio. Se consigue también una transferencia de
calor adicional pulverizando criógeno líquido o sólido en las
corrientes de chorros de impacto de vapor criogénico.
Con referencia a la figura 1, un módulo 10 de
entrada, unos módulos intermedios 20 y 30 y un módulo 40 de salida
definen una realización del congelador de la invención. La
modularidad de la invención hace posible que se disponga un grupo
de módulos 10, 20, 30 y 40 para satisfacer requisitos de congelación
específicos para diversos tipos de alimentos. El módulo 10 de
entrada tiene una tubería de criógeno líquido 24 y un pulverizador
25 que hace posible que se pulverice una corriente de criógeno
líquido en el chorro de criógeno gaseoso que circula dentro del
módulo 10 y sobre la cinta 16 y los artículos alimenticios (no
mostrados). El pulverizador 25 deberá comprender preferiblemente
una pluralidad de boquillas de pulverización de bajo caudal de cono
lleno. El uso del pulverizador 25 hace posible una rápida
transferencia de calor desde el exterior del artículo alimenticio
dando por resultado un rápido enfriamiento y/o rápida congelación de
la corteza de los artículos alimenticios tras penetrar en la serie
de módulos y disminuye la deshidratación de los artículos
alimenticios. El pulverizador 25 puede incluirse en cualquiera otro
módulo, si es necesaria o deseable, una congelación de corteza
adicional o continua.
Un impulsor 32 del módulo 10 está en
comunicación de fluido con un cono 34 de entrada y genera un flujo
de criógeno fuera de una salida 33 mediante la cual circula un
flujo de vapor criogénico alrededor del interior del módulo 10 de
acuerdo con los patrones de flujo representados mediante flechas en
la figura 2. El vapor criogénico fluye desde la salida 33 a través
de un impactador 17 más allá del pulverizador 25 arrastrando
criógeno líquido a la corriente y chocando luego sobre los artículos
alimenticios situados en la cinta 16. Un flujo de criógeno a alta
presión penetra en cámaras impelentes 14 de alta presión y el
impactador 17 (que comprende la zona superior de la cámara
impelente 14 de alta presión) y fluye por debajo y a través de la
cinta 16, lo que proporciona chorros de impacto en el lado inferior
de los artículos alimenticios situados en la cinta 16. La cinta 16
es una cinta normal de acero inoxidable tejido típicamente utilizada
en congeladores de alimentos. El flujo de vapor criogénico se hace
regresar al cono 34 de entrada del impulsor 32 a través de la
cámara impelente 15 de baja presión. El impulsor 32 puede ser un
ventilador centrífugo de 762 mm de diámetro que funciona a 283
m3/minuto a una presión estática de 0,5 kpa, que tiene un motor de
7,45 KW accionado por inversor u otro tipo de soplante con
características similares.
La tubería 24 está conectada a un suministro de
criógeno líquido (no mostrado) que proporciona un conducto para un
suministro de criógeno líquido para el pulverizador 25 y para
proporcionar una fuente de vapor criogénico para circulación dentro
de cada módulo de congelador.
El módulo 10 de entrada comprende una parte
superior, una parte inferior y cuatro paredes. En la figura 1, una
pared 6 del módulo 10 está configurada de manera que incluye una
entrada 11. Una placa inferior 5 y una placa superior 8
proporcionan una parte superior y una parte inferior al módulo 10 de
entrada así como también a los otros módulos 20, 30 y 40. En el
lado derecho del módulo 10 de entrada hay un deflector divisor 7
sobre el lado de alta presión del impactador 17 que puede ser
abierto y cerrado para controlar la cantidad de vapor criogénico
que pasa desde un módulo a otro así como también para controlar la
cantidad de presión interna dentro de los módulos. El flujo de gas
a través del sistema puede controlarse también utilizando un sensor
montado en la cámara impelente. Este sensor percibirá los cambios de
presión del gas que hay en la cámara y comunicará con el impulsor
para aumentar o disminuir la velocidad del impulsor y regular el
flujo de gas a través del sistema. Esto mejorará también el
rendimiento global del sistema. En una realización, el deflector
divisor 7 comprende una o más puertas correderas que se abren y
cierran manualmente para controlar la transferencia de criógeno
entre módulos. En otra realización, se utiliza un regulador de tiro
electromecánicamente controlado como deflector divisor 7. Las dos
paredes finales del módulo 10 de entrada están representadas en la
figura 2 como paredes 2 y 3 que son mecanismos de puerta corredera
contenidos en el armazón 12 y 13, respectivamente, y permiten el
acceso al interior del aparato.
Los módulos intermedios 20 y 30 son de
construcción similar a la del módulo 10 por cuanto que contienen una
parte de la cinta 16 que transporta artículos alimenticios a través
del módulo. El módulo intermedio 20 está representado en sección
transversal, mientras que el módulo intermedio 30 está representado
de manera que muestra las puertas exteriores 18 que pueden ser
subidas para acceso interno mediante el uso de un contrapeso 19. En
el módulo intermedio 20 ó 30 un impulsor 32 movido por un motor 22
hace circular vapor criogénico conforme a las flechas mostradas en
la figura 3 que es una sección transversal del módulo intermedio 20
tomada a través de la línea B-B de la figura 1. La
placa interior 5 y la placa superior 8 proporcionan una parte
superior y una parte inferior al módulo. La placa superior 8 está
también en el lugar en que el impulsor 32 está montado y conectado
al eje de accionamiento del motor 22. Al igual que en los otros
módulos, los impactadores 17 proporcionan medios para aumentar la
velocidad del gas criogénico a fin de generar chorros de impacto
antes del impacto del gas sobre los artículos alimenticios situados
en la cinta 16. Los artículos alimenticios pasan desde un módulo a
través de una abertura en el lado de baja presión de los
impactadores 17, lo que permite que la cinta 16 pase continuamente
desde un módulo a otro.
Puede utilizarse una serie módulos intermedios
20 y 30 para proporcionar cierta duración del tiempo de congelación
dependiendo de la velocidad de la cinta o la capacidad de paso de
artículos alimenticios requerida y de la cantidad de tiempo en que
dichos artículos alimenticios necesitan estar en el ambiente
criogénico para alcanzar un objetivo. La modularidad del congelador
proporciona cualquier variación en estos parámetros.
El módulo 40 de salida es similar a los otros
módulos con la excepción de la ubicación de una salida 42 en la
pared lateral 6 y una serie de rodillos 43 para retorno de la cinta
16 a través de los módulos. El módulo 40 de salida tiene también
una cámara impelente no aislada 44 fijada a su exterior para atrapar
el gas que caiga al salir del módulo.
En otra realización de la invención, la
evacuación del congelador está dividida en tres secciones. Estas
secciones separadas proporcionan una evacuación central. La
evacuación primaria retirará aproximadamente el 80% del gas
criogénico total desde el extremo de salida de baja presión del
congelador. Las evacuaciones secundarias capturan cada una
aproximadamente el 10% del gas criogénico desde la entrada y la
salida del congelador. Esto no sólo permite una reducción en la
filtración de aire sino que también produce un flujo de gas paralelo
a lo largo de la longitud del congelador. El gas criogénico puede
ser evacuado a temperaturas más calientes, lo que aumentará el
rendimiento global de la unidad de congelador. También puede tenerse
por resultado una formación de hielo reducida en los conductos de
evacuación. Asimismo, pueden emplearse conductos de evacuación de
diámetro más pequeño y soplantes de evacuación más pequeños, al
tiempo que se reduce el uso de aire de reposición.
El extremo de entrada del módulo 40 de salida es
similar al extremo de entrada de los módulos intermedios 20 y 30,
ya que un deflector divisor de módulos 7 proporciona el control de
la transferencia de criógeno entre módulos. De manera similar, el
impulsor 32 hace circular una corriente de gas criogénico a través
de la cámara impelente 14 de alta presión y los impactadores 17 y
sobre los artículos alimenticios. Podrían añadirse al módulo 40 de
salida un pulverizador 25 y una tubería 24 de soporte si fuera
necesaria una congelación de corteza adicional.
Un rasgo característico de la invención es el
diseño del impactador 17. Podría ser una placa de impacto, una
parte de la cual está representada en la figura 5, o una serie de
canales de chapa metálica como se representa en la figura 9.
Dependiendo de la configuración del módulo, puede variar el tamaño
de la placa. Sin embargo, el área abierta total del impactador, es
decir, el área de los agujeros deberá hallarse comprendida entre
aproximadamente el 3% y el 6% del área total del impactador. El
porcentaje más preferido de área abierta es del 4 al 5%. En la
realización preferida de la figura 5, el paso axial 51 y el paso
lateral 52 son ambos de 4,76 cm cuando el diámetro 54 de los
agujeros sea de 1,27 cm. Asimismo, el desplazamiento o
escalonamiento 53 del centro de los orificios deberá ser de
aproximadamente 1,58 cm en la realización preferida. La razón del
desplazamiento o escalonamiento es que se ha visto que se
proporciona un enfriamiento o congelación uniforme del producto a
través de la anchura de la cinta, reduciendo o eliminando con ello
las líneas de impacto sobre los artículos alimenticios. La versión
de placas del impactador 17 está fabricada de acero de calibre 22 en
las realizaciones preferidas. Los agujeros en la versión de placas
del impactador 17 están redondeados al 15%.
Las figuras 6 y 7 muestran los bordes
redondeados de los agujeros del impactador 17. La figura 8
representa una vista en sección transversal del impactador 17 a
través de las líneas de sección 6-6. Este diseño
reduce o evita la acumulación de hielo dentro del agujero y produce
un chorro de impacto que tiene un perfil de velocidad que es más
eficaz para enfriar o congelar el artículo alimenticio.
La figura 4 representa un impactador 17 del tipo
de placa como se describe en lo que antecede. Cada impactador 17
tiene ventajosamente un vibrador 48 que hace vibrar al impactador 17
que de preferencia flota libremente en un bastidor rígido. El
vibrador 48 puede ser de la variedad eléctrica. Sin embargo, en
realizaciones preferidas el vibrador 48 es una válvula de bola
neumáticamente accionada mediante gas comprimido (por ejemplo,
nitrógeno) suministrado a través de conductos 49 a o
aproximadamente a 4,2 kg/cm3 desde una fuente externa o desde un
vaporizador y un compresor (no mostrados) dentro del aparato. La
frecuencia y los intervalos de tiempo con que se utiliza el
vibrador 48 para hacer vibrar los impactadores 17 dependen de las
condiciones de tratamiento incluido el contenido de humedad de los
artículos alimenticios, la humedad del aire ambiente en y alrededor
del aparato y de la temperatura del módulo.
La figura 9 representa la sección transversal de
un impactador 17 que comprende una serie de canales fabricados en
chapa metálica. En las realizaciones preferidas, la anchura 61 de
los canales deberá ser de aproximadamente 7,5 cm, el paso 62 de los
canales deberá de ser de aproximadamente 30 cm, la profundidad de
los canales deberá de ser de aproximadamente 35 cm y la abertura 63
de los canales deberá de ser de aproximadamente 1,6 cm.
La distancia desde el impactador 17 a la
superficie del producto deberá de ser de aproximadamente 7,5 cm,
pero podría variar desde aproximadamente 2,5 cm a aproximadamente
12,7 cm. La posición y el espaciamiento de los agujeros o vórtices
en el impactador 17 determinan el régimen global total de
transferencia de calor.
Mediante la conexión de una serie de módulos, la
cobertura total del producto a todo lo largo del congelador (área
continua de transferencia de calor sin interrupciones) maximiza
régimen global de transferencia de calor. Las temperaturas típicas
de congelación para un aparato de acuerdo con la invención son de
menos 120ºC en el módulo 10 de entrada y de menos 50ºC en el módulo
40 de salida. En las realizaciones preferidas, se emplean cuatro
módulos que tienen cada uno una longitud de 3,048 m, una anchura de
1,753 m y una altura de 3,150 m. La anchura de la cinta en la
realización preferida es de 0,712 m. Pueden construirse módulos de
diversos tamaños de acuerdo con la invención.
Los impulsores 32 pueden montarse también en el
lado a fin de reducir la altura del aparato. En una realización de
perfil más bajo, una pluralidad de impulsores 32 está montada en el
lado o en la parte superior. El uso de una pluralidad de impulsores
de menor altura 32 hace posible una reducción global de altura en el
diseño.
La figura 10 es una representación en sección
transversal de una realización adicional de la invención. Se
muestra un módulo intermedio 50 que está formado por dos partes. Una
parte superior 68 y una parte inferior 66 forman juntas un recinto.
Un motor 22 está montado a través de la parte superior 68 en que se
conecta con un impulsor 32 y lo acciona.
El aparato de acuerdo con la invención funciona
preferiblemente con nitrógeno líquido. Sin embargo, pueden
emplearse otros criógenos tales como aire líquido sintético (SLA) y
dióxido de carbono.
En el funcionamiento normal de la invención, se
pulveriza criógeno líquido en el módulo de entrada del aparato en
el arranque. Como el criógeno líquido impacta sobre los impactadores
17 y la cinta 16, una parte se vaporizará. El criógeno líquido
vaporizado es hecho circular luego por el impulsor 32 desde la
cámara impelente 15 de baja presión a la cámara impelente 14 de
alta presión, en que es obligado a pasar a través de los agujeros o
canales del impactador 17, originando de este modo los chorros de
impacto. Los chorros de impacto continúan luego arrastrando
criógeno líquido adicional que es pulverizado desde el pulverizador
25. Todo el criógeno vaporizado pasará desde el módulo de entrada
al módulo intermedio o al módulo de salida a través del lado de
baja presión de los impactadores, es decir, a través del agujero que
permite que la cinta 16 y los artículos alimenticios pasen desde un
módulo a otro. Sin embargo, la mayor parte del criógeno vaporizado
se deja pasar desde un módulo a otro a través del deflector divisor
7 que permite su uso para controlar la cantidad dejada pasar.
Claims (6)
1. Aparato modular para enfriar o congelar
artículos alimenticios, que comprende un módulo (10) de entrada, un
módulo (40) de salida y al menos un módulo intermedio (20, 30),
conteniendo cada módulo una sección de cinta (16) u otro sustrato,
sobre el cual se transportan los artículos alimenticios,
caracterizado porque cada módulo comprende un impactador
(17) el cual es capaz de generar en la proximidad de los artículos
alimenticios chorros de gas criogénico a alta velocidad para
impactar desde arriba y desde abajo con las superficies superior e
inferior de los artículos alimenticios, respectivamente, y porque el
aparato también comprende un pulverizador (25) en uno o más de los
módulos (10, 20, 30, 40) dispuesto para pulverizar gotas de criógeno
líquido en los chorros de gas criógeno.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que
la distancia del impactador (17) a las superficies de los artículos
alimenticios es desde 2,5 cm a 12,7 cm.
3. Aparato según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que cada módulo (10, 20, 30, 40) comprende
además al menos una cámara impelente (14) de alta presión que se
comunica con un impulsor (32) para hacer recircular criógeno
vaporizado y con el impactador (17) de ese módulo (10, 20, 30,
40).
4. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el impactador (17) comprende
una placa que tiene una pluralidad de agujeros a su través y los
bordes de los agujeros están achaflanados o redondeados.
5. Un aparato según la reivindicación 8, en el
que el área total de los agujeros comprende entre aproximadamente
el 3% y aproximadamente el 6% del área total de la placa.
6. Aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el impactador (17) comprende una
serie de canales.
Applications Claiming Priority (2)
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