ES2341553T3 - Aparato para enfriar y congelar productos. - Google Patents

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ES2341553T3 ES05020972T ES05020972T ES2341553T3 ES 2341553 T3 ES2341553 T3 ES 2341553T3 ES 05020972 T ES05020972 T ES 05020972T ES 05020972 T ES05020972 T ES 05020972T ES 2341553 T3 ES2341553 T3 ES 2341553T3
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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.
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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.
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