ES2628865T3 - Procedimiento y dispositivo para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable en una instalación de envasado en caliente con una bomba de calor - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable en una instalación de envasado en caliente con una bomba de calor Download PDF

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Abstract

Procedimiento para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable (P) en una instalación de envasado en caliente, con un calentador (6) para calentar el producto alimenticio (P) a una temperatura de llenado (Tp4), un precalentador (4, 40) dispuesto por delante del calentador (6) para precalentar el producto alimenticio (P), una máquina llenadora (8) para envasar el producto alimenticio (P) en recipientes (B), un túnel de enfriamiento (10) para enfriar los recipientes llenados en caliente (B) con un medio refrigerante (K), que se guía en un circuito de medio refrigerante (20, 200) a través del precalentador (4, 40) y del túnel de enfriamiento (10), con el precalentador (4, 40) que suministra energía térmica del medio refrigerante (K), calentado durante el enfriamiento de los recipientes (B), del túnel de enfriamiento (10) al producto alimenticio (P), con una bomba de calor separada (400), que aprovecha en el lado primario la energía térmica residual del medio refrigerante (K), que sale del precalentador (4, 40), para seguir aumentando la temperatura del producto alimenticio precalentado (P) con un medio portador de calor (M) que está guiado en un circuito de medio portador de calor (300) en el lado secundario a través de la bomba de calor (400), caracterizado por que el circuito de medio portador de calor (300) está guiado a través de un segundo precalentador (50) para el producto alimenticio (P), que está dispuesto a continuación del primer precalentador (40) y por delante del calentador (6), realizándose en el segundo precalentador (50) otro precalentamiento del producto alimenticio (P) a una temperatura por debajo de la temperatura de llenado (Tp4) mediante la energía térmica proporcionada por la bomba de calor (400) en el lado secundario con ayuda del medio portador de calor (M).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable en una instalacion de envasado en caliente con una bomba de calor
Campo tecnico
La invencion se refiere a un procedimiento para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable, en particular bebidas o zumos, en una instalacion de envasado en caliente con una bomba de calor, un calentador para calentar el producto alimenticio a una temperatura de llenado, un precalentador dispuesto por delante del calentador para precalentar el producto alimenticio, una maquina llenadora para envasar el producto alimenticio en recipientes, por ejemplo, botella, bolsas o recipientes de plastico, un tunel de enfriamiento para enfriar los recipientes llenados en caliente con un medio refrigerante, por ejemplo, agua, que se gma en un circuito de medio refrigerante a traves del precalentador y del tunel de enfriamiento, con el precalentador que suministra energfa termica del medio refrigerante, calentado durante el enfriamiento de los recipientes, del tunel de enfriamiento al producto alimenticio, con una bomba de calor separada, por ejemplo, una bomba de calor de compresion electrica, que aprovecha en el lado primario la energfa termica residual del medio refrigerante, que sale del precalentador, para seguir aumentando la temperatura del producto alimenticio precalentado con un medio portador de calor, por ejemplo, agua, guiado en un circuito de medio portador de calor en el lado secundario a traves de la bomba de calor. La invencion se refiere tambien a un dispositivo para la ejecucion del procedimiento.
Estado de la tecnica
El llamado envasado en caliente, definido en el procedimiento generico, es muy conocido y sirve para envasar en caliente los productos alimenticios mencionados en recipientes, por ejemplo, botellas, bolsas o recipientes de plastico, y almacenarlos aqrn despues del enfriamiento y de un tratamiento ulterior adecuado de manera que se conserven durante un penodo de tiempo mayor. Por lo general, estos productos alimenticios se someten a un pretratamiento termico en un precalentador y en un calentador dispuesto a continuacion del mismo (pasteurizacion, calentamiento, calentamiento de corta duracion) antes de enviarse a una maquina llenadora o una estacion de llenado y envasarse aqrn en caliente en los recipientes. Los recipientes llenados se cierran a continuacion y se enfnan a una temperatura adecuada para el almacenamiento y/o el tratamiento ulterior con un medio refrigerante, por ejemplo, agua, por rociado al pasar a traves de un tunel de enfriamiento que puede estar compuesto, por ejemplo, de varias celdas de enfriamiento dispuestas sucesivamente en direccion de paso. El medio refrigerante absorbe asf calor de los recipientes a enfriar y se calienta durante este proceso. Para aprovechar este calor, el medio refrigerante se mueve en el circuito a traves del precalentador contra el producto alimenticio a calentar. El producto alimenticio se calienta de acuerdo con las respectivas condiciones de flujo masico y de temperatura, mientras que el medio refrigerante experimenta un enfriamiento correspondiente.
Por lo general, el enfriamiento del medio refrigerante se produce asimismo en un intercambiador de calor (enfriador), que funciona con agua de la torre de enfriamiento, o directamente en una torre de enfriamiento con un intercambiador de calor dispuesto a continuacion de la misma. La energfa termica a disipar mediante el enfriamiento se ha de considerar como perdida. Por lo general, el enfriamiento del producto alimenticio no envasado se produce asimismo en otro intercambiador de calor (enfriador) que se puede operar de la misma manera descrita antes. Esta energfa termica se ha de considerar tambien como perdida.
El problema fundamental radica en el hecho de que la energfa termica disponible, necesaria para calentar el producto alimenticio, se puede transferir solo de manera limitada de los recipientes llenados con ayuda del medio refrigerante al producto alimenticio que avanza y se va a calentar. La energfa termica residual, que se requiere para el tratamiento final del producto alimenticio hasta alcanzarse la temperatura de llenado necesaria, se debe suministrar desde el exterior al producto alimenticio, por ejemplo, mediante vapor o agua caliente a presion.
Aquella energfa termica del producto alimenticio, que se representa mediante la diferencia de temperatura entre su temperatura de llenado necesaria y su temperatura de precalentamiento obtenible con el medio refrigerante guiado en el circuito, se ha de considerar en principio como calor perdido y esto se concreta esencialmente en las perdidas mencionadas antes. El uso de una torre de enfriamiento para enfriar el medio refrigerante guiado en el circuito o para preenfriar el medio refrigerante fresco esta limitado tecnicamente debido al nivel de temperatura de los medios refrigerantes disponibles a traves del entorno.
Un procedimiento de tipo generico y un dispositivo para su ejecucion son conocidos por el documento EP2532247A1. El procedimiento conocido se caracteriza en una variante generica (figura 3 del documento EP2532247A1) por el hecho de que el lfquido se calienta a una temperatura de llenado, exigida por una estacion de llenado, mediante un calentador de corta duracion que esta compuesto, respecto al lfquido a calentar y envasar en caliente, de un intercambiador de calor, que actua como precalentador, y de otro intercambiador de calor conectado en serie que actua como calentador final. Para un aprovechamiento mejorado de la energfa termica resultante del proceso de enfriamiento de los recipientes, que atraviesan el tunel de enfriamiento, mediante el lfquido refrigerante del tunel de enfriamiento, el precalentador conectado en serie con la bomba de calor esta previsto para calentar el
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Ifquido antes del envasado de tal modo que el Ifquido refrigerante calentado pasa del tunel de enfriamiento al precalentador y llega despues a la bomba de calor, por lo que al menos una parte de la energfa termica del lfquido refrigerante calentado se puede transferir primero mediante el precalentador al lfquido a calentar. A continuacion, al menos otra parte de la energfa termica se puede transferir al calentador final mediante la bomba de calor para el calentamiento ulterior del lfquido.
En este sentido se ha de senalar que los lfquidos se calientan a la respectiva temperatura de llenado final de manera directa, final y exclusiva mediante la energfa termica suministrada por la bomba de calor, por ejemplo, una bomba de calor de compresion que funciona con electricidad. Sin embargo, es conocido que el coeficiente de rendimiento COP (Coefficient of Performance), la relacion entre la potencia motriz electrica suministrada y la potencia termica transferida, depende significativamente de la temperatura de calentamiento maxima a implementar por la bomba de calor, en el presente caso la temperatura de llenado final, en una relacion inversa, es decir, mientras mas alta es la temperatura de calentamiento, menor es el coeficiente de rendimiento.
El procedimiento conocido, que se describe al inicio, para el calentamiento de un producto alimenticio bombeable y el dispositivo para su ejecucion prescinden del uso de una bomba de calor. Estos aprovechan parcialmente la energfa termica resultante en el medio refrigerante durante el enfriamiento de los recipientes en el tunel de enfriamiento al guiarse el medio refrigerante calentado a traves de un precalentador que calienta el producto alimenticio. El enfriamiento ulterior del medio refrigerante a una temperatura de entrada exigida en la entrada del tunel de enfriamiento se produce a continuacion mediante un enfriador que obtiene su potencia frigonfica de una torre de enfriamiento o mediante agua fresca fna.
El documento DE102007003919A1 describe un procedimiento, asf como un dispositivo para la pasteurizacion de alimentos envasados, por ejemplo, la pasteurizacion de zumos de fruta, cervezas u otros alimentos envasados en recipientes tales como botellas o latas. Los recipientes se transportan a traves de una via de pasteurizacion, a lo largo de la que los recipientes se ponen en contacto sucesivamente con agua caliente en una zona de calentamiento con una distribucion tal de la temperatura que los alimentos, envasados en los recipientes, alcanzan un nivel de temperatura de pasteurizacion predefinido durante un tiempo predefinido y se vuelven a enfriar en una zona de enfriamiento mediante el contacto con agua refrigerante al seguir avanzando por la via de pasteurizacion. Asimismo, el agua refrigerante, calentada por el calor residual de los productos, se aprovecha para aumentar la temperatura del agua caliente al menos en una parte de la zona de calentamiento mediante una bomba de calor.
El procedimiento y el dispositivo segun el documento EP2532247A1 presentan un coeficiente de rendimiento claramente mejor que el procedimiento descrito al inicio y que el dispositivo sin bomba de calor, pero el aprovechamiento de la energfa termica disponible, que se consigue con la bomba de calor, no es satisfactorio aun y, por tanto, debe mejorarse.
Es objetivo de la presente invencion perfeccionar un procedimiento y un dispositivo para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable, en particular bebidas o zumos, en una instalacion de envasado en caliente con una bomba de calor de tipo generico de tal modo que se mejore mas el aprovechamiento de la energfa termica disponible con respecto al estado de la tecnica.
Sumario de la invencion
Este objetivo se consigue mediante un procedimiento con las caractensticas de la reivindicacion 1. Configuraciones ventajosas del procedimiento son objeto de las reivindicaciones secundarias. Un dispositivo para la ejecucion del procedimiento, segun la invencion, presenta las caractensticas de la reivindicacion 9. Configuraciones ventajosas del dispositivo son objeto de las reivindicaciones secundarias.
La idea fundamental de la invencion consiste en proporcionar la temperatura de llenado final, que se ha de alcanzar durante el calentamiento del producto alimenticio, no de manera directa, final y exclusiva mediante el circuito de medio portador de calor, guiado en el lado secundario de la bomba de calor, como es conocido por el estado de la tecnica, quedando sustituido asf el calentador final por la bomba de calor, sino en suministrar la energfa termica disponible por debajo de la temperatura de llenado y, por consiguiente, con un coeficiente de rendimiento lo mas alto posible al proceso de precalentamiento ulterior del producto alimenticio. Segun la invencion, esto ocurre al estar guiado el circuito de medio portador de calor a traves de un segundo precalentador del producto alimenticio que esta dispuesto a continuacion del primer precalentador y por delante del calentador. De este modo, en el segundo precalentador se realiza, segun lo previsto, otro precalentamiento del producto alimenticio a una temperatura por debajo de la temperatura de llenado mediante la energfa termica proporcionada por la bomba de calor en el lado secundario con ayuda del medio portador de calor.
De esta manera se extrae calor (enfriamiento) del retorno del circuito de medio refrigerante despues del primer precalentador mediante el lado primario de la bomba de calor y se transfiere calor (calentamiento) al circuito de medio portador de calor mediante el lado secundario de la bomba de calor. Como resultado de la extraccion de calor con la bomba de calor, el medio refrigerante se enfna en el circuito de medio refrigerante y al mismo tiempo, el medio portador de calor se calienta en el circuito de medio portador de calor a un nivel de temperatura, util para el
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precalentamiento ulterior del producto alimenticio en el segundo precalentador, mediante la bomba de calor con el suministro de una potencia motriz electrica de tal modo que se garantiza un coeficiente de rendimiento lo mas alto posible de la bomba de calor.
La bomba de calor esta disenada preferentemente como bomba de calor de compresion, previendo una configuracion ventajosa del procedimiento que la bomba de calor este configurada como bomba de calor de compresion de dos etapas y sea capaz de realizar simultaneamente un calentamiento y un enfriamiento eficientes. Una bomba de calor correspondiente se identifica tambien como bomba de calor transcntica que, por ejemplo, a una temperatura de calentamiento de 82 °C, presenta un coeficiente de rendimiento COPh=6.
Segun una configuracion preferida del procedimiento, esta conocida bomba de calor funciona con medios refrigerantes naturales como el amomaco (NH3) o el dioxido de carbono (CO2) y en cada caso preferentemente en el intervalo transcntico. Esta se describe en el folleto de empresa del grupo GEA, GEA Refrigeration Tecnologies, “In touch with GEA Refrigeration Technologies”, 08/2012. Los medios refrigerantes naturales correspondientes no tienen un potencial para agotar la capa de ozono y, por tanto, no contribuyen al llamado efecto invernadero.
Para conseguir un alto coeficiente de rendimiento de la bomba de calor, una configuracion ventajosa del procedimiento propuesto preve que el precalentamiento del producto alimenticio se limite a una temperatura por debajo de la temperatura de llenado y que el calentamiento del producto alimenticio a la temperatura de llenado se realice en el calentador mediante la energfa termica suministrada desde el exterior. Esta energfa termica se proporciona preferentemente por medio de vapor o agua caliente a presion.
Se propone tambien que en el circuito de medio refrigerante entre la bomba de calor y el tunel de enfriamiento este previsto un primer enfriador que, en caso necesario e independientemente de la bomba de calor, proporciona de manera exacta una primera temperatura de medio refrigerante necesaria para el funcionamiento del tunel de enfriamiento o facilita una adaptacion a la misma.
La regulacion del rendimiento de la bomba de calor se simplifica, como preve otra configuracion del procedimiento, cuando en el circuito de medio portador de calor entre el segundo precalentador y la bomba de calor esta previsto un enfriamiento del medio portador de calor a una segunda temperatura reducida de medio portador de calor. Esto permite variar la temperatura de entrada del medio portador de calor en la bomba de calor y adaptarla facilmente a condiciones operativas modificadas.
Se propone tambien que el procedimiento se adapte a parametros de procedimiento variables mediante la regulacion del rendimiento de la bomba de calor.
El procedimiento propuesto se aplica de una manera particularmente ventajosa en productos alimenticios bombeables tales como bebidas o zumos.
La invencion se refiere tambien a un dispositivo para la ejecucion del procedimiento para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable en una instalacion de envasado en caliente con una bomba de calor. Dicho dispositivo esta compuesto de un calentador, un segundo precalentador dispuesto por delante del mismo, visto en direccion de flujo del producto alimenticio, un primer precalentador dispuesto por delante de este ultimo, una maquina llenadora, un tunel de enfriamiento y la bomba de calor separada.
En una forma de realizacion preferida, el dispositivo esta caracterizado por que la bomba de calor esta dispuesta en el lado primario en un circuito de medio refrigerante guiado a traves del primer precalentador entre el primer precalentador y el tunel de enfriamiento y esta dispuesta en el lado secundario en un circuito de medio portador de calor guiado a traves del segundo precalentador.
En este dispositivo, la bomba de calor esta configurada preferentemente como bomba de calor de compresion electrica, en la que la relacion entre la potencia motriz electrica y la potencia termica transferida es de hasta 1:6. En una realizacion preferida, esta funciona con un compresor de dos etapas y con el uso de medios refrigerantes naturales como el amomaco (NH3) o el dioxido de carbono (CO2) que se usan en cada caso preferentemente en el intervalo transcntico.
En el dispositivo segun la invencion, al menos el calentador, el precalentador, la maquina llenadora y el tunel de enfriamiento pueden estar configurados respectivamente por separado.
La adaptacion exacta de la primera temperatura de medio refrigerante (temperatura de entrada de agua refrigerante en el tunel de enfriamiento) a los requisitos de temperatura del tunel de enfriamiento se facilita segun otra propuesta al estar dispuesto un primer enfriador en el circuito de medio refrigerante entre la bomba de calor y el tunel de enfriamiento.
La regulacion del rendimiento de la bomba de calor en presencia de condiciones operativas variables se facilita al estar dispuesto un enfriador en el circuito de medio portador de calor entre la salida del segundo precalentador y la
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entrada en la bomba de calor, como preve otra propuesta.
Con el fin de que el producto alimenticio no envasado retorne al proceso de envasado en la zona de la maquina llenadora, otra configuracion del dispositivo preve que a partir de una tubena de producto, que desemboca en la maquina llenadora, se ramifique una tubena de rebose que desemboca en un deposito de producto situado por delante del primer precalentador, visto en direccion de flujo del producto alimenticio. Para evitar danos en el producto al mantenerse caliente durante demasiado tiempo a la temperatura de llenado esta previsto un segundo enfriador en la tubena de rebose.
Breve descripcion de los dibujos
Una explicacion mas detallada de la invencion se deriva de la siguiente descripcion y de las figuras adjuntas del dibujo, asf como de las reivindicaciones. Aunque la invencion esta implementada en las configuraciones mas diversas de un procedimiento para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable en una instalacion de envasado en caliente con una bomba de calor y en forma de un dispositivo para la ejecucion del procedimiento, en el dibujo se describe, partiendo de un dispositivo segun el estado de la tecnica, una realizacion preferida del dispositivo segun la invencion y por medio de esta realizacion se explica el procedimiento segun la invencion. Muestran:
Figura 1 en representacion esquematica, un dispositivo para el precalentamiento y el envasado en caliente de un producto alimenticio bombeable segun el estado de la tecnica; y Figura 2 una representacion esquematica del dispositivo segun la invencion en una forma de realizacion preferida para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable en una instalacion de envasado en caliente con un precalentamiento de dos etapas en combinacion con una bomba de calor, partiendo el dispositivo de la configuracion segun la figura 1.
Descripcion
La figura 1 muestra un dispositivo para el precalentamiento y el envasado en caliente de un producto alimenticio bombeable P, una llamada instalacion de envasado en caliente 1, conocida por el estado de la tecnica. El producto alimenticio P se coloca por lotes, por ejemplo, a una temperatura inicial no indicada (por ejemplo, 15 °C), en un deposito de producto 2 o se alimenta al mismo en su funcion como deposito de almacenamiento temporal a traves de una tubena de alimentacion no representada. El producto alimenticio P caliente y no envasado, que retorna al deposito de producto 2, como se describe mas adelante, aumenta la temperatura de salida de este ultimo, una primera temperatura de producto Tp1 (por ejemplo, Tp1=16-17 °C). El deposito de producto 2 esta conectado mediante una tubena de producto 16 a un precalentador 4 para el precalentamiento del producto alimenticio P a una segunda temperatura de producto Tp2 (temperatura de salida del precalentador 4; por ejemplo, 60 °C) y a un calentador 6, dispuesto a continuacion del mismo, para el calentamiento del producto alimenticio P a una temperatura de llenado Tp4 (cuarta temperatura de producto; por ejemplo, 80-90 °C). Para el calentamiento a la temperatura de llenado Tp4 se requiere una cantidad de calor a suministrar Qzu que se proporciona, por ejemplo, mediante vapor o agua caliente a presion. El producto alimenticio caliente P pasa del calentador 6 a traves de otra seccion de la tubena de producto 16 a una maquina llenadora 8, en la que se envasa en recipientes B, por ejemplo, botellas, bolsas o recipientes de plastico.
Los recipientes B, llenados en caliente y cerrados a continuacion, llegan a un tunel de enfriamiento 10, que puede estar compuesto, por ejemplo, de varias celdas de enfriamiento dispuestas una al lado de otra en direccion de paso, y se enfnan aqrn durante el paso con un medio refrigerante K, por ejemplo, agua, por rociado a una quinta temperatura de producto Tp5 (por ejemplo, 20-30 °C) que es adecuada para el almacenamiento y/o el procesamiento ulterior. El medio refrigerante K circula en un circuito de medio refrigerante 20, guiado a traves del precalentador 4 y del tunel de enfriamiento 10, entrando el medio refrigerante fno K con una primera temperatura de medio refrigerante T1 (temperatura de entrada de agua refrigerante, por ejemplo, 10 °C) en el tunel de enfriamiento 10, del que salen los recipientes B enfriados a la quinta temperatura de producto Tp5. El medio refrigerante K, que entra en el tunel de refrigeracion 10, absorbe aqrn calor de los recipientes a enfriar B y se calienta en este proceso a una segunda temperatura de medio refrigerante T2 (temperatura de salida de agua refrigerante, por ejemplo, 68 °C). Para el aprovechamiento de este calor, el medio refrigerante K se mueve en el circuito a traves del precalentador 4 contra el producto alimenticio a calentar P. En correspondencia con las respectivas condiciones de flujo masico y de temperatura, el producto alimenticio P se calienta a la segunda temperatura de producto Tp2, mientras que el medio refrigerante K experimenta un enfriamiento a una tercera temperatura de medio refrigerante T3 (temperatura de salida del precalentador, por ejemplo, 28 °C).
El enfriamiento del medio refrigerante K en el circuito de medio refrigerante 20 se realiza, por ejemplo, en un intercambiador de calor, un primer enfriador 12, que funciona, por ejemplo, con agua de torre de enfriamiento. La primera cantidad de calor Qab1 a eliminar del primer enfriador 12 se ha de considerar como perdida.
A partir de la seccion de la tubena de producto 16, que desemboca en la maquina llenadora 8, se ramifica una tubena de rebose 18 que desemboca en el deposito de producto 2 y a traves de la que el producto alimenticio no envasado P, un producto alimenticio en exceso P*, retorna al proceso de envasado. El enfriamiento del producto
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alimenticio en exceso P* a una sexta temperatura de producto adecuada Tp6 (temperatura de retorno, por ejemplo, 35 °C) se realiza, por ejemplo, asimismo en otro intercambiador de calor, un segundo enfriador 14 que funciona de la misma manera descrita arriba. La segunda cantidad de calor Qab2 a eliminar del segundo enfriador 14 se ha de considerar tambien como perdida.
Aquella ene^a termica del producto alimenticio P, que se representa mediante la diferencia de temperatura (AT=Tp4-Tp2=20-30°C) entre su temperatura de llenado necesaria Tp4 (por ejemplo, Tp4=80-90°C) y su temperatura de precalentamiento obtenible con el medio refrigerante K guiado en el circuito, la segunda temperatura de producto Tp2 (temperatura de salida del precalentador 4, por ejemplo, Tp2=60 °C), se ha de considerar en principio como perdida y esto se concreta esencialmente en las perdidas mencionadas antes Qab1, Qab2. El uso de una torre de enfriamiento para enfriar el medio refrigerante K guiado en el circuito o para preenfriar el medio refrigerante fresco esta limitado tecnicamente debido al nivel de temperatura de los medios refrigerantes disponibles a traves del entorno. Los datos de temperatura mencionados antes se han de entender solo a modo de ejemplo y pueden asumir tambien otros valores, en dependencia del diseno del dispositivo.
La figura 2 muestra un dispositivo para el precalentamiento y el envasado en caliente de un producto alimenticio bombeable P, una instalacion de envasado en caliente 100, de acuerdo con la presente invencion. Su estructura y la disposicion de sus unidades, tales como el deposito de producto 2, el calentador 6, la maquina llenado 8, el tunel de enfriamiento 10, los enfriadores 12, 14 y la conduccion de tubena con la tubena de producto y de rebose 16, 18, estan en correspondencia con la estructura y la disposicion segun la figura 1 (estado de la tecnica). Las temperaturas ya mencionadas Tp1 y Tp2 y Tp4 a Tp6 y T1 a T3, asf como la segunda cantidad de calor a eliminar Qab2 y las identificaciones usadas para los recipientes B, el medio refrigerante K, el producto alimenticio P y el producto alimenticio en exceso P* se indican en los puntos asignados sin ninguna variacion.
En la figura 2 aparece en el lugar del precalentador 4 un primer precalentador 40. El circuito de medio refrigerante, guiado ahora a traves del primer precalentador 40 y del tunel de enfriamiento 10, se identifica con el numero 200.
La instalacion de envasado en caliente 100 parte de un estado de la tecnica, como se da a conocer en el documento EP2532247A1. Este da a conocer en comparacion con el estado de la tecnica segun la figura 1 descrita antes una bomba de calor separada que aprovecha en el lado primario la energfa termica residual del medio refrigerante, que sale de un precalentador, para aumentar la temperatura del producto alimenticio precalentado a la temperatura de llenado con un medio portador de calor guiado en un circuito de medio portador de calor en el lado secundario a traves de la bomba de calor. Por tanto, la bomba de calor en el proceso de precalentamiento de producto conocido es responsable solamente de la obtencion de la temperatura de llenado.
La instalacion de envasado en caliente 100 esta caracterizada segun la invencion por que una bomba de calor 400 esta dispuesta en el lado primario en el circuito de medio refrigerante 200, guiado a traves del primer precalentador 40, para el medio refrigerante K entre el primer precalentador 40 y el tunel de enfriamiento 10 y esta dispuesta en el lado secundario en un circuito de medio portador de calor 300, guiado a traves de un segundo precalentador 50, para un medio portador de calor M. En este caso, el segundo precalentador 50 esta dispuesto, visto en direccion de flujo del producto alimenticio P, a continuacion del primer precalentador 40 y por delante del calentador 6. De este modo, en el segundo precalentador 50 se realiza otro precalentamiento del producto alimenticio P de la segunda temperatura de producto Tp2 (por ejemplo, 60 °C) a una tercera temperatura de producto Tp3 (por ejemplo, 75 °C) y, por tanto, a una temperatura por debajo de la temperatura de llenado Tp4 (por ejemplo, 85 °C) mediante la energfa termica proporcionada por la bomba de calor 400 en el lado secundario con ayuda del medio portador de calor M.
De esta manera se extrae calor (enfriamiento) del retorno del circuito de medio refrigerante 200 despues del primer precalentador 40, en el que el medio refrigerante K entra con la segunda temperatura de medio refrigerante T2 (por ejemplo, 68 °C) y del que sale con la tercera temperatura de medio refrigerante T3 (por ejemplo, 28 °C), mediante el lado primario de la bomba de calor 400 y se transmite calor (calentamiento) al circuito de medio portador de calor 300 mediante el lado secundario de la bomba de calor 400. Como resultado de la extraccion de calor con la bomba de calor 400, el medio refrigerante K se enfna en el circuito de medio refrigerante 200 de la tercera temperatura de medio refrigerante T3 a la primera temperatura de medio refrigerante T1 (por ejemplo, 10 °C) y al mismo tiempo, el medio portador de calor M se calienta en el circuito de medio portador de calor 300 a un nivel de temperatura, util para el precalentamiento ulterior del producto alimenticio P en el segundo precalentador 50, mediante la bomba de calor 400 con el suministro de una potencia motriz electrica W de tal modo que se garantiza un coeficiente de rendimiento lo mas alto posible de la bomba de calor 400. El medio portador de calor M abandona la bomba de calor 400 con una primera temperatura de medio portador de calor T4 (por ejemplo, 81 °C) y entra con esta temperatura en el segundo precalentador 50. Despues de ceder calor al producto alimenticio P, el medio portador de calor M abandona el segundo precalentador 50 con una segunda temperatura de medio portador de calor T5 (por ejemplo, 68 °C) que se aplica a la entrada de la bomba de calor 400 en el lado secundario, si no se realiza otro enfriamiento externo. En la bomba de calor 400 se ha de eliminar una tercera cantidad de calor a eliminar qab3, condicionada forzosamente de manera termodinamica, como cantidad de calor perdido.
La regulacion del rendimiento de la bomba de calor 400 en presencia de condiciones operativas variables se facilita al estar dispuesto, segun lo previsto, un enfriador no identificado en el circuito de medio portador de calor 300 entre
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
la salida del segundo precalentador 50 y la entrada en la bomba de calor 400, que puede enfriar el medio portador de calor M de la segunda temperatura de medio portador de calor T5 a una segunda temperatura reducida de medio portador de calor T5* (por ejemplo, 62-63 °C) mediante una cuarta cantidad de calor a eliminar qab4.
La adaptacion exacta de la primera temperatura de medio refrigerante T1 a los requisitos de temperatura del tunel de enfriamiento 10 se facilita segun otra propuesta al estar dispuesto en el circuito de medio refrigerante 200 entre la bomba de calor 400 y el tunel de refrigeracion 10 el primer enfriador 12, mediante el que se ha de eliminar una primera cantidad de calor a eliminar qabl, esencialmente menor respecto al estado de la tecnica segun la figura 1, si es necesaria una adaptacion.
Dado que el producto alimenticio precalentado P, que sale del segundo precalentador 50, entra en el calentador 6 con la tercera temperatura de producto Tp3 que es claramente mayor que la segunda temperatura de producto Tp2, la temperatura de salida del precalentador 4 en la instalacion de envasado en caliente 1 segun el estado de la tecnica (figura 1), espedficamente de, por ejemplo, Tp3=75 °C respecto a, por ejemplo, Tp2=60 °C, pero que se mantiene aun por debajo de la temperatura de llenado Tp4 (por ejemplo, 85 °C), una cantidad de calor qzu a suministrar necesariamente desde el exterior al calentador 6 es correspondientemente menor que en el caso de la instalacion de envasado en caliente convencional conocida 1 (Qzu segun la figura 1). Los datos de temperatura mencionados antes se han de entender solo a modo de ejemplo. Estos dependen del diseno de la bomba de calor 400, de su funcionamiento y coeficiente de rendimiento, asf como del diseno de las demas unidades de la instalacion de envasado en caliente 100.
En el dispositivo segun la invencion, el calentador 6, los precalentadores 40, 50, la maquina llenadora 8 y el tunel de enfriamiento 10, asf como el primer y el segundo enfriador 12, 14 pueden estar configurados por separado en cada caso.
Lista de referencia de las abreviaturas usadas
(Figura 1) Estado de la tecnica (sin bomba de calor)
1 Instalacion de envasado en caliente
2 Deposito de producto
4 Precalentador
6 Calentador
8 Maquina llenadora
10 Tunel de enfriamiento
12 Primer enfriador
14 Segundo enfriador
16 Tubena de producto
18 Tubena de rebose
20 Circuito de medio refrigerante
B Recipiente
K Medio refrigerante (por ejemplo, agua)
P Producto alimenticio
P* Producto alimenticio en exceso
Qab1 Primera cantidad de calor a eliminar
Qab2 Segunda cantidad de calor a eliminar Qzu Cantidad de calor a suministrar
Tp1 Primera temperatura de producto
Tp2 Segunda temperatura de producto (temperatura de salida del (primer) precalentador 4, (40)) Tp4 Temperatura de llenado (cuarta temperatura de producto)
Tp5 Quinta temperatura de producto
Tp6 Sexta temperatura de producto (temperatura de retorno)
T1 Primera temperatura de medio refrigerante (temperatura de entrada de agua refrigerante)
T2 Segunda temperatura de medio refrigerante (temperatura de salida de agua refrigerante)
T3 Tercera temperatura de medio refrigerante (temperatura de salida del precalentador)
Figura 2 (identificaciones, de manera adicional o alternativa a la figura 1)
100 Instalacion de envasado en caliente
40 Primer precalentador
50 Segundo precalentador
200 Circuito de medio refrigerante
300 Circuito de medio portador de calor
400 Bomba de calor (de una etapa o dos etapas)
qabl Primera cantidad de calor a eliminar 5 qab3 Tercera cantidad de calor a eliminar qab4 Cuarta cantidad de calor a eliminar qzu Cantidad de calor a suministrar
M
10
Tp3
T4
T5
T5*
15
W
Medio portador de calor
Tercera temperatura de producto (temperatura de entrada en el calentador 6) Primera temperatura de medio portador de calor Segunda temperatura de medio portador de calor Segunda temperatura reducida de medio portador de calor
Potencia motriz

Claims (16)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable (P) en una instalacion de envasado en caliente, con un calentador (6) para calentar el producto alimenticio (P) a una temperatura de llenado (Tp4), un precalentador (4, 40) dispuesto por delante del calentador (6) para precalentar el producto alimenticio (P), una maquina llenadora (8) para envasar el producto alimenticio (P) en recipientes (B), un tunel de enfriamiento (10) para enfriar los recipientes llenados en caliente (B) con un medio refrigerante (K), que se gma en un circuito de medio refrigerante (20, 200) a traves del precalentador (4, 40) y del tunel de enfriamiento (10), con el precalentador (4, 40) que suministra energfa termica del medio refrigerante (K), calentado durante el enfriamiento de los recipientes (B), del tunel de enfriamiento (10) al producto alimenticio (P), con una bomba de calor separada (400), que aprovecha en el lado primario la energfa termica residual del medio refrigerante (K), que sale del precalentador (4, 40), para seguir aumentando la temperatura del producto alimenticio precalentado (P) con un medio portador de calor (M) que esta guiado en un circuito de medio portador de calor (300) en el lado secundario a traves de la bomba de calor (400), caracterizado por que el circuito de medio portador de calor (300) esta guiado a traves de un segundo precalentador (50) para el producto alimenticio (P), que esta dispuesto a continuacion del primer precalentador (40) y por delante del calentador (6), realizandose en el segundo precalentador (50) otro precalentamiento del producto alimenticio (P) a una temperatura por debajo de la temperatura de llenado (Tp4) mediante la energfa termica proporcionada por la bomba de calor (400) en el lado secundario con ayuda del medio portador de calor (M).
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la bomba de calor (400) esta configurada como bomba de calor de compresion de dos etapas y es capaz de realizar simultaneamente el calentamiento y el enfriamiento.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que como medio refrigerante para la bomba de calor (400) esta previsto amomaco (NH3) o dioxido de carbono (CO2).
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el calentamiento del producto alimenticio (P) a la temperatura de llenado (Tp4) se realiza en el calentador (6) mediante energfa termica suministrada desde el exterior.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que en el circuito de medio refrigerante (200) entre la bomba de calor (400) y el tunel de enfriamiento (10) esta previsto un primer enfriador (12) que, en caso necesario, proporciona una primera temperatura de medio refrigerante (T1) necesaria para el funcionamiento del tunel de enfriamiento (10).
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que en el circuito de medio portador de calor (300) entre el segundo precalentador (50) y la bomba de calor (400) esta previsto un enfriamiento del medio portador de calor (M) a una segunda temperatura reducida de medio portador de calor (T5).
  7. 7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que mediante la regulacion del rendimiento de la bomba de calor (400) se lleva a cabo una adaptacion del procedimiento a parametros de procedimiento variables.
  8. 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el producto alimenticio (P) es una bebida o un zumo.
  9. 9. Dispositivo para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable (P) en una instalacion de envasado en caliente (100) con un calentador (6), un segundo precalentador (50) dispuesto por delante del mismo, visto en direccion de flujo del producto alimenticio (P), un primer precalentador (40) dispuesto por delante de este ultimo, una maquina llenadora (8), un tunel de enfriamiento (10) y una bomba de calor separada (400) para la ejecucion del procedimiento para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable (P) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8.
  10. 10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 9, caracterizado por que la bomba de calor (400) esta dispuesta en el lado primario en un circuito de medio refrigerante (200), guiado a traves del primer precalentador (40), entre el primer precalentador (40) y el tunel de enfriamiento (10) y esta dispuesta en el lado secundario en un circuito de medio portador de calor (300) guiado a traves del segundo precalentador (50).
  11. 11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 9 o 10, caracterizado por que la bomba de calor (400) esta configurada como bomba de calor de compresion electrica, en la que la relacion entre la potencia motriz electrica y la potencia termica transferida es de hasta 1:6.
  12. 12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por que al menos el calentador (6), los precalentadores (40, 50), la maquina llenadora (8) y el tunel de enfriamiento (10) estan configurados respectivamente por separado.
  13. 13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado por que un primer enfriador (12) esta dispuesto en el circuito de medio refrigerante (200) entre la bomba de calor (400) y el tunel de enfriamiento (10).
  14. 14. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado por que un enfriador esta 5 dispuesto en el circuito de medio portador de calor (300) entre la salida del segundo precalentador (50) y la entrada
    en la bomba de calor (400).
  15. 15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado por que a partir de una tubena de producto (16), que desemboca en la maquina llenadora (8), se ramifica una tubena de rebose (18) que desemboca
    10 en un deposito de producto (2) situado por delante del primer precalentador (40), visto en direccion de flujo del producto alimenticio (P).
  16. 16. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 15, caracterizado por que en la tubena de rebose (18) esta dispuesto un segundo enfriador (14).
    15
ES14786603.2T 2013-10-17 2014-10-02 Procedimiento y dispositivo para el precalentamiento de un producto alimenticio bombeable en una instalación de envasado en caliente con una bomba de calor Active ES2628865T3 (es)

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