ES2644737T3 - Aparato y método para calentar óhmicamente un líquido con partículas - Google Patents

Aparato y método para calentar óhmicamente un líquido con partículas Download PDF

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Description

Aparato y método para calentar óhmica mente un líquido con particulas
La invención se refiere a un método para calentar óhmica mente un líquido con partículas y a un aparato para calentar óhmicamente un líquido con partículas, comprendiendo el aparato un medio de desgasificación para desgasificar el líquido.
En el contexto de la presente invención, un 'líquido' significa un líquido eléctricamente conductor y abarca los líquidos con partículas, es decir, los líquidos que tienen partículas sólidas mezcladas en su interior, por ejemplo, los zumos con pulpa.
Antecedentes de la técnica
Es conocido calentar un líquido conductor haciendo circular una corriente eléctrica en el mismo a través de un par de electrodos, siendo el líquido conductor el elemento resistivo que se calienta eléctricamente. Esto se llama calentamiento óhmico o resistivo y se ha aplicado a la esterilización de productos alimenticios tales como los zumos de frutas. Con esta tecnología, el calentamiento es más uniforme y puede completarse en muy poco tiempo, pero pueden surgir problemas.
Por ejemplo, si están presentes burbujas de aire en el líquido se puede producir la formación de arcos eléctricos. La formación de arcos eléctricos es la producción de un arco eléctrico, es decir, una ruptura eléctrica de un gas que resulta de la circulación de una corriente eléctrica a través de un medio que normalmente no es conductor, tal como el aire. La formación de arcos eléctricos puede quemar las particulas (como la pulpa) que pueden estar presentes en el líquido (por ejemplo, un zumo), dando lugar a puntos negros que hacen que el zumo pasteurizado no sea adecuado.
La formación de arcos eléctricos también puede producirse cuando hay regiones que no están completamente llenas de líquido, en cuyo caso un arco eléctrico podría saltar a través de dichas regiones vacias (que en realidad contienen aire) y calcinar las particulas presentes en el líquido.
El documento US5514391 desvela métodos y aparatos para extender el periodo de caducidad de los productos alimenticios fluidos perecederos tales como los productos lácteos, los zumos de frutas y los productos de huevo líquido, que contienen niveles significativos de microorganismos. Dichos métodos y aparatos incorporan una pluralidad de regiones de tratamiento de campo eléctrico con unidades de refrigeración entre cada par de regiones de tratamiento con el fin de mantener la temperatura del producto alimenticio bombeable a un nivel en el que los microorganismos se matan en número suficiente y en el que los cambios en el sabor, la apariencia, el olor o la funcionalidad del producto alimenticio permanecen dentro de intervalos aceptables.
El documento JPH0739320 desvela un aparato de calentamiento provisto de unas unidades de calentamiento, cada una compuesta de un cilindro y al menos dos electrodos unidos al cilindro interponiendo un espacio prescrito. Cada unidad de calentamiento está unida a un miembro de soporte en un estado inclinado con un ángulo de inclinación ajustable y un objeto de calentamiento que se suministra desde el extremo inferior y se transfiere hacia el extremo superior.
El documento EP0141533 desvela un dispositivo para separar un contaminante volátil de un fluido contaminado. El dispositivo comprende una cámara de vacío que tiene un espacio interno que puede evacuarse al menos parcialmente, una disposición de placa giratoria dispuesta dentro de la cámara de vacío, un medio para introducir el fluido contaminado en la superficie de la disposición de placa, por lo que pequeñas gotas del fluido contaminado se dispersan de manera centrífuga desde el borde de la disposición de placa giratoria.
El documento EP0674928 desvela un método y aparato para desgasificar un fluido de alta viscosidad, en el que una cámara de vacío está orientada verticalmente y está adaptada para recibir un fluido en su extremo superior y descargarlo desde un depósito en su extremo inferior, teniendo la cámara un conjunto compuesto de una boquilla de boca ancha ranurada y un miembro deslizante de canal montado dentro del extremo superior con el fin de recibir un fluido alimentado en la cámara. La boquilla está adaptada para dispersar el fluido sobre la superficie del miembro deslizante que está colocado angularmente hacia abajo hacia el depósito, de tal manera que el fluido sobre la superficie del miembro deslizable presenta un flujo laminar a medida que se mueve hacia abajo.
Sin embargo, estas disposiciones no producen una separación a gran escala del gas (por ejemplo, el aire) disuelto en el líquido previsto (por ejemplo, un zumo de fruta) , por lo que la formación de arcos eléctricos seguiria siendo un grave problema cuando se usan.
Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de calentamiento óhmico que evite la formación de arcos eléctricos y la consiguiente contaminación de un líquido con particulas cuando se calienta óhmicamente.
De acuerdo con un aspecto de la invención, el método para calentar óhmicamente un líquido con particulas incluye desgasificar el líquido con particulas en un tanque de vacio (10) antes de calentarlo óhmicamente, incluyendo el tanque de vacío (10) una bomba de vacio (12), una pared interna vertical y una región central que está alejada de las paredes internas del tanque, de tal manera que dicha región central no está obstruida y dicha etapa de desgasificación comprende las sub-etapas de:
-
introducir el líquido en el tanque a través de un pulverizador (11) provisto de una boquilla (13) dispuesta para
pulverizar el líquido sobre la pared interna vertical , estableciendo de este modo una película líquida que fluye
hacia abajo sobre dicha pared mientras que mantiene sustancialmente la región central del tanque libre de
líquido; -dejar que la película líquida fluya hacia abajo por toda la longitud de la pared vertical, permitiendo de este modo que el aire presente en el líquido salga de la película liquida y alcance la región central sin obstrucciones del tanque;
-
extraer el aire que flota en dicha región central a través de una salida en la región superior del tanque por medio
de la bomba de vacio; -recoger el líquido desaireado en la región inferior del tanque y extraerlo del tanque a través de una salida.
Ya que existe un vacio en el tanque, las burbujas de gas escapan de la película de líquido que está fluyendo hacia abajo de dicha pared interna del tanque de vacio y suben a través de dicha región central vertical, sin obstáculos (por ejemplo, una región interior cilíndrica sin obstrucciones del tanque) , para evacuarse de la región superior del tanque de vacio.
Las burbujas de gas en un líquido experimentan una fuerza hacia arriba (principio de Arquimedes) y una fuerza hacia abajo (debido a la tensión superficial del líquido). Cuanto mayor es la burbuja, mayor es la fuerza hacia arriba y menor es la fuerza hacia abajo. En el tanque de vacio, cuanto más fina es la película que fluye hacia abajo por la pared del tanque, mayor es el área de la pared cubierta por la película y más largo es el tiempo que tarda la película en fluir completamente hacia abajo por dicha pared, de tal manera que incluso pequeñas burbujas de aire se someten a menos fuerza hacia abajo y además tienen más tiempo para escapar de la película y ascender a través de la región más interna del tanque.
Por lo tanto, en algunas realizaciones, el líquido se pulveriza sobre al menos una parte de las paredes internas verticales o inclinadas del tanque de vacio, y cuanto mayor es dicha parte más burbujas de gas pueden escapar de la película de líquido.
El líquido se calienta óhmicamente después de desgasificarse (por ejemplo, desaireado), por lo que se evita la formación de arcos eléctricos.
En algunas realizaciones, los conductos dentro de los que el flujo de líquido se calienta óhmica mente se mantienen sustancialmente llenos de líquido, de tal manera que no están presentes espacios vacíos o gaseosos en dichos conductos. Una manera de conseguir esto es manteniendo la presión en dichos conductos entre un nivel minimo y un nivel máximo, es decir, por encima de un nivel establecido (el nivel máximo es un nivel de seguridad). Otra manera de lograrlo es evitando la caída de presión producida de otro modo en los conductos cuando se abre una válvula de cierre para descargar el líquido calentado óhmicamente, por ejemplo, para llenar recipientes con zumo pasteurizado. Otra manera de lograrlo es manteniendo el caudal del líquido calentado óhmicamente en un nivel sustancialmente establecido.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el aparato para el calentamiento óhmico de un liquido con partículas tiene un medio de desgasificación que comprende un tanque de vacío y al menos un pulverizador dispuesto para pulverizar el líquido sobre una pared vertical interna o inclinada del tanque de vacío, con el fin de realizar el método anterior, comprendiendo también el aparato al menos un paso o conducto para pasar el líquido desgasificado a través de una unidad de calentamiento óhmico, aunque puede haber varios pulverizadores y el líquido puede pulverizarse sobre al menos una parte de las paredes internas verticales o inclinadas del tanque de vacio.
De todos modos, lo importante es que la superficie de la película que fluye hacia abajo de las paredes internas del tanque de vacio sea grande, de tal manera que la mayoria de las burbujas de gas en el líquido pueden salir de la película y subir por la región central del tanque (la mencionada región interior cilíndrica vertical).
Algunas realizaciones del aparato comprenden un medio de estabilización para mantener dichos conductos sustancialmente llenos de líquido. Dicho medio de estabilización puede comprender un medio de válvula para mantener la presión en los conductos entre un nivel mínimo y un nivel máximo, por ejemplo una válvula de contrapresión localizada después de la unidad de calentamiento óhmico y, por razones de seguridad, una válvula de seguridad caracterizada a continuación. O el medio de estabilización puede comprender (o comprender también) un medio de bombeo, por ejemplo una bomba dispuesta entre el tanque de vacio y la unidad de calentamiento óhmico para bombear líquido a través de esta última.
En algunas realizaciones, dicho medio de bomba comprende dos o más fases de bombeo dispuestas en serie, por ejemplo, cuatro fases de bombeo dispuestas en serie, tal vez siendo parte de una bomba positiva. Esta disposición reduce la variación de caudal provocada por una perturbación de la presión.
El medio de estabilización puede comprender también una válvula de seguridad dispuesta en paralelo con la bomba, con el fin de evitar que la presión supere el nivel máximo.
Breve descripción de los dibujos
Algunas realizaciones de la presente invención se describirán a continuación, solo a modo de ejemplo no limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1A es una vista esquemática de un aparato de acuerdo con la invención; y
la figura 1 B es una vista superior en sección esquemática de un detalle del tanque de vacio.
Descripción de realizaciones específicas
Un aparato para el calentamiento óhmico de un zumo de fruta pulposa (es decir, un zumo que tiene partículas de pulpa de fruta) comprende un tanque de vacío 10 para desgasificar (desairear) dicho zumo antes de calentarlo óhmicamente. Una bomba de vacio 12 puede proporcionar un vacío dentro del tanque de vacio 10.
El zumo entra en el tanque de vacío a través de un pulverizador 11 provisto de una o más boquillas 13 para pulverizar el zumo en el tanque. El tanque de vacío 10 tiene una o más paredes internas verticales (pueden tener una forma sustancialmente cilíndrica con una superficie vertical) y las boquillas 13 están dispuestas para pulverizar el zumo sobre las paredes verticales, de tal manera que pueda establecerse una película de zumo que fluye hacia abajo en dichas paredes. La región inferior del tanque de vacío 10 puede estar conformada como un cono invertido y tener una salida para el zumo desaireado en la punta del cono.
En la situación de vacío prevaleciente en el tanque de vacío 10, las burbujas de aire presentes dentro del zumo tienden a escapar del líquido. En el caso de que la película fluya hacia abajo por las paredes verticales o inclinadas (vertical para la parte cilíndrica, inclinada para la parte cónica), una gran superficie de líquido queda expuesta al entorno de vacio y, por consiguiente, una gran cantidad de aire puede dejar la película líquida y alcanzar la región central del tanque, lejos de las paredes. Cuanto más delgada sea la película, más tiempo tardará en fluir hacia abajo por toda la longitud de las paredes y más burbujas de aire pueden escapar del líquido.
Ya que prácticamente no se vierte líquido a través de dicha región central, puede extraerse el aire gaseoso sin impedimentos a través de una salida en la región superior del tanque 10 mediante la bomba de vacío 12.
Las boquillas 13 del pulverizador 11 pueden disponerse de cualquier modo que consiga cubrir la mayor parte de las paredes internas del tanque 10 con la pelicula del zumo. Por ejemplo, el pulverizador 11 puede comprender dos boquillas diametralmente opuestas 13 dirigidas tangencialmente en sentidos opuestos hacia la pared interior cilíndrica del tanque (véase la figura 1 B), con el fin de cubrir la mayor parte de la pared con la película delgada, media pared cada una de las boquillas.
Corriente abajo del tanque de vacío 10, una bomba 30 (por ejemplo una bomba positiva) puede bombear el zumo desgasificado en una unidad de calentamiento óhmico 50. La bomba 30 está especialmente diseñada para proporcionar un flujo sustancialmente estable de zumo debido a que es importante que la cantidad de tiempo que el zumo se calienta óhmicamente permanezca bastante constante, con el fin de elevar la temperatura del líquido en una cantidad determinada. Un caudal constante puede cumplir este requisito. El medio de bombeo 30 produce de este modo un caudal sustancialmente constante bajo fluctuaciones de presión pequeñas pero significativas.
El medio de bombeo 30 comprende un motor eléctrico 31 y cuatro fases de bombeo, por ejemplo, cuatro rotores dispuestos en serie o un rotor cuatro veces más largo y que tenga cuatro veces el número de álabes, aspas o cualquiera que sea el elemento de transmisión de energia, como una bomba de una sola fase. Esta disposición puede mantener el flujo relativamente estable bajo una fluctuación de presión de este tipo. En efecto, cuando, por alguna razón, hay una perturbación de presión después de una bomba positiva giratoria, hay un cierto flujo de retorno en el hueco entre el rotor y el estator de la bomba y el caudal en el sistema puede reducirse. Pero con, por ejemplo, cuatro fases de bombeo, el efecto de una eventual perturbación de la presión es un cuarto que con una sola fase, y la variación del caudal también es un cuarto. Y lo mismo, por supuesto, puede decirse de cuatro bombas dispuestas en serie.
Otra ventaja de un dispositivo de bombeo multifase de este tipo es que ayuda a mantener el paso o conducto 51 para el zumo en la unidad de calentamiento óhmico 50 completamente lleno con el zumo, porque de lo contrario una reducción en el caudal podría dejar algunos espacios en dichos conductos desprovistos de líquido, lo que, como ya se ha mencionado, pueden provocar la formación de arcos eléctricos.
Corriente abajo de la unidad de calentamiento óhmico 50, pero antes de la salida final para suministrar el zumo esterilizado o pasteurizado, hay una válvula de contrapresión o de presión constante 20, es decir, una válvula para mantener la presión corriente arriba en un nivel preestablecido. Esto evita caidas de presión que podrian hacer que el zumo hierva en la unidad de calentamiento óhmico, lo que perjudicaria completamente el calentamiento del zumo. También evita la generación de espacios que están vacíos de liquido, contribuyendo de este modo, junto con el medio de bombeo 30, para evitar la formación de arcos eléctricos. Una caida de presión de este tipo puede producirse cuando se llenan barriles con zumo pasteurizado en dicha salida final.
Como se muestra en la figura, una válvula de seguridad 21 puede estar dispuesta corriente arriba de la unidad de calentamiento óhmico 50, en paralelo con el medio de bombeo 30, con el fin de evitar que la presión en el aparato llegue a ser demasiado alta. El funcionamiento es el siguiente.
Como un ejemplo ilustrativo, se supone que la presión operativa elegida es de 10 bares. A continuación, la válvula de presión constante 20 puede ajustarse para abrirse cuando la presión corriente arriba alcanza 10 bares y para cerrarse cuando la presión corriente abajo cae por debajo de 10 bares. Se supone que la presión máxima admisible es de 15 bares. A continuación, la válvula de seguridad 21 puede ajustarse para abrirse cuando la presión corriente abajo alcanza, por ejemplo, 14 bares, de tal manera que puede establecerse un flujo de circuito cerrado dentro y fuera de la bomba 30 y a través de la válvula de seguridad 21 evitando de este modo que la presión corriente abajo exceda de 15 bares.
Aunque solo se han mostrado y descrito unas realizaciones especificas de la invención en la presente memoria descriptiva, un experto en la materia será capaz de introducir modificaciones y sustituir cualquier caracteristica técnica de las mismas con otras que sean técnicamente equivalentes, en función de los requisitos especificos de cada caso, sin alejarse del alcance de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (16)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método para calentar óhmicamente un líquido con partículas, que incluye desgasificar el líquido con particulas en un tanque de vacío (10) antes de su calentamiento óhmico, incluyendo el tanque de vacío (10) una bomba de vacio
    (12), una pared interna vertical y una región central que está alejada de las paredes internas del tanque, caracterizado por que dicha región central no está obstruida y por que dicha etapa de desgasifícación comprende las sub-etapas de:
    -
    introducir el líquido en el tanque a través de un pulverizador (11) provisto de una boquilla (13) dispuesta para pulverizar el líquido sobre la pared interna vertical, estableciendo de este modo una película líquida que fluye hacia abajo sobre dicha pared mientras que mantiene sustancialmente la región central del tanque libre de líquido; -dejar que la película líquida fluya hacia abajo por toda la longitud de la pared vertical, permitiendo de este modo que el aire presente en el líquido salga de la película líquida y alcance la región central sin obstrucciones del tanque; -extraer el aire que flota en dicha región central a través de una salida en la región superior del tanque por medio de la bomba de vacio; -recoger el líquido desaireado en la región inferior del tanque y extraerlo del tanque a través de una salida.
  2. 2.
    Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el líquido se pulveriza sobre al menos una parte de las paredes internas verticales del tanque de vacio (10) .
  3. 3.
    Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende la etapa de bombear el líquido desaireado a una unidad de calentamiento óhmico (50) .
  4. 4.
    Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de mantener los conductos (51). dentro de los que el flujo de líquido se calienta óhmicamente, sustancialmente llenos de líquido.
  5. 5.
    Método de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende la sub-etapa de mantener la presión en dichos conductos (51) entre un nivel mínimo y un nivel máximo.
  6. 6.
    Método de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende la sub-etapa de evitar la caida de presión producida de otro modo en los conductos (51) cuando se abre una válvula de cierre para descargar el líquido calentado óhmicamente.
  7. 7.
    Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, que comprende la etapa de mantener el caudal del líquido que se calienta óhmicamente a un nivel sustancialmente establecido.
  8. 8.
    Aparato para calentar óhmicamente un líquido con particulas, que comprende un medio de desgasificación (10, 11, 12) para desgasificar el líquido, caracterizado por que el medio de desgasificación comprende un tanque de vacio (10), una bomba de vacío para el tanque de vacio y un pulverizador (11) provisto de una boquilla (13) dispuesta para pulverizar el líquido sobre una pared interna vertical del tanque de vacio, con el fin de realizar el método de la reivindicación 1 o 2, y por que el aparato comprende al menos un conducto (51) para hacer pasar el líquido desgasificado a través de una unidad de calentamiento óhmico (50).
  9. 9.
    Aparato de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende un medio de estabilización (20, 21 , 30) para mantener dicho conducto (51) sustancialmente lleno de líquido.
  10. 10.
    Aparato de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el medio de estabilización (20, 21 , 30) comprende un medio de válvula (20, 21) para mantener la presión en dicho conducto (51) entre un nivel mínimo y un nivel máximo.
  11. 11.
    Aparato de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicho medio de válvula comprende una válvula de contrapresión (20) localizada después de la unidad de calentamiento óhmico (50) .
  12. 12.
    Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11 , en el que el medio de estabilización (20, 21 , 30) comprende una bomba (30) localizada entre el tanque de vacio (10) y la unidad de calentamiento óhmico (50).
  13. 13.
    Aparato de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la bomba (30) comprende dos fases de bombeo dispuestas en serie.
  14. 14.
    Aparato de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la bomba (30) comprende cuatro fases de bombeo dispuestas en serie.
  15. 15.
    Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que el medio de estabilización (20, 21 , 30) comprende una válvula de seguridad (21) dispuesta en paralelo con la bomba (30).
    50 51
  16. -
    ..j
    10 11
    FIGURA 1A
    31
    FIGURA 18
    REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCiÓN
    Esta lista de referencias citadas por el solicitante es únicamente para la comodidad del lector. No forma parte del documento de la patente europea. A pesar del cuidado tenido en la recopilación de las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones y la EPO niega toda responsabilidad en este sentido.
    Documentos de patentes citados en la descripción
    •
    US 5514391 A [0006]
    •
    JP H0739320 B [0007]
    •
    EP 0141533 A [0008]
    •
    EP 0674928 A [0009]
    La traducción de la Patente Europea nO 2 667111 81 ha sido efectuada por la que suscribe, Ma Isabel Castelló Ferrer, Agente oficial de la Propiedad Industrial nO 995/4, de conformidad con el artículo
    Fdo. Ma
    Isabel Castelló Fe
ES12382192.8T 2012-05-23 2012-05-23 Aparato y método para calentar óhmicamente un líquido con partículas Active ES2644737T3 (es)

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