ES2893850T3 - Sistemas y métodos para el intercambio de calor - Google Patents

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Abstract

Un intercambiador de calor que comprende: una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire; un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición; y un sensor situado dentro de la cámara y configurado para detectar una cantidad de la primera composición dentro de la cámara, en donde la cantidad de la primera composición corresponde a un nivel de la primera composición que es de 75 % a 95 % de un altura de la cámara.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas y métodos para el intercambio de calor
Antecedentes
La presente invención se refiere en general a las tecnologías alimentarias. Más específicamente, la presente invención se refiere a un aparato de intercambio de calor, y en una realización, a un refrigerador aséptico que tiene una configuración de cámara abierta que permite el mantenimiento de un nivel de medios de enfriamiento en el refrigerador aséptico, al tiempo que evita que los medios de enfriamiento presuricen el mismo.
Los intercambiadores de calor y refrigeradores asépticos son conocidos en la industria de la alimentación y el diseño común para refrigeradores asépticos se conoce como un sistema de "alimentación y sangrado", que funciona mediante la recirculación de medios de enfriamiento a través de la carcasa del intercambiador de calor para la transferencia de calor. Los medios de enfriamiento en recirculación pueden ser combinados con medios de enfriamiento frescos y bombeados de nuevo a la carcasa del intercambiador de calor por una bomba de circulación cuando se introduzca en la carcasa del intercambiador de calor, que normalmente se inunda con medios de enfriamiento. De esta manera, la tasa de flujo continuo y rápido de los medios de enfriamiento dentro y a través de la carcasa del intercambiador de calor presuriza la cámara durante la recirculación. Esta presurización es indeseable para el procesamiento aséptico de alimentos porque una mayor presión en el lado de la carcasa del intercambiador de calor podría obligar a los medios de enfriamiento a ir al interior del lado del tubo de presión más baja del intercambiador de calor en presencia de un agujero de alfiler u otro fallo, provocando la contaminación del producto alimentario contenido en el mismo. El documento US 2003/0034146 A1 divulga un sistema y un método para detectar fallos en intercambiadores de calor de tipo placa.
Sumario
La presente invención se define por las reivindicaciones adjuntas. La presente invención se refiere a un intercambiador de calor para ser usado en el procesamiento aséptico de productos alimentarios; el intercambiador de calor tiene una configuración de cámara abierta que permite el mantenimiento de un nivel de medios de enfriamiento en el refrigerador aséptico, al tiempo que se evita que los medios de enfriamiento presuricen el mismo. En una realización, la presente invención se refiere a refrigeradores asépticos que tienen una configuración de cámara abierta que permite el mantenimiento de un nivel de medios de enfriamiento en el refrigerador aséptico, al tiempo que se evita que los medios de enfriamiento presuricen el mismo. En la presente invención, se proporciona un intercambiador de calor. El intercambiador de calor tiene una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire, un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición, y un sensor situado dentro de la cámara y configurado para mantener una cantidad predeterminada de la primera composición dentro de la cámara. La cantidad predeterminada de la primera composición corresponde a un nivel de la primera composición que es de 75 % a 95 % de una altura de la cámara.
En una realización, el nivel de la primera composición es capaz de operar dentro de un intervalo de 20 % a 95 % de la altura, sobre la base de las necesidades del proceso.
En una realización, el nivel de la primera composición es de 50 % a 95 % de la altura de la cámara. El nivel de la primera composición también puede ser de 80 % a 95 % de la altura de la cámara. El nivel de la primera composición también puede ser de 85 % a 90 % de la altura de la cámara. El nivel de la primera composición también puede ser de 80 % de la altura de la cámara. El nivel de la primera composición también puede ser de 85 % de la altura de la cámara. El nivel de la primera composición también puede ser de 90 % de la altura de la cámara.
En una realización, el aire ocupa de 5 % a 35 % de un volumen interior total de la cámara. El aire también puede ocupar de 10 % a 20 % del volumen total de la cámara. El aire también puede ocupar un 15 % del volumen total de la cámara.
En una realización, el elemento de nivel es un elemento de nivel de capacitancia. El elemento de nivel puede ser además un elemento de nivel puesto a tierra. El elemento de nivel puede ser además un dispositivo de radar. El elemento de nivel puede ser además un dispositivo de radar guiado. El elemento de nivel puede ser además un dispositivo de ultrasonidos. El elemento de nivel puede ser además un elemento de presión hidrostática. El elemento de nivel puede ser además un elemento de presión diferencial. El elemento de nivel puede ser además un elemento radiométrico.
En una realización, el intercambiador de calor es un refrigerador aséptico.
En una realización, el intercambiador de calor es un aparato de calentamiento.
En una realización, la primera composición es un refrigerante de grado alimentario seleccionado del grupo que consiste en agua, propilenglicol, etilenglicol, salmuera de sal, productos químicos a base de hidrocarburos sintéticos de la familia de polialfaolefinas, refrigerante de extractos vegetales o combinaciones de los mismos.
En una realización, la primera composición es un refrigerante de grado alimentario que es propilenglicol.
En una realización, la primera composición es un refrigerante de grado alimentario que es etilenglicol.
En una realización, la segunda composición es un producto alimentario. La segunda composición puede incluir partículas. La segunda composición puede estar sin partículas. La segunda composición puede ser sustancialmente homogénea. La segunda composición puede ser heterogénea.
En una realización, la cámara tiene un extremo superior y un extremo inferior. El extremo superior de la cámara puede tener una salida de segunda composición y una entrada de primera composición. Del mismo modo, el extremo inferior de la cámara comprende una entrada de segunda composición y una salida de primera composición. La cámara también puede tener una salida de aire.
En una realización, el tubo tiene una forma que se selecciona del grupo que consiste en lineal, helicoidal, serpentina, o combinaciones de las mismas.
Se proporciona un intercambiador de calor. El intercambiador de calor incluye una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire, un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición, y un sensor situado dentro de la cámara y configurado para detectar una cantidad de la primera composición dentro de la cámara. La cantidad de la primera composición puede corresponder a un nivel de la primera composición que sea de aproximadamente 75 % a aproximadamente 95 % de una altura de la cámara.
En una realización, el sensor detecta una cantidad de presión dentro de la cámara.
En una realización, el sensor detecta una cantidad de presión de la primera composición medida en el lugar donde la presión de la primera composición está en su valor más alto y la presión de la segunda composición medida en el lugar donde la presión de la segunda composición está en su valor más bajo.
En una realización, una pluralidad de sensores detecta una presión diferencial. Esta presión diferencial puede estar entre el ambiente exterior y una primera cámara. Además, la presión diferencial es una entre la primera cámara y una segunda cámara.
En una realización, se proporciona un segundo sensor que está configurado para detectar una cantidad de presión dentro de la cámara.
En la presente invención, un sistema de procesamiento aséptico de alimentos incluye un aparato de calentamiento, un aparato de contención y un aparato de enfriamiento que tiene una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire, un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición, y un sensor situado dentro de la cámara y configurado para mantener una cantidad predeterminada de la primera composición dentro de la cámara. La cantidad predeterminada de la primera composición corresponde a un nivel de la primera composición que es de 75 % a 95 % de una altura de la cámara.
En una realización, el sistema de procesamiento aséptico de alimentos incluye además un aparato de precalentamiento.
En una realización, el sistema de procesamiento aséptico de alimentos incluye además un aparato de preenfriamiento. En una realización, el sistema es un sistema cerrado.
En una realización, el sistema de procesamiento aséptico de alimentos incluye además un sensor de temperatura. El sensor de temperatura puede ser un termómetro.
En una realización, el sistema de procesamiento aséptico de alimentos incluye además una bomba configurada para hacer circular la primera composición.
En una realización, el sistema de procesamiento aséptico de alimentos incluye además una salida de aire en la cámara. En la presente invención, se proporciona un sistema de procesamiento aséptico de alimentos. El sistema incluye un aparato de calentamiento, un aparato de contención y un dispositivo de enfriamiento que tiene una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire, un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición y un sensor situado dentro de la cámara y configurado para detectar una cantidad de la primera composición dentro de la cámara. La cantidad de la primera composición corresponde a un nivel de la primera composición que es de 75 % a 95 % de una altura de la cámara.
En otra realización, se proporciona un método de producción de un producto alimentario aséptico. El método incluye calentar una composición de alimento en un aparato de calentamiento hasta una temperatura predeterminada, contener la composición en un aparato de contención durante una cantidad predeterminada de tiempo, y enfriar la composición en un dispositivo de enfriamiento que tiene una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire, un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición y un elemento de nivel situado dentro de la cámara y configurado para mantener una cantidad predeterminada de la primera composición dentro de la cámara. La cantidad predeterminada de la primera composición puede corresponder a un nivel de la primera composición que sea de aproximadamente 75 % a aproximadamente 95 % de una altura de la cámara.
En una realización, el método incluye además hacer circular la primera composición a través de la cámara. Al menos una porción de la primera composición también puede ser recirculada a través de la cámara.
En la presente invención, se proporciona un método de producción de un producto alimentario aséptico. El método incluye calentar una composición en un aparato de calentamiento hasta una temperatura capaz de matar todos los microorganismos patógenos en la composición, contener la composición en un aparato de contención durante una cantidad predeterminada de tiempo y enfriar la composición en un dispositivo de enfriamiento que tiene una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire, un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición, y un sensor situado dentro de la cámara y configurado para detectar una cantidad de la primera composición dentro de la cámara. La cantidad de la primera composición puede corresponder a un nivel de la primera composición que es de 75 % a 95 % de una altura de la cámara.
Una ventaja de la presente invención es proporcionar un refrigerador aséptico mejorado.
Otra ventaja de la presente invención es proporcionar intercambiadores de calor mejorados.
Otra ventaja más de la presente invención es proporcionar sistemas mejorados para la producción de productos alimentarios asépticos.
Todavía otra ventaja de la presente invención es proporcionar métodos mejorados para la fabricación de productos alimentarios asépticos.
Otra ventaja de la presente invención es proporcionar métodos mejorados para el enfriamiento de productos alimentarios que tienen partículas asépticas.
Otra ventaja de la presente invención es proporcionar métodos mejorados para el enfriamiento de productos alimentarios asépticos sin partículas.
Otra ventaja más de la presente invención es proporcionar métodos mejorados para el mantenimiento de una cantidad de líquido refrigerante en un refrigerador aséptico.
Todavía otra ventaja de la presente invención es proporcionar métodos mejorados para monitorear un nivel de medios de enfriamiento en un refrigerador aséptico.
Las características y ventajas adicionales se describen en este documento, y serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y las figuras.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 es una representación esquemática de un sistema de procesamiento aséptico de alimentos.
La figura 2a y la figura 2b muestran refrigeradores asépticos de la técnica anterior.
La figura 3 muestra un refrigerador aséptico y sistema de enfriamiento de la técnica anterior.
La figura 4 muestra un refrigerador aséptico y sistema de enfriamiento de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
Descripción detallada
La presente divulgación se refiere en general a un intercambiador de calor que tiene una configuración de cámara abierta. Específicamente, la presente divulgación está dirigida a un refrigerador aséptico que tiene una configuración de cámara abierta y que incluye un dispositivo de detección de nivel que está configurado para mantener un nivel de medios de enfriamiento en el refrigerador aséptico, al tiempo que evita que los medios de enfriamiento presuricen el mismo. La configuración de cámara abierta proporciona una ruptura de aire en una parte superior del refrigerador aséptico que asegura que los medios de enfriamiento que entren en el refrigerador aséptico estén a, o cerca de, la presión atmosférica. Los beneficios y ventajas adicionales de la presente invención se discutirán más adelante.
Deben usarse ambientes asépticos para productos alimentarios comerciales que incluyen tanto partículas sólidas como líquidos que se venden a través de tiendas minoristas. Los ejemplos de productos alimentarios que deben ser procesados en ambientes asépticos incluyen, pero no se limitan a, productos lácteos tales como leche entera, leche descremada, crema, leche con sabor, helado, yogur, etc. Los productos de frutas, tales como, por ejemplo, jugo de naranja, jugo de toronja, juego de manzana y otros jugos de frutas también pueden requerir procesamiento aséptico, así como algunas salsas, incluyendo, pero no limitadas a salsas a base de crema (por ejemplo, salsa Alfredo, salsa bechamel, etc.). El procesamiento aséptico también puede ser necesario para productos alimentarios que incluyan partículas. Estos tipos de productos alimentarios pueden incluir productos tipo postre tales como, por ejemplo, moras azules en un puré de manzana, fresas en un puré de plátano o partículas de fruta en un yogur. Los alimentos asépticos con partículas también pueden incluir productos tipo comida, tales como, por ejemplo, zanahorias, pasta o albóndigas en una base amilácea.
En general, el procesamiento aséptico de alimentos se lleva a cabo en cuatro etapas básicas que incluyen calentamiento, mantenimiento, enfriamiento y envasado. Un procesamiento aséptico de alimentos más complejo también puede incluir etapas de precalentamiento y preenfriamiento, dependiendo de la configuración de los dispositivos de calentamiento y enfriamiento, respectivamente. Un diagrama esquemático de un sistema 10 de procesamiento aséptico de alimentos básico se muestra en la figura 1, que incluye una sección de precalentamiento 12, una sección de calentamiento 14, una sección de retención 16, una sección de preenfriamiento 18 y una sección de enfriamiento 20. Desde la sección de enfriamiento 20, el producto alimentario es típicamente enviado a una sección de envasado 22. Para evitar la contaminación de fuentes externas durante el procesamiento de alimentos, el sistema es un sistema cerrado. Cada una de las secciones del sistema 10 incluye aparatos capaces de alcanzar los objetivos de la sección de procesamiento respectiva. Por ejemplo, la sección de calentamiento 14 puede tener un aparato de calentamiento o un intercambiador de calor para calentar el producto hasta una temperatura deseada. Del mismo modo, la sección de enfriamiento 20 puede tener un aparato de enfriamiento o un intercambiador de calor para enfriar el producto hasta una temperatura deseada.
La etapa de precalentamiento puede ser simplemente una segunda etapa de calentamiento que puede ser requerida para alcanzar una temperatura deseada del producto alimentario. La necesidad de una etapa de precalentamiento puede depender de la configuración de los aparatos en la sección de calentamiento. Por ejemplo, si el aparato usado en la sección de calentamiento es demasiado largo como para que el producto alimentario no sea calentado adecuadamente (por ejemplo, demasiado caliente o demasiado frío), el aparato puede ser reemplazado con un aparato que sea más corto y un aparato de precalentamiento puede ser añadido al sistema. A este respecto, un aparato de precalentamiento puede servir como un primero de dos aparatos de calentamiento en el sistema.
Durante la etapa de calentamiento, la temperatura del producto alimentario se eleva hasta una temperatura que es lo suficientemente alta como para matar los microorganismos indeseables que puedan estar presentes en el producto alimentario. El producto alimentario se mantiene a esta temperatura durante una cantidad de tiempo que es suficiente para destruir o eliminar los microorganismos indeseables. El calentamiento se puede conseguir poniendo en contacto directamente el producto alimentario con una fuente de calor (por ejemplo, inyección directa de vapor), o indirectamente al conducir calor a través de una superficie que haga contacto con el producto alimentario. En un ejemplo, el producto alimentario puede ser calentado hasta una temperatura de aproximadamente 93 a aproximadamente 149 °C y se puede calentar a esta temperatura durante cualquier parte de aproximadamente 5 segundos a aproximadamente 10 minutos, dependiendo del tamaño y la configuración de los aparatos usados para calentar el producto alimentario. El producto alimentario puede ser calentado usando procesos intermitentes o mediante procesos continuos, que pueden incluir el uso de un intercambiador de calor, como se mencionó anteriormente. Con un intercambiador de calor, los volúmenes específicos de un producto alimentario se mueven continuamente más allá o a través de un medio calentado, que transfiere calor desde el medio de calentamiento hasta el producto alimentario para destruir o eliminar los microorganismos indeseables. Hay varios tipos diferentes de intercambiadores de calor, algunos de los cuales se describirán a continuación.
El proceso de retención se usa para mantener el producto alimentario a una temperatura elevada durante un período de tiempo deseado. La temperatura del proceso de retención es normalmente similar a la temperatura de la sección de calentamiento, con ligeras variaciones posibles (por ejemplo, la temperatura de retención puede ser ligeramente menor que la temperatura de calentamiento). Del mismo modo, el tiempo de permanencia en la sección de retención puede ser similar al tiempo de permanencia en la sección de calentamiento. Típicamente, los tiempos de retención son bastante complejos de determinar y pueden depender de varios factores incluyendo, pero no limitados a velocidades de flujo de producto, curvas de calentamiento/enfriamiento de producto, patrones de flujo de productos alimentarios, etc. Una combinación de los procesos de calentamiento y retención se selecciona para lograr un nivel deseado de eliminación microbiana. De hecho, la mayor parte del tratamiento térmico de un producto alimentario aséptico se logra en el proceso de retención. Al término de la etapa de retención, el producto alimentario se considera que es estéril.
La etapa de preenfriamiento puede ser simplemente una segunda etapa de enfriamiento que puede ser requerida para alcanzar una temperatura deseada del producto alimentario. La necesidad de una etapa de preenfriamiento puede ser similar a la de una etapa de precalentamiento y puede depender de la configuración de los aparatos en la sección de enfriamiento. Por ejemplo, si el aparato usado en la sección de enfriamiento es demasiado largo como para que el producto alimentario no se enfríe correctamente (por ejemplo, demasiado caliente o demasiado frío), el aparato puede ser sustituido por un aparato que sea más corto y un aparato de preenfriamiento puede ser añadido al sistema. A este respecto, un aparato de preenfriamiento puede servir como un primero de dos aparatos de enfriamiento en el sistema. Las secciones de preenfriamiento y de enfriamiento de un sistema de procesamiento aséptico de alimentos pueden usar refrigerantes de grado alimentario incluyendo, pero no limitados a, propilenglicol, agua, etilenglicol, salmuera de sal, productos químicos a base de hidrocarburos sintéticos de la familia de las polialfaolefinas, y refrigerante de extractos vegetales refinado, o combinaciones de los mismos.
La etapa de enfriamiento es típicamente la etapa de procesamiento final antes de que se envase el producto alimentario aséptico. La etapa de enfriamiento evita la degradación organoléptica innecesaria debido al calentamiento después de que se ha alcanzado un nivel deseado de eliminación microbiana. El enfriamiento puede llevarse a cabo en un número de diferentes procesos, que incluyen, pero no se limitan a, la disipación de calor a través de la sección de retención, o enfriamiento, o el uso de refrigerantes de temperatura más baja. En una realización, el producto alimentario se enfría típicamente hasta una temperatura que es inferior a 38 °C durante el enfriamiento. Típicamente, el producto se enfría hasta una temperatura de aproximadamente 27 °C. Enfriar rápidamente un producto alimentario termina el tratamiento térmico, lo que puede ralentizar o detener cualquier alteración de las propiedades organolépticas o la eliminación de los microorganismos. Alternativamente, el enfriamiento lento permite, por un período de tiempo más largo, continuar con la eliminación de microorganismos, lo que también, por desgracia, se traduce en el aumento de los niveles de desnaturalización molecular o pérdida de las propiedades organolépticas. El procesamiento aséptico de alimentos emplea típicamente procesos de calentamiento rápido y enfriamiento rápido. El producto alimentario normalmente reside en un dispositivo de enfriamiento durante un período de tiempo de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 5 minutos, dependiendo del tamaño y la configuración del dispositivo de enfriamiento. En una realización, el producto alimentario reside en un dispositivo de enfriamiento durante aproximadamente 3 minutos.
Después de que el producto alimentario se ha enfriado suficientemente, el producto pasa a una sección de envasado aséptico. El envasado aséptico requiere el uso de recipientes esterilizados, llenado de los envases esterilizados bajo condiciones estériles, y el sellado hermético de los envases asépticos. Se sabe generalmente que el uso de este tipo de envases asépticos extiende la vida útil de un producto alimentario, lo cual es una medida conveniente y de ahorro de costos para las empresas que anteriormente tenían que tirar productos alimentarios caducados o no vendidos de las estanterías de venta al por menor.
Como se mencionó anteriormente, los sistemas de procesamiento aséptico de alimentos pueden incluir el uso de intercambiadores de calor. Los intercambiadores de calor pueden usarse durante cualquier etapa en el procesamiento de alimentos tal como, por ejemplo, precalentamiento, calentamiento, retención, preenfriamiento, o enfriamiento. Hay varios tipos diferentes de intercambiadores de calor que pueden ser usados en estos tipos de
Un segundo tipo de intercambiador de calor es un intercambiador de calor de superficie raspada, que tiene cuchillas que raspan las superficies calientes con el fin de eliminar el producto y evitar la exposición prolongada al calor. El lado del producto se raspa por las cuchillas unidas a un eje o armazón móvil, y las cuchillas se hacen típicamente de un material plástico rígido para evitar daños a la superficie raspada. Hay básicamente tres tipos de intercambiadores de calor de superficie raspada, dependiendo de la disposición de las cuchillas. El primer tipo es giratorio y tubular, donde el eje se coloca paralelo al eje del tubo, no necesariamente coincidente, y gira a varias frecuencias. El segundo tipo es de movimiento alternativo y tubular, en donde el eje es concéntrico al tubo y se mueve longitudinalmente sin girar. El tercer tipo es de placa y giratorio, en donde las cuchillas limpian la superficie externa de placas circulares dispuestas en serie dentro de una carcasa. El fluido de calentamiento/enfriamiento corre dentro de las placas. Otros tipos de intercambiadores de calor incluyen, por ejemplo, de rueda adiabática, aleta de placa, placa de almohada, fluido, unidades de recuperación de calor de desecho, de cambio de fase, y el más común de los intercambiadores de calor: el intercambiador de calor de carcasa y tubo.
Un intercambiador de calor de carcasa y tubo incluye un conjunto de tubos en un recipiente llamado carcasa o cámara. El fluido que fluye dentro de los tubos (por ejemplo, un producto alimentario) se llama fluido del lado del tubo, mientras que el fluido que fluye en el exterior de los tubos (por ejemplo, medios de calentamiento o enfriamiento) se llama fluido del lado de la carcasa. Los tubos proporcionan la superficie de transferencia de calor entre el fluido del lado del tubo y el fluido del lado de la carcasa. Los tubos pueden ser sin juntas o soldados y por lo general son fabricados de aleaciones de cobre o acero. También se pueden usar otras aleaciones de níquel, titanio o aluminio. Los tubos también pueden tener cualquier forma o configuración conocida en la técnica. Por ejemplo, los tubos pueden tener una forma que sea lineal, helicoidal (por ejemplo, en espiral), serpentina o combinaciones de las mismas.
Los tubos se mantienen generalmente en su lugar al ser insertados en los agujeros de una placa de tubos, que es típicamente una sola placa redonda de metal. Las placas de tubos sirven no solo para mantener los tubos en su lugar dentro de la carcasa, sino también para separar el fluido del lado del tubo del fluido del lado de la carcasa de manera estanca. Además de los requisitos mecánicos de la placa de tubos, la placa de tubos también debe ser capaz de resistir el ataque corrosivo por ambos fluidos en el intercambiador de calor y también debe ser compatible electroquímicamente con el tubo y los fluidos del lado del tubo. Las placas de tubos pueden ser hechas, por ejemplo, de acero bajo en carbono con una capa delgada de aleación resistente a la corrosión unida metalúrgicamente a un lado.
La carcasa, o cámara, del intercambiador de calor es simplemente un contenedor para los tubos y el fluido del lado de la carcasa. La carcasa tiene típicamente una forma cilíndrica con una sección transversal circular, pero el experto en la materia apreciará que la carcasa puede tener cualquier tamaño y forma conocidos en la técnica, siempre y cuando la carcasa sea capaz de contener el tubo y fluido del lado de la carcasa. Las carcasas se hacen comúnmente laminando una placa metálica en forma de cilindro, y se forman típicamente a partir de acero de bajo carbono, aunque otras aleaciones pueden ser y se usan cuando se requiera satisfacer exigencias de resistencia a la corrosión o altas temperaturas.
Además, se pueden insertar deflectores en la carcasa y pueden tener al menos dos funciones. En primer lugar, los deflectores pueden soportar los tubos en la posición correcta durante el montaje y operación, y evitar la vibración de los tubos durante el funcionamiento. En segundo lugar, los deflectores pueden guiar el fluido del lado de la carcasa de ida y vuelta a través de los tubos mientras el fluido del lado de la carcasa se mueve desde una entrada de fluido del lado de la carcasa de la carcasa hasta una salida de fluido del lado de la carcasa de la carcasa. Este mecanismo de guía ayuda a aumentar la velocidad y el coeficiente de transferencia de calor del sistema.
Además de los tubos, placas de tubos, carcasas y deflectores, los intercambiadores de calor también pueden incluir canales y boquillas del lado del tubo para controlar el flujo del fluido del lado del tubo dentro y fuera de los tubos, cubiertas de canal que se empernen a bridas de canal, y divisores de paso para intercambiadores de calor que tengan dos pasos del lado del tubo.
Como la mayoría de los dispositivos expuestos a altas velocidades de flujo y altas tensiones mecánicas, los intercambiadores de calor son susceptibles a fallos y, como resultado, la contaminación del producto alimentario contenido en los mismos. De hecho, incluso un agujero pequeño en la pared de los tubos puede causar la contaminación de una gran parte del producto alimentario que se procese. Cualquier incumplimiento de un proceso programado para el proceso alimentario o sistema de envasado antes descritos podría significar que el producto afectado deba ser destruido, reprocesado o segregado y retenido para una evaluación adicional. La pérdida de la esterilidad durante la producción puede causar tiempos de parada de una duración de unas pocas horas a unos pocos días de longitud.
La entrada de microorganismos en el producto alimentario puede ocurrir en refrigeradores de producto, aparatos de regulación asépticos, válvulas de desviación de flujo, homogeneizadores, bombas asépticas, o cualquier otro equipo que se encuentre corriente abajo de la sección de retención. Sin embargo, la contaminación se produce normalmente en las paredes de los tubos durante el preenfriamiento o enfriamiento del producto alimentario. En este sentido, pueden surgir puntos de debilidad en las paredes de los tubos por varias razones incluyendo, pero no limitadas a, corrosión, erosión, o estrés mecánico/material. Por ejemplo, los intercambiadores de calor típicos pueden tener varias porciones de los tubos interiores que estén soldadas a la carcasa exterior. En los extremos de los tubos, el fluido del lado del tubo puede ser separado del fluido del lado de la carcasa por las láminas de tubos. La soldadura puede poner tensión en los tubos cuando los tubos se expandan debido a la introducción de un producto alimentario caliente y tratado térmicamente. Esta expansión puede provocar un fallo de la soldadura y una posible fuga de los medios de enfriamiento dentro el producto alimentario llevado dentro de los tubos.
En los sistemas de procesamiento aséptico de alimentos, una manera de combatir la contaminación del producto es la de mantener una diferencia de presión entre el fluido del lado del tubo y el fluido del lado de la carcasa. De hecho, en los Estados Unidos, la Administración de Fármacos y Alimentos ("FDA") requiere un mecanismo para monitorear y garantizar una mayor presión en el lado del producto de un intercambiador de calor aséptica que en el lado de los medios de enfriamiento. Esta diferencia de presión sirve al menos para dos propósitos. En primer lugar, los tubos del intercambiador de calor generalmente se pueden hacer para resistir presiones más altas que la carcasa del intercambiador de calor por un costo mucho menor. En segundo lugar, el diferencial de presión evita que cualquier fluido del lado de la carcasa (por ejemplo, medios de enfriamiento) entre en el tubo de producto en caso de una fuga en el tubo. En este sentido, cualquier agujero o fuga que pudiera ocurrir en las paredes del tubo permitiría que las fugas del fluido del lado del tubo (por ejemplo, producto alimentario) fueran en la dirección del fluido del lado del tubo al fluido del lado de la carcasa, evitando de este modo contaminación del producto alimentario por los medios de calentamiento/enfriamiento.
Por consiguiente, el mantenimiento de baja presión en un lado de alto flujo de fluido de carcasa es un reto debido a que muchos sistemas se basan en válvulas de contrapresión de producto para aumentar la presión en el lado de fluido del tubo hasta un nivel que supere la presión en el lado de fluido de la carcasa. Se recomienda el uso de válvulas de contrapresión cuando se corre agua como el fluido del lado del tubo, pero es difícil de controlar cuando se corre un producto alimentario como el fluido del lado del tubo. Además, las válvulas de contrapresión pueden desafiar las capacidades del sistema porque un aumento de la presión en un refrigerador aséptico se traduce directamente en mayores presiones en los puntos de procesamiento corriente arriba.
Para fines de ilustración de cómo funciona un intercambiador de calor de carcasa y tubo, la figura 2a muestra un intercambiador de calor de carcasa y tubo 24 común de la técnica anterior. Aunque el intercambiador de calor 24 ilustrado puede ser usado en cualquier etapa en un sistema de procesamiento aséptico de alimentos, como se ha mencionado brevemente más arriba (por ejemplo, para transferir calor a un producto alimentario como en un proceso de esterilización), el resto de la presente invención se referirá al intercambiador de calor como un refrigerador aséptico en el que la carcasa contiene un refrigerante o medio de enfriamiento y se usa en una sección de enfriamiento de un proceso aséptico de alimentos.
Como se muestra en la figura 2a, los medios de enfriamiento pueden entrar en la carcasa 26 a través de una entrada de fluido de carcasa 28 en una parte superior de la carcasa 26, atravesar el exterior de los tubos 30 (por ejemplo, las bobinas) y el interior de la carcasa 26, y salir de la carcasa 26 en la salida de fluido de carcasa 32 en una parte inferior de la carcasa 26. De una manera similar, el producto alimentario esterilizado puede entrar en los tubos 30 a través de una entrada de tubo de fluido 34 en la porción inferior de la carcasa 26, atravesar el interior de los tubos 30 y salir de los tubos 30 en una salida de tubo de fluido 36 en una parte superior de la carcasa 26.
La figura 2b muestra otro intercambiador de calor de carcasa y tubo 124 común de la técnica anterior. Aunque el intercambiador de calor 124 ilustrado puede ser usado en cualquier etapa de un sistema de procesamiento aséptico de alimentos, como se ha mencionado brevemente más arriba (por ejemplo, para transferir calor a un producto alimentario como en un proceso de esterilización), el resto de la presente invención se referirá al intercambiador de calor como un refrigerador aséptico en el que la carcasa contiene un refrigerante o medio de enfriamiento y se usa en una sección de enfriamiento de un proceso aséptico de alimentos.
Como se muestra en la figura 2b, los medios de enfriamiento pueden entrar en la carcasa 126 a través de una entrada de fluido de carcasa 128 en una parte superior de la carcasa 126, atravesar el exterior de los tubos 130 y el interior de la carcasa 126, y salir de la carcasa 126 en la salida de fluido de carcasa 132 en una porción inferior de la carcasa 26. De una manera similar, el producto alimentario esterilizado puede entrar en los tubos 130 a través de una entrada de tubo de fluido 134 en la porción inferior de la carcasa 126, atravesar el interior de los tubos 130 y salir de los tubos 130 en una salida de tubo de fluido 136 en una parte superior de la carcasa 126.
Los refrigeradores tubulares asépticos de la técnica anterior típicamente han sido usados en sistemas asépticos comúnmente conocidos como "sistemas de alimentación y sangrado", un ejemplo de los cuales se ilustra como sistema 38 en la figura 3. Estos tipos de sistemas funcionan mediante la recirculación de medios de enfriamiento a través de la carcasa para la transferencia de calor. Por ejemplo, en estos sistemas, una bomba centrífuga 40 se coloca normalmente cerca del intercambiador de calor 42, con el lado de succión saliendo de la parte inferior y descargando desde la parte superior. Dicha recirculación presuriza los medios sobre el lado de la carcasa después de que la salida de aire 46 descargue todo el aire contenido en el lado de la carcasa antes de la operación.
El sistema 38 incluye además un dispositivo de detección de temperatura 48 para detectar una temperatura de un producto de salida. Cuando la temperatura de salida del producto es mayor que el punto fijo deseado, algunos de los medios de enfriamiento circulantes sangran al exterior hacia la línea de retorno de medios de enfriamiento mediante el uso de una válvula de control automática 50. La cantidad de medios de enfriamiento que se desangró del lado de la carcasa se sustituye inmediatamente con medios de enfriamiento fríos suministrados desde la línea de suministro de medios de enfriamiento. En los sistemas de recirculación, todos o algunos de los medios circulantes pueden ser sangrados al exterior hacia la línea de retorno de medios de enfriamiento. Del mismo modo, algunos o todos los medios circulantes pueden ser sangrados fuera del sistema completamente. Las trayectorias de recirculación son controladas además por la válvula de retención 52 y válvulas 54, 56. El inconveniente de este diseño es que la bomba 40 presuriza la carcasa 44 durante la recirculación de los medios de enfriamiento, lo que inunda la carcasa 44.
Para evitar los inconvenientes y desventajas de los sistemas de la técnica anterior, la presente invención proporciona refrigeradores asépticos y sistemas que incluyen los mismos que tienen una configuración de cámara abierta con un dispositivo para determinar la cantidad de fluido de carcasa (por ejemplo, refrigerante o medios de enfriamiento) dentro del refrigerador. Los refrigeradores asépticos de la presente invención pueden ser intercambiadores de calor y pueden ser usados en la sección de enfriamiento de un sistema de procesamiento aséptico de alimentos. La ventaja de tal sistema es que funciona en una premisa de cámara abierta, donde se usa un dispositivo de medición de líquido para mantener suficientes medios de enfriamiento en la cámara, mientras que al mismo tiempo se evita la presurización de la carcasa, o cámara, debido a, al menos en parte, las inundaciones del fluido de la carcasa con medios de enfriamiento. En los sistemas de la presente invención, el nivel de medios de enfriamiento en la carcasa del intercambiador de calor se mantiene cerca de la parte superior de la carcasa, pero existe una ruptura de aire entre la salida de los medios de enfriamiento en la parte superior de la carcasa y el nivel de los medios de enfriamiento en la carcasa. Esta ruptura de aire asegura que la presión de los medios de enfriamiento que entran en la carcasa está en, o cerca de, la presión atmosférica. En este sentido, los medios de enfriamiento se introducen en aire a presión atmosférica en la parte superior de la carcasa, en lugar de introducir los medios de enfriamiento en una carcasa inundada con medios de enfriamiento, lo que crea presión dentro de la carcasa.
Además, la presión de los medios de enfriamiento a la salida de medios de enfriamiento del intercambiador de calor se mantiene a presión atmosférica, o incluso menor dependiendo de la velocidad de la bomba centrífuga que hace recircular los medios de enfriamiento. De esta manera, la cantidad máxima de presión ejercida por los medios de enfriamiento en la carcasa es igual a, o menor que, la presión de altura de cabeza de los medios de enfriamiento, que es mucho menor que la presión ejercida por los medios de enfriamiento en una carcasa inundada con medios de enfriamiento. En general, esta disposición asegura que la diferencia de presión entre el fluido del tubo (por ejemplo, producto alimentario aséptico) y el fluido de la carcasa (por ejemplo, medios de enfriamiento) se maximice en las partes superior e inferior del intercambiador de calor.
Por ejemplo, la figura 4 ilustra un sistema 58 de la presente invención que incluye un intercambiador de calor 60 que tiene una carcasa 62 y tubo 64. El sistema 58 incluye además una bomba 66, ventilación de aire 68, dispositivo sensor de temperatura 70, válvulas 72, 74 y dispositivo de medición de líquido 76 situados en un interior de la carcasa 62. En funcionamiento, los medios de enfriamiento se introducen en el sistema 58 a través de la válvula de dos vías 74, que transporta los medios de enfriamiento a una entrada de medios de enfriamiento 78. Al mismo tiempo, o casi al mismo tiempo, el producto alimentario aséptico se introduce en el sistema 58 a través de una entrada de producto 80 de la carcasa 62. Los medios de enfriamiento se desplazan hacia abajo a través de carcasa 62 hacia la salida de medios de enfriamiento 82 y se retiran de la carcasa 62 por la succión de la bomba 66. En contraste, el producto alimentario aséptico viaja en una dirección ascendente a través del tubo 64 hacia la salida de producto 84 de la carcasa 62. Este flujo en contracorriente de los medios de enfriamiento y el producto alimentario aséptico es más eficiente que, por ejemplo, un flujo paralelo de los medios de enfriamiento y el producto alimentario aséptico debido a que el flujo en contracorriente transfiere más calor del producto alimentario aséptico a los medios de enfriamiento.
Mientras los medios de enfriamiento y el flujo de producto alimentario aséptico fluyen a través del intercambiador de calor 62, la temperatura de los medios de enfriamiento aumentará debido a la transferencia de calor entre los dos fluidos. Cuando la transferencia de calor comienza a disminuir hasta el punto de que la temperatura de salida del producto, tal como se mide por el dispositivo sensor de temperatura 70, es más alta que una temperatura predeterminada, el dispositivo sensor de temperatura 70 se puede comunicar con un controlador lógico programable para abrir la válvula de dos vías 74 para permitir ciertos medios de enfriamiento frescos dentro del sistema 58.
Al ser introducidos los medios de enfriamiento frescos en la carcasa 62 a través de la entrada de medios de enfriamiento 78, el nivel de los medios de enfriamiento en la carcasa 62 comenzará a aumentar. Este aumento en el nivel de los medios de enfriamiento se detecta por el dispositivo de medición de nivel 76, que se encuentra en un interior de la carcasa 62. El experto en la materia reconocerá varios tipos diferentes de dispositivos de medición de nivel que pueden usarse en la presente invención. En una realización, el dispositivo de medición de nivel 76 es un sensor de nivel de capacitancia que puede ser usado para la medición continua de nivel de los medios de enfriamiento. El sensor de nivel de capacitancia puede ser un sensor de capacitancia en forma de varilla que detecte un cambio en la capacitancia debido a un cambio en el nivel de un líquido al que esté expuesto el sensor de nivel de capacitancia. El sensor de nivel de capacitancia puede proyectarse hacia abajo desde una pared superior interior de la carcasa 62 y se puede extender dentro de la carcasa 62 por una distancia que sea un porcentaje de la altura de la carcasa 62, midiendo desde una pared superior de la carcasa 62 y hacia abajo, y en donde una pared inferior de la carcasa 62 tiene 100 % de la altura de la carcasa. Por ejemplo, el sensor de nivel puede extenderse hacia abajo dentro de la carcasa 62 a una distancia que sea de aproximadamente 15 % a aproximadamente 90 % de la altura de la carcasa 62. El sensor de nivel también puede extenderse hacia abajo dentro de la carcasa 62 a una distancia que sea de aproximadamente 20 % a aproximadamente 80 % la altura de la carcasa 62. En una realización, el sensor de nivel puede extenderse hacia abajo dentro de la carcasa 62 a una distancia que sea aproximadamente 50 % de la altura de la carcasa 62. El experto en la técnica apreciará que la distancia deseada a la que el sensor de nivel se extienda dentro de la carcasa 62 determinará cómo de largo será el sensor de nivel.
En realizaciones que usan un sensor de nivel de capacitancia, el sensor de nivel de capacitancia puede incluir un tubo de tierra que rodee sustancialmente el sensor de nivel de capacitancia. El tubo de tierra puede servir por lo menos dos propósitos. En primer lugar, el tubo de tierra puede servir para conectar a tierra el sensor de nivel de capacitancia cuando el sensor de nivel de capacitancia se use con recipientes que no conduzcan electricidad (por ejemplo, recipientes de plástico). En segundo lugar, el tubo de tierra puede actuar como una funda protectora para rodear el sensor de nivel de capacitancia, permitiendo al mismo tiempo que los medios de enfriamiento ocupen el espacio entre el sensor de nivel de capacitancia y el tubo de tierra circundante. De esta manera, el tubo de tierra protege el sensor de nivel de capacitancia de la exposición a salpicaduras de medios de enfriamiento que resulten de flujo turbulento dentro de la carcasa 62, y que puede dar lugar a falsas lecturas de los niveles de medios de enfriamiento en la carcasa 62.
En funcionamiento, el sensor de nivel de capacitancia se coloca en la carcasa 62 y se calibra para comunicarse con un controlador lógico programable cuando el nivel de los medios de enfriamiento dentro de la carcasa 62 se eleve hasta un nivel predeterminado, que también corresponda a una cantidad de ruptura de aire deseada en la carcasa 62. Por ejemplo, si el nivel deseado de medios de enfriamiento en la carcasa 62 está a un nivel que es aproximadamente 95 % de una altura de la carcasa 62, medido desde la parte inferior de la carcasa 62, ese nivel puede corresponder a una ubicación que sea aproximadamente 60 % de una longitud de sensor de nivel de capacitancia, medida desde la punta más inferior del sensor. Este nivel también puede corresponder a un volumen deseado de aire dentro de la carcasa 62. Por ejemplo, los tubos 64 ocupan un porcentaje del volumen total dentro de la carcasa 62. Si el medio de enfriamiento ocupa un volumen de carcasa 62 que corresponda a un nivel que sea aproximadamente 95 % de una altura de la carcasa 62, un volumen finito del interior de la carcasa 62 se deja para que lo ocupe el aire. En una realización, el aire ocupa de aproximadamente 5 % a aproximadamente 35 % del volumen total de un interior de la carcasa 62. En otra realización, el aire ocupa de aproximadamente 10 % a aproximadamente 20 % del volumen total de un interior de la carcasa 62. En todavía otra realización, el aire ocupa alrededor de 15 % del volumen total de un interior de la carcasa 62.
Cuando el nivel de los medios de enfriamiento en la carcasa 62 se eleva a 95 % de la altura de la carcasa 62, que corresponde a 60 % de una longitud de sensor de nivel de capacitancia, el sensor de nivel de capacitancia cooperará con la válvula de tres vías 72 a través de un controlador lógico programable para desviar una porción de la salida de los medios de enfriamiento de la carcasa 62 a una trayectoria de salida de medios de enfriamiento 86 en lugar de una trayectoria de recirculación 88 que conduzca de nuevo a la carcasa 62. Tal desviación bajará el nivel de medios de enfriamiento en la carcasa 62. Cuando el nivel de los medios de enfriamiento en la carcasa 62 alcanza un nivel aceptable, el sensor puede cooperar con la válvula de tres vías 72 a través de un controlador lógico programable para desviar una porción de la salida de los medios de enfriamiento de la carcasa 62 a la trayectoria de recirculación 88 que conduzca de nuevo a la carcasa 62, en lugar de la trayectoria de salida de medios de enfriamiento 86 que expulsa medios de enfriamiento del sistema 58.
En otra realización, el sensor de nivel es un sensor de radar. En otra realización, el sensor de nivel es un sensor de radar guiado. En otra realización, el sensor de nivel es un sensor ultrasónico. En otra realización, el sensor de nivel es un elemento de presión hidrostática. En otra realización, el sensor de nivel es un elemento de presión diferencial, en una realización, la presión de la primera composición se mide en una ubicación en la que la presión de la primera composición en su valor más alto y la presión de la segunda composición se mide en la ubicación donde la presión de la segunda composición está en su valor más bajo. En otra realización, el sensor de nivel es un sensor radiométrico. El experto en la materia apreciará inmediatamente que más de un tipo de sensor de nivel puede ser usado.
El experto en la materia apreciará inmediatamente que la cantidad deseada de ruptura de aire en la parte superior interior de la carcasa 62 determinará el nivel predeterminado de medios de enfriamiento necesario para activar la válvula de tres vías 72. Por ejemplo, un nivel predeterminado de medios de enfriamiento puede corresponder a una distancia que sea aproximadamente 50 % a aproximadamente 95 % de una altura de la carcasa 62, medida desde la parte inferior de la carcasa 62. En otra realización, un nivel predeterminado de medios de enfriamiento puede corresponder a una distancia que sea aproximadamente 75 % a aproximadamente 95 % de una altura de la carcasa 62. En otra realización, un nivel predeterminado de medios de enfriamiento puede corresponder a una distancia que sea aproximadamente 80% a aproximadamente 90 % de una altura de la carcasa 62. En otra realización, un nivel predeterminado de medios de enfriamiento puede corresponder a una distancia que sea aproximadamente 85 % de una altura de la carcasa 62. Como antes, la longitud restante de la altura de la carcasa 62 puede corresponder a un volumen específico del aire en la carcasa 62.
El experto en la materia también apreciará que el nivel predeterminado de los medios de enfriamiento no solo corresponderá a un porcentaje de la altura de la carcasa 62, sino que también corresponderá a un porcentaje de la longitud del sensor de nivel de capacitancia, como se mencionó anteriormente. Por ejemplo, el nivel predeterminado de medios de enfriamiento contenidos en la carcasa 62 puede corresponder a aproximadamente 40 % a aproximadamente 80 % de la longitud del sensor de nivel de capacitancia, medida desde la punta inferior del sensor de nivel de capacitancia. En otra realización, el nivel predeterminado de medios de enfriamiento contenidos en la carcasa 62 puede corresponder a aproximadamente 50 % a aproximadamente 70 % de la longitud del sensor de nivel de capacitancia. En otra realización, el nivel predeterminado de medios de enfriamiento contenidos en la carcasa 62 puede corresponder a aproximadamente 60 % de la longitud del sensor de nivel de capacitancia.
En otra realización, el dispositivo de medición de nivel 76 es un sensor (no mostrado) que es capaz de detectar la presencia de los medios de enfriamiento y/o la presión de los medios de enfriamiento dentro de la carcasa 62. En esta realización, el sensor puede estar situado en una pared lateral interior de la carcasa 62 en una ubicación que corresponda a un nivel deseado de medios de enfriamiento en la carcasa 62. Por ejemplo, si un nivel deseado de medios de enfriamiento en la carcasa 62 corresponde a una ubicación que sea aproximadamente 95 % de la altura de la carcasa 62, medida de una parte inferior de la carcasa 62, un sensor puede ser colocado en una pared lateral interior de la carcasa 62 en el mismo lugar. Si el nivel de medios de enfriamiento en la carcasa 62 se eleva al nivel del sensor, el sensor puede cooperar con la válvula de tres vías 72 a través de un controlador lógico programable para desviar una porción de la salida de los medios de enfriamiento de la carcasa 62 a la trayectoria de salida de medios de enfriamiento 86 en lugar de a la trayectoria de recirculación 88 que lleva de nuevo a la carcasa 62. Tal desviación bajará el nivel de medios de enfriamiento en la carcasa 62. Cuando el nivel de los medios de enfriamiento en la carcasa 62 alcance un nivel aceptable, el sensor puede cooperar con la válvula de tres vías 72 a través de un controlador lógico programable para desviar una porción de la salida de los medios de enfriamiento de la carcasa 62 a la trayectoria de recirculación 88 que conduzca de nuevo a la carcasa 62, en lugar de a la trayectoria de salida de medios de enfriamiento 86 que expulsa los medios de enfriamiento del sistema 58. El sensor puede ser configurado para determinar el nivel de medios de enfriamiento en la carcasa 62, detectar una presión dentro de la carcasa 62, o ambos.
Otro beneficio y ventaja de los presentes refrigeradores asépticos y sistemas se encuentra en la modulación de la temperatura de los medios de enfriamiento a medida que entran en el intercambiador de calor 60. Esta modulación se lleva a cabo mediante la mezcla de medios de enfriamiento fríos y frescos con medios de enfriamiento que hayan estado circulando a través del intercambiador de calor 60 y se recircula a través de la trayectoria de recirculación 88. Mediante la combinación de medios de enfriamiento fríos y frescos con medios recirculados, la temperatura de los medios de enfriamiento se modula (por ejemplo, se aumenta ligeramente por encima de la temperatura de los medios de enfriamiento frescos) con el fin de evitar golpear el producto tibio o caliente con una temperatura demasiado fría, lo cual puede causar la formación de una capa estancada de producto en la pared del tubo 64. Tal capa estancada no solo disminuye la eficiencia del intercambiador de calor 60 de manera espectacular, sino que también altera las características de productos alimentarios asépticos a un grado que afecta negativamente a la calidad del producto y las propiedades organolépticas del mismo.
En vista de la presente invención, el experto en la técnica apreciará que también se proporcionan métodos de uso de los refrigeradores asépticos anteriormente descritos. Por ejemplo, en una realización, se proporcionan métodos de producción de un producto alimentario aséptico. Los métodos pueden incluir calentar una composición alimentaria en un aparato de calentamiento hasta una temperatura predeterminada, mantener la composición en un aparato de contención durante una cantidad predeterminada de tiempo, y enfriar la composición en un dispositivo de enfriamiento que tenga una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire, un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición, y un elemento de nivel situado dentro de la cámara y configurado para mantener una cantidad predeterminada de la primera composición dentro de la cámara. La cantidad predeterminada de la primera composición puede corresponder a un nivel de la primera composición que sea de aproximadamente 75 % a aproximadamente 95 % de una altura de la cámara.
Los métodos pueden incluir además hacer circular la primera composición a través de la cámara. Al menos una porción de la primera composición también puede ser recirculada a través de la cámara.
En la presente invención, se proporcionan métodos para producir un producto alimentario aséptico. Los métodos pueden incluir calentar una composición en un aparato de calentamiento hasta una temperatura capaz de matar a los microorganismos patógenos en la composición, mantener la composición en un aparato de contención durante una cantidad predeterminada de tiempo, y enfriar la composición en un dispositivo de enfriamiento que tenga una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire, un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición, y un sensor situado dentro de la cámara y configurado para detectar una cantidad de la primera composición dentro de la cámara. La cantidad de la primera composición corresponde a un nivel de la primera composición que sea de 75 % a 95 % de una altura de la cámara. El experto en la materia apreciará inmediatamente que la primera composición puede corresponder a un nivel de la primera composición que sea de 20 % a 95 % de una altura de la cámara, una altura que se puede establecer sobre la base de las necesidades del proceso.
En consecuencia, la presente invención proporciona la ventaja de maximizar el diferencial de presión entre el lado del producto y el lado de los medios de enfriamiento de un intercambiador de calor de enfriamiento aséptico, mientras se mantiene una temperatura de medios de enfriamiento modulada en el interior del intercambiador de calor.
Debe entenderse que diversos cambios y modificaciones a las realizaciones actualmente preferidas descritas en este documento serán evidentes para los expertos en la técnica. Se pretende por lo tanto que tales cambios y modificaciones estén cubiertos por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (27)

REIVINDICACIONES
1. Un intercambiador de calor que comprende:
una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire;
un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición; y
un sensor situado dentro de la cámara y configurado para detectar una cantidad de la primera composición dentro de la cámara, en donde la cantidad de la primera composición corresponde a un nivel de la primera composición que es de 75 % a 95 % de un altura de la cámara.
2. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el nivel de la primera composición es de 80 % a 90 % de la altura de la cámara.
3. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el aire comprende de 5 % a 35 % de un volumen interior total de la cámara.
4. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el intercambiador de calor es un refrigerador aséptico.
5. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera composición es un refrigerante de grado alimentario seleccionado del grupo que consiste en agua, propilenglicol, etilenglicol, salmuera de sal, productos químicos a base de hidrocarburos sintéticos de la familia de las polialfaolefinas, refrigerante de extractos vegetales refinados y combinaciones de los mismos.
6. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la segunda composición es un producto alimentario, o en donde la segunda composición comprende partículas.
7. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cámara comprende un extremo superior y un extremo inferior, en donde el extremo superior de la cámara comprende una salida de segunda composición y una entrada de primera composición, y en donde el extremo inferior de la cámara comprende una entrada de segunda composición y una salida de primera composición.
8. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cámara comprende una salida de aire.
9. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tubo comprende una forma que se selecciona del grupo que consiste en lineal, helicoidal, serpentina y combinaciones de las mismas.
10. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sensor detecta una cantidad de presión dentro de la cámara.
11. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un segundo sensor que está configurado para detectar una cantidad de presión dentro de la cámara.
12. El intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el aire comprende de 5 % a 35 % de un volumen total de la cámara.
13. Un sistema de procesamiento aséptico de alimentos, que comprende:
un aparato de calentamiento;
un aparato de contención; y
un dispositivo de enfriamiento que tiene
una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire,
un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición, y
un sensor situado dentro de la cámara y configurado para detectar una cantidad de la primera composición dentro de la cámara, en donde la cantidad de la primera composición corresponde a un nivel de la primera composición que es 75 % a 95 % de una altura de la cámara.
14. El sistema de procesamiento aséptico de alimentos de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el aparato de calentamiento se selecciona de uno cualquiera de los intercambiadores de calor de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
15. El sistema de procesamiento aséptico de alimentos de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el dispositivo de enfriamiento se selecciona de uno cualquiera de los intercambiadores de calor de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
16. El sistema de procesamiento aséptico de alimentos de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el sistema es un sistema cerrado.
17. El sistema de procesamiento aséptico de alimentos de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además al menos uno de: un sensor de temperatura, un aparato de precalentamiento; un aparato de preenfriamiento, una bomba configurada para hacer circular la primera composición o una combinación de los mismos.
18. Un método para producir un producto alimentario aséptico, comprendiendo el método:
calentar una composición alimentaria en un aparato de calentamiento hasta una temperatura capaz de matar cualquier microorganismo patógeno en la composición;
contener la composición en un aparato de contención durante una cantidad predeterminada de tiempo, y enfriar la composición en un dispositivo de enfriamiento que tenga una cámara configurada para contener una primera composición y una cantidad de aire,
un tubo situado dentro de la cámara y configurado para contener una segunda composición, y un sensor situado dentro de la cámara y configurado para detectar una cantidad de la primera composición dentro de la cámara, en donde la cantidad predeterminada de la primera composición corresponde a un nivel de la primera composición que es 75 % a 95% de un altura de la cámara.
19. El método de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el aparato de calentamiento se selecciona de un grupo de intercambiadores de calor que consiste en aquellos reivindicados en la reivindicación 1 a la reivindicación 12.
20. El método de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el dispositivo de enfriamiento se selecciona de un grupo de intercambiadores de calor que consiste en aquellos reivindicados en la reivindicación 1 a la reivindicación 12.
21. El método de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además precalentar la composición en un tanque de precalentamiento.
22. El método de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además preenfriar la composición en un tanque de preenfriamiento.
23. El método de acuerdo con la reivindicación 18, en donde la producción ocurre en un sistema cerrado.
24. El método de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además monitorear la temperatura de la primera composición antes de su introducción en la cámara.
25. El método de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el monitoreo se realiza con un sensor de temperatura.
26. El método de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además hacer circular la primera composición a través de la cámara.
27. El método de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además recircular al menos una porción de la primera composición a través de la cámara.
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