WO2018232481A1 - Equipamento circular com desmoldador automático para produção de picolés e método de produção de picolés - Google Patents

Equipamento circular com desmoldador automático para produção de picolés e método de produção de picolés Download PDF

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WO2018232481A1
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Definitions

  • the present invention relates to a practical and innovative machinery for the production of popsicles, a substance for cooling and a method of application thereof, belonging to the field of industrial equipment for food production, more precisely used in production of ice cream stuck in sticks, popularly known as popsicles.
  • the subject of the present application is an automated equipment whose circular geometry tank has an automatic demoulding device and a freezing fluid and its formulation integrated therein.
  • the popsicles producing machines have a tank provided with a fluid maintained at a low temperature which, when shaken strongly, freezes the mixture of popsicles within stainless steel molds immersed in that fluid.
  • a fluid is maintained at low temperatures (-20 to -35 ° C) by means of copper coils, which remain inside the tank, or heat exchangers normally located in the lower part of the equipment, below the tank, where : the refrigeration compressor, the centrifugal pump for circulation / agitation of the fluid and other components of the refrigeration system.
  • sticks are inserted which will be attached to the popsicles as they pass from the liquid to the solid phase.
  • the molds After freezing, the molds are withdrawn from the freezing tank and inserted into a tank of hot water so that the popsicles are detached from the walls of the molds (a process called demoulding) and extracted therefrom for subsequent packaging.
  • the tank which can be linear, circular or oval.
  • the market for these machines is divided into artisanal, semi-industrial and industrial.
  • the first one consists of lower cost equipment and manual operation, while the second includes partial automation and the third complete automation of the stages described above at increasing costs.
  • the artisan machine whose production is in the range of 200 to 1000 popsicles per hour, consists of a compact structure of vertical rectangular prismatic geometry, of common stainless steel with cooling units, internal heat rejection and pumping. It has an open operation (freezing fluid exposed to the atmosphere).
  • the molding and freezing of popsicles has an immersion tank of the order of 40 liters of propylene glycol or alcohol at -20 ° C or -25 ° C and molding at + 50 ° C.
  • the popsicles are frozen by propylene glycol or alcohol, which circulates by centrifugal pump.
  • the ingredients are dumped manually into the molds, which are taken from the cold tank and dipped into the hot tank for manual extraction of the popsicles and the molds are washed off the machine.
  • the semi-industrial equipment whose production is in the range of 2000 to 8000 popsicles per hour, consists of a linear geometry cabinet of medium dimensions in common stainless steel with internal cooling and pumping system and heat rejection external. It has an open operation (freezing fluid exposed to the atmosphere).
  • the molds are the same as the artisanal ones, but are pushed step by step on rails in a 400 liter dipping tank of propylene glycol or alcohol at -20 or -25 ° C, which freezes the popsicles by circulating centrifugal pump.
  • the molds pass through fixed dosing / pinching stations and are manually dipped into a hot tank for desmolde and extraction of popsicles. These molds are washed off the machine.
  • Industrial machines whose production is more than 8000 popsicles per hour, are composed of a bath tunnel integrated into a turntable and have large dimensions, with external cooling systems, heat rejection and pumping of the freezing fluid. Made of special stainless steel, with closed operation (freezing fluid confined below the turntable).
  • the table rotates in steps and fixed stations dose the ingredients, insert sticks and extract popsicles, going to chocolate bath tunnel.
  • the molds are manually washed on the table itself.
  • Patent GB 1091492A discloses a system utilizing a toroidal channel to which is overlaid a circular mold carrier, provided with means for filling the molds, and intermittent rotary drive mechanism of said mold carrier.
  • the automated equipment known as the rotary popsicle producer has all the automated production steps, including the demoulding process, but its cost is extremely high.
  • the stainless steel "platter" containing the popsicles molds is made integrally or separately in sectors of circumference, and the popsicle cups are welded directly into these sectors or the integral "plate". This causes great warpage of the assembly after welding and there are only two reliable suppliers of these dishes worldwide, at exorbitant prices.
  • Handmade type molds used in craft and semi-industrial machines are made in a standardized way by several suppliers and their cost is significantly lower, since they are independent pieces with about 28 popsicles each.
  • the turntable system eliminates any contact of the freezing fluid with the popsicles
  • the fluid from the tank is exposed in the space between adjacent molds and the manipulation and the movement of the molds always ends up spilling fluid into them, setting up a not very sanitary process, besides contaminating the ingredients of the popsicles.
  • Popsicle cups are welded onto the platen with their larger side in the radial direction, to facilitate automatic extraction, subsequent chocolate bath and placement of popsicles in automatic wrapping machines.
  • This causes a waste of space between popsicles, significantly increasing the amount of freezing fluid below them, forcing the freezing tank to have a significantly larger volume.
  • the freezing tank of these machines is at least three meters in diameter as a function of that.
  • the handmade molds are mounted with the popsicles with their major side inverted (relative to the industrial machine plate), side by side and very close, leaving a small volume to be occupied by the refrigerant. This makes it difficult to automatically extract, later chocolate bath and dispense picolis in an aligned way in packaging machines, since this "box" mold model (each box has an average of 28 popsicles) was designed to cost little and be used manually.
  • the operating temperature of the freezing fluid in the industrial machines is between -30 ° C and -35 ° C, so that the popsicles are extracted very consistently and will support baths (sometimes more than one) of later chocolate.
  • the only existing low cost freezing fluid which maintains viscosity low enough to be agitated by a centrifugal pump, is the calcium chloride solution with water. Extremely corrosive, this solution requires that all stainless steels be special and considerably more expensive than conventional steels, including those of popsicles whose plates are also thicker; even so, the durability of the components, especially the centrifugal pump, is quite limited.
  • the solution used is low cost, the volume required is quite large and the operational cost, due to the generated losses, becomes very high, which is why this type of equipment is only viable for productions above 8,000 popsicles per hour.
  • the proposed invention uses a circular freezing tank, more precisely in the form of a toroidal channel, over which it is supported by a rotating mold carrier which is intermittently moved by a stepper motor positioned at the center of the structure comprising the freezing tank. Contrary to what is usual in industrial machines, said mold carrier does not have the cups of popsicles welded in its structure. This configuration addresses the waste of space between popsicles, substantially reducing the amount of freezing fluid below them, in addition to being lightweight compared to prior art models.
  • the present invention utilizes a turntable concept associated with conventional, removable, rectangular shaped elongated molds.
  • the turntable features an innovative configuration that allows the use of conventional and low cost molds of the type used in linear machines. This concept solves the drawbacks of moving molds in machines that use linear systems by using a mold rack configured as a turntable, at a reduced cost compared to industrial systems that do not use common molds and have a very expensive construction .
  • the molds are fed by heads mounted on structures with casters that can be positioned next to the freezing tank, near its outer perimeter.
  • the molds are moved by the rotating mold carrier as they are supplied.
  • a demolding station is provided inside the freezing tank, comprising a device formed by a substantially parallelepipedal niche 29 positioned radially within which a movable carton is moved vertically, said device eliminating the manual process of withdrawing the mold and immerse it in a hot water tank, as in linear machines.
  • FIG. 1 shows a top perspective view of the automatic demolder apparatus of the invention for the production of popsicles.
  • FIG. 2 shows a top perspective view of the automatic demolder apparatus of the invention for the production of popsicles, in which the niche (29) can be seen in the tank where the demoulder is installed.
  • FIG. 3 is a top view of the freezing tank showing the tank-shaped niche (29) which integrates the demolding station as well as the freezing fluid dispensing pipe (4) accompanying the contour of the bottom of the toroidal freezing tank , like this such as the circular trough-shaped spillway (5), the threshold (5A), referenced in FIG. 4, keeps the level of the freezing fluid constant.
  • FIG. 4 shows a top cutaway perspective view of the region relative to the freezer tank of the automatic demolder equipment for popsicle production.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view detailing the demolding device in which the carton structure can be seen in its maximum lifting position so as to accommodate the popsicle mold therein.
  • FIG. 6 shows the components of the equipment of the invention located below the tank.
  • FIG. 7 shows a support structure 20 formed by a set of bolted angles supporting the freezing tank 1.
  • FIG. 8 is a detail view of one of the sectors making up the mold carrier, and its relationship to the traction disk which is driven by a stepper motor (not shown in that figure).
  • the CELLULAR EQUIPMENT WITH AUTOMATIC DEMOLDER FOR PRODUCTION OF PICOLES AND METHOD OF PRODUCTION OF PICOLES object of the present invention, is essentially constituted from a freezing tank (1) in the form of a double-walled toroidal channel (IA, 2) flanked internally by a spout in the form of a circular eta channel (5), adjacent the inner wall of the inner channel (IA), said channel eta (5) being connected to a fluid suction duct (6), the structure comprising both is made of fiberglass, with an outer shell (2), also in glass fiber, containing expanded polyurethane as rigid thermal insulation (3) between them.
  • a freezing tank (1) in the form of a double-walled toroidal channel (IA, 2) flanked internally by a spout in the form of a circular eta channel (5), adjacent the inner wall of the inner channel (IA), said channel eta (5) being connected to a fluid suction duct (6)
  • the "sandwich” comprising the two fiberglass parts (IA, 2) and the polyurethane has sufficient rigidity to withstand the weight of the freezing fluid which will fill said internal channel of the freezing tank (1), where the molds are immersed of popsicles (9), as well as ensuring planarity to accommodate and rotate the mold plate (7) accurately.
  • Said toroidal freezing tank (1) is supported by a rigid profile structure or angles (20) laterally coated with stainless steel plates (21).
  • the step motor 12 visible in Fig. 6, the axis of which is connected to the traction disk 8, at the periphery of which are connected the sectors 7D which together form the plate mold holder (7), the outer circumference of which is supported on rollers (11) installed on the top of the outer wall of the tank structure (1), the traction disk (8) being also supported on rollers positioned at the top of the inner wall of the tank 1).
  • the mold plate 7 is constituted by a planar structure in the form of a circular crown comprising a plurality of sectors 7D with radially disposed rectangular apertures 7C, wherein the popsicle molds 9 are housed, .
  • a tubular distributor (4) of freezing fluid is provided in the bottom of the freezing tank (1), consisting of a rigid tube provided with multiple angled holes (19). Said distributor tube 4 is fed by the freezing fluid under pressure provided by the connection to a centrifugal pump 35 visible in Fig. 6. The jets of freezing fluid from these orifices cause turbulence in the fluid contained in the freezing tank, efficiency of heat transmission.
  • a demolding device comprising a substantially parapet (29) within which is housed a vertically movable carton (40) which, in its raised position, accommodates within itself a popsicle mold (9).
  • the bottom of the carton is coupled to an elevator piston (30) positioned vertically below the freezing tank, the stem of which runs through its bottom.
  • FIG. 3 shows the top view of the tank with a niche (29) for accommodating the demolding device, in addition to the fluid distributor (4) and its angled orifices (19), the trough-shaped spill (5) adjacent the inner wall of the freezing tank in the form of a toroidal channel, and the rollers (11), detailed below.
  • a freezing fluid distributor (4) is positioned inside the freezing tank (1), located below the molds (9), consisting of a stainless steel tube provided with small angled holes (19) so that, under the action of a centrifugal pump 35 shown in Fig. 6, this fluid is released under pressure in the form of jets against each popsicle mold 9 above, promoting fluid agitation and consequent rapid freezing of the popsicles.
  • the arrangement of the blasting holes (19) is designed such that all the popsicles of each mold (9) are frozen uniformly, allowing to insert pasty fillings in equal quantities in the central part of each popsicle (around the wooden stick), since this is the region where the freezing occurs last (freezing of the popsicle occurs from the mold wall to its center, where the wood). If the freezing of popsicles is not uniform, a popsicle will have more or less space in its core to accommodate the filling when compared to another popsicle.
  • the pumped fluid ejected below the popsicles molds (9) is in turn poured over the threshold (5A) of the spillway chute (5), said threshold being associated with the inner wall of the freezing tank in the form of a toroidal channel.
  • the function of said threshold is to ensure that the level (N.L.) of the freezing fluid in the freezing tank (1) is kept constant, so as to ensure that the popsicle molds (9) are always 100% bathed.
  • Said chute (5) also has the function of fluid lung (stock), whose main advantage is to enable the partial or integral replacement of popsicles (9) with others of greater or lesser immersed volume (larger or larger popsicles). smaller size) without the need to manually adjust the fluid level so that all the molds are immersed in the proper level which corresponds, as already mentioned, to the sill (5 A) of the trough-shaped spillway.
  • the spout chute (5) is constructed with a sloped bottom so that the freezing fluid is drawn to its lowest point, where the suction duct (6) of the circulation pump is located.
  • the set-up of this pump forces the fluid through a heat exchanger 36, shown in Fig. 6, and then redirects it back to the fluid distributor 4.
  • the ring-shaped mold plate 7 constituted by circular sectors 7D with cutouts 7C for precisely fitting each popsicle mold 9, and internal (10) and external (non-referenced) mold fasteners.
  • These sectors can be made of plastic (machined, broken molded or laminated in fiberglass) or even in stainless steel of small thickness.
  • the molded broken alternative can be filled with polyurethane inside, forming a thermal insulation that prevents condensation of water on the plates.
  • rollers 11 fixed to the freezing tank which enable the complete set of popsicles molds to be turned, moved by the traction disk 8, also made of plastic or stainless steel, which in turn is driven in its center by the stepper motor (12). Due to the low weight of this structure, there is no need for a sturdy central bearing to support it, as in the known rotary machines of the prior art. The need for several pneumatic pistons is also eliminated, as in the "go-and-go" linear machines.
  • the stepper motor (12) is controlled electronically so as to accurately move the mold plate according to the desired production speed, at angular intervals corresponding to the distance between adjacent molds.
  • the rectangular cutouts or apertures 7C for accommodating the molds provided in the mold plate 7 prevent one mold 9 from pushing another during the production process (which may damage the molds with the molding time). use), as in linear machines, and also close the environment of the molds (9) against freezing liquid spills, very common in linear open system machines.
  • the system proposed here is similar to that used in the turntable of known industrial machines, with the great advantage of allowing the removal of each mold (9) individually at any time, both for washing and for any eventuality (replacement by another mold model , maintenance, etc.).
  • the demolding device operates without the necessity of removing the mold (9) and immersing it in a hot water tank, as occurs in linear machines.
  • a device comprises a stainless steel casing (40) which is moved vertically by a lifting piston (30) into a niche (29) between a lower position and an upper position.
  • a lifting piston (30) promotes the raising of said housing, guided by two tubes (42) and (44), which pass through the outer wall (2) of the toroidal channel ( 1) to which they are rigidly attached.
  • said box accommodates in its interior the frozen popsicle mold (9).
  • the freezing fluid is then drained through the tube 44 and the electrovalve 43 which directs that fluid into a cold tank 38 as indicated by the arrow F in FIG. A pump (39) sends that fluid to the lung (5) which functions as the reservoir of the freezing fluid.
  • the pump 31 is then energized by sending under pressure the heated fluid contained in the tank 33 to the tube 42 as symbolized by the arrow Q in FIG. 5.
  • Said tube introduces said fluid into a horizontal tubing (41) provided with a plurality of upwardly directed perforations, through which hot fluid is released as jets reaching the mold cups (9).
  • the use of such jets, symbolized in FIG. 5. by the small vertical arrows increases the efficiency in the heat exchange, which results in the demolition of the popsicles in about 3 seconds.
  • the jet demoulding technique has the additional advantage of dispensing the filling of the carton with hot fluid, using a volume equivalent to only about 1/3 of its capacity.
  • the fluid spilled under the popsicle cups is immediately drained by the tube (44) in accordance with the arrow (Q).
  • the drained fluid is fed via the electric valve 43 to the heating tank 33 where it is heated by means of electric resistors to be fed by the pump 31 to the tube 42 and to the housing ( 40).
  • the lifting piston (30) drops the carton to the bottom of the freezing tank (1), where it is again flooded with freezing fluid.
  • the lift piston 30 is driven by a bypass of the freezing fluid tubing associated with the centrifugal coolant pump 35 shown in Fig. 6, taking advantage of the pressure delivered by that pump, which process is also an object of the present invention.
  • Such actuation of the elevator piston can also be done by compressed air or by electric motor.
  • the mold plate (7) is ready to rotate another step, when another mold is positioned in the molding station, and so on.
  • the freezing fluid and the heating fluid are the same, but work on different circuits in order to avoid thermal losses, there being no mixing between the hot and cold fluids. This separation is provided by the set of solenoid valves and by the emptying and filling system of the demold box, as explained above.
  • drain tube 44 has no hydraulic connection to the perforated tube 41. There is only one mechanical connection between them.
  • the housing 40 is attached to the elevator piston 30 so that only it rises and falls, while the vertical tubes 42 and 44 form a kind of bridge with the tube 41 secured to the bottom of the fiberglass tank.
  • valve 43 positioned in the lower portion of the tube 44 shown in Fig. 4 directs the drained fluid to separate tanks, one for hot fluid 33 and one for cold fluid 38, the bottom of the machine.
  • the cold fluid tank has a small pump (39) which carries this fluid back into the lung tank (5) of the machine through the tube (45).
  • the hot fluid tank 33 has another pump 31 for effecting the hot jet under the mold 9 through the tube 42, returning to the same tank through the tube 44.
  • electrical resistances are positioned to reheat the fluid.
  • the demolding carton has an internal volume of approximately 10 liters, sufficient to wrap the popsicles mold.
  • the cold tank 38 has a slightly higher volume as it receives and pumps the full volume of the demold carton.
  • the hot tank (33), in turn, also has an approximate volume of 10 liters but receives and pumps only 3 liters to the demolding box, the remaining fluid being used to keep the electrical resistances always covered by fluid.
  • a rubber trim (38) around the carton prevents splashes of the jet of fluid below the mold from leaving the carton and contaminating the popsicles.
  • Fig. 7 shows a set of bolted angles (20) on which the freezing tank (1) is supported. Plates (21), of stainless steel, are placed around the assembly as a coating. In its lower part are arranged casters for movement of the equipment as well as shoes (22) with height adjustable for its correct leveling.
  • FIG. 2 In FIG. 2 is shown the niche (29) accommodating the demolding device where the movable carton is accommodated. On the left side of this niche is positioned the control panel (27) of the equipment.
  • liquid (23), particulates (24) and fillers (25) can be positioned, in addition to a palletizer, not shown in the figure, similarly to what is done today in linear machines.
  • Each doser is accommodated on movable structures (28) provided with casters in order to facilitate their positioning according to the type of popsicle to be produced.
  • a three-flavor popsicle may need three liquid feeders only, one of each flavor, while a more elaborate popsicle with particulates in its blend (such as peanuts, nuts etc.) may only need one particulate dispenser and so on.
  • Conventional semi-industrial machines accommodate the dosers on the tank, making it difficult to rearrange them depending on the type of popsicle to be produced.
  • the extraction operation of the popsicles of the molds can also be done by an automated actuator, using a swivel arm which dispenses the popsicles directly on the conveyor belt, or even chocolate bath systems, as in machines rotary machines.
  • Fig. 6 shows the set of devices that are positioned below the freezing tank. These are: the demoulding pump (31) and the hot fluid tank (33), providing hot fluid under pressure to feed the mold jetting tubing (41); the control panel (27) which is connected to the electrical box so as to actuate all the devices of the machine; the refrigeration compressor (34) working in conjunction with the condenser (37) and the heat exchanger (36) in order to maintain the temperature of the freezing fluid at temperatures which may exceed -30 ° C; the centrifugal pump 35 which is responsible for circulating and ejecting the fluid under the molds and promoting freezing of the popsicles, in addition to supplying pressurized fluid to drive the ram piston 30; the stepper motor (12) moves the mold plate plates (7) intermittently, positioning the mold with already frozen popsicles on the demolding station and subsequent molds in the dosing stations.
  • the equipment does not have pneumatic drives and eliminates the need for compressed air unit, indispensable, and expensive accessory, used in conventional machines.
  • a freezing fluid produced by a US chemical company was used, capable of maintaining low viscosity at temperatures lower than those reached by calcium chloride. It is a fluid comprising paraffinic hydrocarbons, immiscible in water, non-corrosive and with very low evaporation index, besides having excellent thermal properties at low temperatures. The high cost of this fluid is compensated, in the proposed system, for the decrease of the necessary volume, since the freezing tank is made in such a way as to minimize its internal volume.
  • Paratherm LR® a low freezing hygroscopic substance, such as propylene glycol or alcohol
  • propylene glycol also does not mix with Paratherm LR®, it serves to absorb any water droplets that might fall into the freezing fluid since it is miscible with water.
  • said hydrocarbon-based fluid can be replaced with a saline solution which does not attack stainless steel or most materials, as occurs with calcium chloride used in conventional industrial machines. It also does not attack polymers, as does Paratherm.
  • KHCO2 potassium formate
  • this solution is non-flammable, in addition to being non-toxic and biodegradable (Paratherm is neither biodegradable nor 100% non-toxic).
  • the pH range in which said solution is less corrosive ranges from 7 to 8, and the pH value is adjusted by bubbling CO2 or adding controlled doses of 50% Dipotassium Phosphate.
  • the machine of the invention has a tank (33) where the fluid needs to be heated to 50 ° C (or more) for demolding the popsicles, potassium formate has proved to be 100% safe, while Paratherm can be dangerous, if any problem occurs in the control of the heating resistances and the temperature exceeds 80 ° C.
  • the density control of this mixture is simple, since only water evaporates from it (the salt remains in the tank).
  • the method of the invention further comprises the control of its acidity (pH), which has a direct influence on any corrosive potential of the substance.
  • pH acidity
  • the range of pH values at which this solution is corrosive monkeys is between 7 and 8.
  • the object of the present invention is therefore to produce a rotating popsicle with similar or even lower cost than linear models, eliminating all drawbacks of the latter and overtaking the industrial rotating model in several respects.
  • the following is the list of advantages of the invention.
  • the rotating mold plate drive can, by its lightness, be actuated by a single actuator, with a power lower than that of the semi-linear linear machines and the industrial rotating ones.
  • the mold fitting system eliminates the intense evaporation of the freezing fluid since it circulates in a closed and unopened environment as in conventional linear machines.
  • the plastic material and thermal insulation drastically reduces the absorption by the freezing fluid of condensed water from the ambient air, which water increases the viscosity of the fluid in a short time and decreases the speed of popsicle production.
  • the proposed machinery according to the invention may also work with propylene glycol in the freezing tank if the producer prefers or does not have access to Paratherm LR or Potassium Formate, but the operating temperatures can not be lower -20 ° C.
  • the evaporation of the propylene glycol in this machinery is appreciably reduced as well as the absorption of moisture since it works in the closed environment by the rotating mold plate and not in the open environment as in conventional linear machines.

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Abstract

O equipamento da invenção compreende um tanque de congelamento em forma de canal toroidal (1) contendo líquido refrigerante, superposto um porta-moldes rotativo em forma de coroa circular (7), formado por uma pluralidade de setores (7D) afixados à periferia de um disco de tração (8) acionado por um motor de passo (12), ditos setores tendo aberturas retangulares (7C) em que se encaixam moldes (9), cujas porções inferiores ficam imersas no líquido refrigerante. No fundo do canal há uma tubulação rígida (4) dotada de uma pluralidade de orifícios (19) pelos quais são lançados jatos de líquido refrigerante sob pressão. Os meios de desmolde dos picolés compreendem um nicho (29) orientado radialmente dentro de dito tanque (1) e uma caixa (40) verticalmente deslocável que, na posição superior acomoda um molde (9) e uma tubulação horizontal (41) perfurada que lança jatos de fluido aquecido contra os copos do molde (9).

Description

EQUIPAMENTO CIRCULAR COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS Campo da Invenção
[ 001 ] A presente invenção tem por objeto um prático e inovador maquinário para a produção de picolés, uma substância para o resfriamento e um método de aplicação da mesma, pertencente ao campo dos equipamentos industriais para a produção alimentícia, de uso mais precisamente na produção de sorvetes presos em palitos, conhecidos popularmente como picolés.
[ 002 ] O objeto do presente pedido de patente contempla um equipamento automatizado, cujo tanque de geometria circular possui integrado em seu interior um dispositivo de desmoldagem automática, além de um fluido congelante e a sua formulação.
Resumo do Estado da Técnica
[ 003 ] Como é sabido, notadamente por técnicos no assunto, as máquinas produtoras de picolés possuem um tanque provido de um fluido mantido em baixa temperatura que, agitado fortemente, congela a mistura dos picolés dentro de moldes de aço inoxidável imersos nesse fluido. Tal fluido é mantido em temperaturas baixas (de -20 a -35°C) por intermédio de serpentinas de cobre, que ficam dentro desse tanque, ou trocadores de calor que normalmente ficam na parte inferior do equipamento, abaixo do tanque, onde também estão: o compressor de refrigeração, a bomba centrífuga para circulação/agitação do fluido e outros componentes do sistema frigorífico.
[ 004 ] Durante esse processo, são inseridos os palitos que ficarão presos aos picolés à medida que estes passam da fase líquida para sólida.
[ 005 ] Após o congelamento, os moldes são retirados do tanque de congelamento e inseridos num tanque com água quente para que os picolés sejam destacados das paredes dos moldes (processo chamado de desmoldagem) e extraídos destes para posterior embalagem.
[ 006 ] A maioria dos equipamentos para produção de picolés utiliza este mesmo conceito há décadas. O que varia é o tipo de fluido de congelamento, que pode ser álcool, salmoura (cloreto de sódio ou cálcio) ou propileno glicol; seu sistema de agitação, que poder ser feito por hélices ou bombas de circulação e, por fim, a forma como os moldes se movimentam
dentro do tanque, que pode ser linear, circular ou oval.
[ 007 ] O mercado dessas máquinas é dividido em artesanal, semi-industrial e industrial. O primeiro é composto por equipamentos de menor custo e operação manual, enquanto o segundo inclui automação parcial e o terceiro automação total das etapas descritas anteriormente, a custos crescentes. [ 008 ] Mais especificamente a máquina artesanal, cuja produção é da ordem de 200 a 1000 picolés por hora, é constituída por uma estrutura compacta de geometria prismática retangular verticalizada, de aço inox comum com unidades de refrigeração, rejeição de calor e bombeamento internos. Possui operação aberta (fluido congelante exposto à atmosfera).
[ 009 ] Quanto ao molde e ao congelamento dos picolés, apresenta tanque de imersão da ordem de 40 litros de propileno glicol ou álcool a -20°C ou -25°C e de desmolde a +50°C. Os picolés são congelados por propileno glicol ou álcool, que circula por bomba centrífuga.
[ 001 0 ] Os ingredientes são despejados manualmente dentro dos moldes, que são retirados do tanque frio e mergulhados no tanque quente para extração manual dos picolés e os moldes são lavados fora da máquina.
[ 001 1 ] O equipamento semi-industrial, cuja produção é da ordem de 2000 a 8000 picolés por hora, é constituído por um gabinete de geometria linear, de dimensões médias em aço inox comum com sistema de refrigeração e bombeamento internos e rejeição de calor externa. Possui operação aberta (fluido congelante exposto à atmosfera).
[ 0012 ] Os moldes são iguais ao artesanal, porém empurrados passo a passo sobre trilhos num tanque de imersão de 400 litros de propileno glicol ou álcool a -20 ou -25°C, que congela os picolés circulando por bomba centrífuga.
[ 0013 ] Quanto ao processo, os moldes passam por estações fixas de dosagem/palitamento e são mergulhados manualmente num tanque quente para desmolde e extração dos picolés. Ditos moldes são lavados fora da máquina.
[ 0014 ] Já as máquinas industriais, cuja produção é maior que 8000 picolés por hora, são constituídas por um túnel de banho integrado a uma mesa giratória e possuem grandes dimensões, com sistemas externos de refrigeração, rejeição de calor e bombeamento do fluido congelante. Construídas em aço inox especial, com operação fechada (fluido congelante confinado abaixo da mesa giratória).
[ 0015 ] Apresentam moldes em mesa giratória, imersos em 2000 litros de solução de Cloreto de Cálcio a -35°C, que circula por bomba centrífuga e congela os picolés. Possui sistema de desmolde a jato quente por baixo dos moldes.
[ 001 6 ] A mesa gira em passos e estações fixas dosam os ingredientes, inserem palitos e extraem picolés, indo para banho de chocolate em túnel. Os moldes são lavados manualmente na própria mesa.
[ 0017 ] O equipamento ora proposto é dedicado ao mercado semi-industrial e se destina a substituir as atuais máquinas lineares. [ 001 8 ] Dentre os sistemas conhecidos do estado da técnica pode-se citar aquele descrito na patente US 5,447,036 que utiliza uma mesa giratória porta-moldes, estes estando dispostos em diversos setores.
[ 001 9 ] O documento de patente GB 1091492A descreve um sistema que utiliza um canal toroidal ao qual está sobreposto um porta-moldes circular, dotado de meios de preenchimento dos moldes, e mecanismo de movimentação giratória intermitente de dito porta-moldes.
[ 002 0 ] Os equipamentos do estado da técnica possuem diversos inconvenientes, que serão expostos a seguir.
[ 002 1 ] O equipamento automatizado conhecido como produtora giratória de picolés possui todas as etapas de produção automatizadas, inclusive o processo de desmolde, porém seu custo é extremamente elevado.
[ 0022 ] Alguns aspectos desse equipamento em relação às máquinas semi-industriais lineares são apresentados a seguir:
[ 0023 ] O "prato" de aço inoxidável que contém os moldes de picolés é feito de forma integral ou separado em setores de circunferência, e os copos de picolés são soldados diretamente nesses setores ou no "prato" integral. Isso causa grande empenamento do conjunto após a soldagem e existem apenas dois fornecedores confiáveis desses pratos no mundo todo, a preços exorbitantes.
[ 0024 ] Os moldes do tipo artesanal, usados nas máquinas artesanais e semi-industriais, são feitos de forma padronizada por vários fornecedores e seu custo é significativamente menor, uma vez que são peças independentes com cerca de 28 picolés cada. Ao contrário do que ocorre com as máquinas industriais, onde o sistema de prato giratório elimina qualquer contato do fluido congelante com os picolés, nas máquinas semi-industriais que utilizam os moldes artesanais o fluido do tanque fica exposto no espaço entre moldes adjacentes e a manipulação e a movimentação dos moldes sempre acaba espirrando fluido para dentro deles, configurando um processo não muito sanitário, além de contaminar os ingredientes dos picolés.
[ 0025 ] Em função da solda de centenas de copos sobre uma mesma base de aço inoxidável de grande espessura nas máquinas giratórias (para minimizar empenamentos após as soldas), seu peso acaba ficando exagerado e isto obriga os construtores a apoiar esse grande disco num mancai central reforçado, cujo custo é bastante elevado.
[ 002 6 ] Os copos de picolés são soldados no prato com seu lado maior no sentido radial, para facilitar a extração automática, posterior banho de chocolate e colocação dos picolés em embaladoras automáticas. Isso causa um desperdício de espaço entre picolés, aumentando significativamente a quantidade de fluido congelante abaixo deles, obrigando que o tanque de congelamento tenha volume significativamente maior. O tanque congelante dessas máquinas possui pelo menos três metros de diâmetro em função disso. [ 0027 ] Os moldes artesanais, por sua vez, são montados com os picolés com seu lado maior invertido (em relação ao prato da máquina industrial), lado a lado e bem próximos, deixando um volume pequeno para ser ocupado pelo fluido refrigerante. Isso dificulta a extração automática, posterior banho de chocolate e dispensa dos picolés de forma alinhada em máquinas de embalagem, uma vez que esse modelo de molde do tipo "caixa" (cada caixa tem em média 28 picolés) foi concebido para custar pouco e ser usado de forma manual.
[ 0028 ] A temperatura de operação do fluido congelante nas máquinas industriais fica entre - 30°C e -35°C, para que os picolés sejam extraídos bem consistentes e suportem banhos (às vezes mais de um) de chocolate posteriores. Nessas temperaturas muito baixas, o único fluido congelante de baixo custo existente, que mantém viscosidade baixa o suficiente para ser agitado por bomba centrífuga, é a solução de cloreto de cálcio com água. Extremamente corrosiva, essa solução exige que todos os aços inoxidáveis sejam especiais e consideravelmente mais caros que os convencionais, inclusive dos moldes de picolés, cujas chapas são também mais espessas; mesmo assim, a durabilidade dos componentes, sobretudo da bomba centrífuga, é bastante limitada. Embora a solução usada seja de baixo custo, o volume necessário é bem grande e o custo operacional, em função dos desgastes gerados, acaba se tornando muito alto, razão pela qual esse tipo de equipamento só é viável para produções acima de oito mil picolés por hora.
[ 0029 ] As máquinas semi-industriais utilizam álcool ou propileno glicol como fluidos congelantes, porém o primeiro trabalha bem até -25°C e o segundo até -20°C apenas, temperaturas abaixo das quais as viscosidades aumentam muito e a bomba centrífuga não consegue mais promover a agitação necessária para o congelamento dos picolés, retardando consideravelmente sua produção. A utilização de cloreto de cálcio nessas máquinas acabaria rapidamente com os aços inoxidáveis nelas utilizados, uma vez que são comuns e de pequena espessura (baixo custo). Por essa razão, os picolés extraídos desse tipo de equipamento normalmente necessitam ser encaminhados para um freezer, por algumas horas, antes de serem submetidos a qualquer banho de chocolate.
Sumário da Invenção
[ 0030 ] Com o objetivo de promover um avanço significativo nos equipamentos semi- industriais para produção de picolés e de solucionar os inconvenientes acima citados, a invenção proposta utiliza um tanque de congelamento circular, mais exatamente na forma de canal toroidal, sobre o qual é apoiado um porta-moldes rotativo que é intermitentemente movimentado por um motor de passo posicionado ao centro da estrutura que compõe o tanque de congelamento. Ao contrário do que é de praxe nas máquinas industriais, dito porta-moldes não possui os copos de picolés soldados em sua estrutura. Essa configuração soluciona o desperdício de espaço entre picolés, reduzindo substancialmente a quantidade de fluido congelante abaixo deles, além de apresentar um reduzido peso se comparado aos modelos do estado da técnica.
[ 0031 ] Mais especificamente, a presente invenção utiliza um conceito de prato giratório associado a moldes convencionais removíveis, de formato retangular alongado. O prato giratório apresenta uma configuração inovadora que permite a utilização dos moldes convencionais e de baixo custo, do tipo utilizado em máquinas lineares. Esse conceito soluciona os inconvenientes da movimentação dos moldes nas máquinas que utilizam sistemas lineares mediante o emprego de um porta-moldes configurado como um prato giratório, com custo reduzido se comparado ao dos sistemas industriais, que não utilizam moldes comuns e apresentam uma construção bastante onerosa.
[ 0032 ] Nessa configuração os moldes são alimentados por cabeçotes montados em estruturas com rodízios que podem ser posicionados ao lado do tanque de congelamento, junto ao seu perímetro externo. Os moldes são movimentados pelo porta-molde giratório, à medida que são abastecidos.
[ 0033 ] No interior do tanque de congelamento é previsto uma estação de desmolde, compreendendo um dispositivo formado por um nicho substancialmente paralelepipédico 29 posicionado radialmente, dentro do qual se movimenta verticalmente uma caixa móvel, dito dispositivo eliminando o processo manual de retirar o molde e mergulhá-lo num tanque de água quente, como ocorre nas máquinas lineares.
[ 0034 ] Para solucionar os inconvenientes relacionados aos fluidos congelantes utilizados até o momento foi desenvolvida uma inovadora fórmula de fluido congelante e o seu método de aplicação, que serão detalhados mais adiante.
Descrição das Figuras
[ 0035 ] A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características da presente invenção e de acordo com uma realização prática preferencial da mesma, acompanha a descrição um conjunto de figuras, nas quais, de maneira exemplificada, não limitativa, se representou o seguinte:
[ 0036 ] A FIG. 1 mostra uma vista em perspectiva superior do equipamento com desmoldador automático da invenção para a produção de picolés.
[ 0037 ] A FIG. 2 mostra uma vista em perspectiva superior do equipamento com desmoldador automático da invenção para a produção de picolés, em que se pode ver o nicho (29) no tanque onde está instalado o desmoldador.
[ 0038 ] A FIG. 3 é uma vista superior do tanque de congelamento, mostrando o nicho (29) em forma de tanque, que integra a estação de desmolde, bem como o tubo distribuidor de fluido congelante (4) que acompanha o contorno do fundo do tanque de congelamento toroidal, assim como o vertedouro (5) em forma de calha circular, cuja soleira (5 A), referenciada no FIG. 4, mantém constante o nível do fluido congelante.
[ 0039 ] A FIG. 4 mostra uma vista em perspectiva superior em corte da região relativa ao tanque de congelamento do equipamento com desmoldador automático para produção de picolés.
[ 004 0 ] A FIG. 5 é uma vista em corte que detalha o dispositivo de desmolde, no qual se pode ver a estrutura de caixa em sua posição de máxima elevação, de forma a acomodar em seu interior o molde de picolés.
[ 004 1 ] A FIG. 6 mostra os componentes do equipamento da invenção situados abaixo do tanque.
[ 0042 ] A FIG. 7 mostra uma estrutura de apoio (20) formada por um conjunto de cantoneiras parafusadas, que suporta o tanque de congelamento (1). Ao redor do conjunto são colocadas placas de revestimento (21), geralmente de inox. Em sua parte inferior estão dispostos rodízios para movimentação do equipamento bem como sapatas (22) com alturas reguláveis para o nivelamento correto.
[ 0043 ] A FIG. 8 é uma vista em detalhe de um dos setores que compõem o porta-moldes, e sua relação com o disco de tração o qual é acionado por um motor de passo (não ilustrado nessa figura).
Descrição Detalhada da Invenção
[ 0044 ] De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, o EQUIPAMENTO CIRCULAR COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS, objeto da presente invenção, caracteriza-se essencialmente por ser constituído a partir de um tanque de congelamento (1) na forma de um canal toroidal de parede dupla (IA, 2) ladeado internamente por um vertedouro em forma de canal eta circular (5), adjacente à parede interna do canal interno (IA), dita canal eta (5) sendo conectada a um duto de sucção de fluido (6), sendo que a estrutura que comporta ambos é confeccionada em fibra de vidro, com um invólucro externo (2), também em fibra de vidro, contendo poliuretano expandido como isolamento térmico rígido (3) entre eles. O "sanduíche" compreendendo as duas peças (IA, 2) de fibra de vidro e o poliuretano possui rigidez suficiente para suportar o peso do fluido congelante que vai preencher o dito canal interno do tanque de congelamento (1), onde ficam imersos os moldes de picolés (9), bem como garante plani cidade para acomodar e girar o prato porta-moldes (7) com precisão.
[ 0045 ] Dito tanque de congelamento toroidal (1) é suportado por uma estrutura rígida de perfis ou cantoneiras (20) revestidas lateralmente com placas (21) de aço inox. No centro dessa estrutura está provido o motor de passo (12), visível na Fig. 6, cujo eixo é conectado ao disco de tração (8), em cuja periferia são acoplados os setores (7D) que, em conjunto, formam o prato porta-moldes (7), cujo perímetro externo é apoiado sobre roletes (1 1) instalados no topo da parede externa da estrutura do tanque (1), sendo o disco de tração (8) igualmente apoiado sobre roletes posicionados no topo da parede interna do tanque (1).
[ 004 6 ] O prato porta-moldes (7) é constituído por uma estrutura planificada na forma de coroa circular compreendendo uma pluralidade de setores (7D) com aberturas retangulares (7C) radialmente dispostas, onde são encaixados os moldes de picolés (9).
[ 0047 ] No fundo do tanque de congelamento (1) é provido um distribuidor tubular (4) de fluido congelante, constituído por um tubo rígido dotado de múltiplos orifícios angulados (19). Dito tubo distribuidor (4) é alimentado pelo fluido congelante sob pressão fornecido pela conexão a uma bomba centrífuga (35) visível na Fig. 6. Os jatos de fluido congelante provenientes desses orifícios provocam uma turbulência no fluido contido no tanque de congelamento, melhorando a eficiência da transmissão de calor.
[ 004 8 ] No interior do tanque de congelamento (1) há um dispositivo de desmolde compreendendo um nicho substancialmente parai elepipédico (29) em cujo interior está acomodada uma caixa (40) verticalmente deslocável que, em sua posição elevada, acomoda dentro de si um molde de picolés (9).
[ 004 9 ] Segundo mostra a FIG. 5, o fundo dessa da caixa é acoplado a um pistão elevador (30) posicionado verticalmente embaixo do tanque de congelamento, cuja haste transpassa o seu fundo.
[ 0050 ] A FIG. 3 mostra a vista superior do tanque com um nicho (29) para acomodar o dispositivo de desmolde, além do distribuidor de fluido (4) e seus orifícios angulados (19), o vertedouro em forma de calha (5) adjacente à parede interna do tanque de congelamento em forma de canal toroidal, e os roletes (1 1), detalhados mais adiante.
[ 0051 ] O custo da construção em fibra de vidro é bastante reduzido quando comparado aos tanques convencionais feitos em aço inoxidável, além de permitir detalhes de rebaixos, acomodações de conexões e cantos arredondados (mais higiénicos), praticamente impossíveis de serem feitos com chapas de aço inoxidável soldadas.
Jateamento de fluido congelante
[ 0052 ] Dentro do tanque de congelamento (1) é posicionado um distribuidor de fluido (4) congelante, situado por baixo dos moldes (9), constituído por um tubo de aço inoxidável dotado de pequenos orifícios angulados (19) de maneira que, sob ação de uma bomba centrífuga (35), mostrada na Fig. 6, este fluido seja lançado sob pressão na forma de jatos contra cada molde de picolés (9) acima deles, promovendo a agitação do fluido e consequente congelamento rápido dos picolés.
[ 0053 ] A disposição dos orifícios (19) de jateamento é projetada de tal forma que todos os picolés de cada molde (9) sejam congelados uniformemente, permitindo inserir recheios pastosos em quantidades iguais na parte central de cada picolé (ao redor do palito de madeira), uma vez que esta é a região onde o congelamento ocorre por último (o congelamento do picolé ocorre da parede do molde para seu centro, onde fica o palito de madeira). Se o congelamento dos picolés não for uniforme, um picolé terá mais ou menos espaço em seu miolo para acomodar o recheio, quando comparado a outro picolé.
Pulmão de fluido e vertedouro de nível constante
[ 0054 ] O fluido bombeado e j ateado embaixo dos moldes de picolés (9), por sua vez, é escoado por cima da soleira (5 A) da calha do vertedouro (5), dita soleira estando associada à parede interna do tanque de congelamento em forma de canal toroidal. A função de dita soleira é assegurar que o nível (N.L.) do fluido congelante no tanque de congelamento (1) seja mantido constante, de maneira a garantir que os moldes de picolés (9) fiquem sempre 100% banhados.
[ 0055 ] Dita calha (5) também tem a função de pulmão (estoque) de fluido, cuja principal vantagem é possibilitar a substituição parcial ou integral de moldes de picolés (9) por outros de maior ou menor volume imerso (picolés de maior ou menor tamanho), sem a necessidade de regular manualmente o nível de fluido para que todos os moldes fiquem imersos no nível adequado o qual corresponde, como já citado, à soleira (5 A) do vertedouro em forma de calha.
[ 0056 ] Também se pode trabalhar com parte dos moldes, para produções menores, ficando espaços vazios nos pratos porta-moldes (7), que são providos de tampas para este caso, sendo que o nível do fluido congelante é automaticamente ajustado para cobrir os moldes presentes na altura adequada. A evaporação ou outras perdas de fluido durante longos períodos de operação também são compensadas automaticamente por este pulmão, mantendo sempre constante o nível do tanque de congelamento.
[ 0057 ] Tal construção não está presente em nenhum equipamento semi-industrial linear no mercado. Nas máquinas lineares o operador precisa controlar visualmente o nível de fluido, tanto para substituição de moldes por outros de volume diferente, quanto para repor as perdas por evaporação e manuseio, consideravelmente grandes por se tratar de um sistema aberto.
[ 0058 ] A calha do vertedouro (5) é construída com fundo inclinado de maneira que o fluido congelante seja conduzido para seu ponto mais baixo, onde está localizado o duto de sucção (6) da bomba de circulação. O recalque dessa bomba força o fluido a passar por um trocador de calor (36), mostrado na Fig. 6, e em seguida o reconduz novamente para o distribuidor de fluido (4).
Prato giratório porta-moldes
[ 0059 ] Sobre o tanque de congelamento (1) é colocado o prato porta-moldes (7) em forma de coroa circular, constituído por setores circulares (7D) com recortes (7C) para encaixe preciso de cada molde de picolés (9) e fixadores de moldes interno (10) e externo (não referenciado). Estes setores podem ser feitos em plástico (usinado, roto moldado ou laminado em fibra de vidro) ou até em aço inoxidável de pequena espessura. A alternativa roto moldada pode ser preenchida com poliuretano em seu interior, configurando um isolamento térmico que evita a condensação de água sobre as placas. A alternativa plástico usinado, com espessura adequada, também possui essa vantagem.
[ 00 60 ] Abaixo dessas placas existem roletes (1 1) fixados no tanque de congelamento que possibilitam o giro do conjunto completo de moldes de picolés, movimentados pelo disco de tração (8), também feito em plástico ou em aço inoxidável, que por sua vez é acionado em seu centro pelo motorredutor de passo (12). Devido ao baixo peso dessa estrutura, não há a necessidade de um mancai central robusto para apoiá-la, como nas máquinas giratórias industriais conhecidas do estado da técnica. Elimina-se também a necessidade de vários pistões pneumáticos como nas máquinas lineares tipo "vai-e-vem". O motorredutor de passo (12) é controlado eletronicamente de forma a movimentar com precisão, de acordo com a velocidade de produção desejada, o prato porta-moldes, em intervalos angulares correspondentes à distância entre moldes adjacentes.
[ 00 61 ] Os recortes ou aberturas retangulares (7C) para acomodar os moldes providos no prato porta-moldes (7) evitam que um molde (9) empurre outro durante o processo de produção (o que pode danificar os moldes com o tempo de uso), como nas máquinas lineares, e também fecham o ambiente dos moldes (9) contra respingos de fluido congelante, muito comuns nas máquinas lineares de sistema aberto. O sistema ora proposto assemelha-se àquele utilizado no prato giratório das máquinas industriais conhecidas, com a enorme vantagem de permitir a remoção de cada molde (9) individualmente a qualquer momento, tanto para lavagem quanto para qualquer eventualidade (substituição por outro modelo de molde, manutenção, etc).
Desmolde de picolés
[ 00 62 ] O dispositivo de desmolde opera sem que haja necessidade de retirar o molde (9) e mergulhá-lo num tanque de água quente, tal como ocorre nas máquinas lineares. De acordo com a invenção, tal dispositivo compreende uma caixa de aço inoxidável (40) que é movimentada verticalmente por um pistão elevador (30) dentro de um nicho (29), entre uma posição inferior e uma posição superior.
[ 00 63 ] Antes da operação de desmolde - a qual se inicia quando o motor de passo posiciona o molde com os picolés congelados na estação de desmolde, ou seja, sobre o nicho (29) - tal caixa (40) se encontra na posição inferior, ou seja, junto ao fundo do tanque de congelamento, estando imersa no fluido congelante (em baixa temperatura) e cheia desse fluido.
[ 00 64 ] Ao iniciar-se o ciclo de desmolde, um pistão elevador (30) promove a elevação da dita caixa, guiada por dois tubos (42) e (44), que transpassam a parede externa (2) do canal toroidal (1) à qual estão rigidamente fixados. Ao atingir a posição de máxima elevação, dita caixa acomoda em seu interior o molde de picolés congelados (9).
[ 00 65 ] O fluido congelante é então drenado através do tubo (44) e pela eletroválvula (43) que encaminha esse fluido para um tanque frio (38), segundo indicado pela seta (F) na FIG. 5. Uma bomba (39) envia esse fluido para o pulmão (5) que funciona como reservatório do fluido congelante.
[ 00 66 ] Em seguida, a bomba (31) é acionada, enviando sob pressão o fluido aquecido, contido no tanque (33), para o tubo (42), como simbolizado pela seta (Q) na FIG. 5. O referido tubo introduz esse fluido numa tubulação horizontal (41) dotada de uma pluralidade de perfurações voltadas para cima, através das quais o fluido quente é lançado sob a forma de jatos que atingem os copos do molde (9). O uso de tais jatos, simbolizados na FIG. 5. pelas setas verticais pequenas, aumenta a eficiência na troca de calor, que resulta no desmolde dos picolés em cerca de 3 segundos. A técnica de desmoldagem por meio de jatos apresenta a vantagem adicional de dispensar o enchimento da caixa com fluido quente, sendo utilizado um volume equivalente a apenas cerca de 1/3 de sua capacidade. O fluido jorrado embaixo dos copos de picolés é imediatamente drenado pelo tubo (44) conforme a seta (Q).
[ 00 67 ] O fluido drenado é encaminhado, mediante a eletro válvula (43), ao tanque de aquecimento (33) onde é aquecido por meio de resistências elétricas para ser reencaminhado pela bomba (31) ao tubo (42) e à caixa (40).
[ 00 68 ] Na parte superior do molde, que está preso no prato porta-molde (7), por intermédio dos fixadores de moldes (10), um operador apenas retira manualmente o extrator (9 A) com os vinte e oito palitos de picolés presos nele.
[ 00 69 ] Terminado o ciclo de desmolde, com a retirada dos picolés e o esvaziamento completo da caixa (40), o pistão elevador (30) desce a caixa para o fundo do tanque de congelamento (1), onde a mesma é novamente inundada com fluido congelante.
[ 007 0 ] O acionamento do pistão elevador (30) é feito por uma derivação da tubulação de fluido congelante associada à bomba centrífuga (35) de fluido congelante, indicada na Fig. 6, aproveitando a pressão fornecida por essa bomba, processo este que também é objeto da presente invenção. Tal acionamento do pistão elevador pode também ser feito por ar comprimido ou por motor elétrico.
[ 007 1 ] Uma vez abaixada a caixa (40), o prato porta-moldes (7) está pronto para girar mais um passo, quando outro molde será posicionado na estação de desmolde, e assim por diante.
[ 0072 ] Importante ressaltar que o fluido congelante e o fluido de aquecimento são iguais, porém trabalham em circuitos diferentes de maneira a evitar perdas térmicas, não havendo mistura entre os fluidos quente e frio. Essa separação é proporcionada pelo conjunto de eletroválvulas e pelo sistema de esvaziamento e enchimento da caixa de desmolde, conforme explicado anteriormente.
[ 0073 ] Por oportuno, deve-se observar que o tubo de drenagem (44) não possui conexão hidráulica com o tubo perfurado (41). Há apenas uma conexão mecânica entre eles. A caixa (40) é fixada ao pistão elevador (30) de modo que somente ela suba e desça, enquanto os tubos verticais (42) e (44) formam uma espécie de "ponte" com o tubo (41),fixada ao fundo do tanque de fibra de vidro.
[ 0074 ] Mais especificamente, a válvula (43) posicionada na parte inferior do tubo (44) mostrada na Fig. 4, direciona o fluido drenado para tanques separados, um para fluido quente (33) e outro para fluido frio (38), que ficam na parte inferior do equipamento. O tanque de fluido frio possui uma pequena bomba (39) que leva este fluido de volta ao tanque pulmão (5) da máquina por intermédio do tubo (45). O tanque de fluido quente (33) possui outra bomba (31) para efetuar o jato quente embaixo do molde (9), através do tubo (42), retornando ao mesmo tanque pelo tubo (44). Dentro do tanque quente (33) estão posicionadas resistências elétricas para aquecer o fluido novamente.
[ 0075 ] A caixa de desmolde possui volume interno aproximado de 10 litros, suficiente para envolver o molde de picolés. O tanque frio (38) possui volume pouco superior pois recebe e bombeia o volume completo da caixa de desmolde. O tanque quente (33) por sua vez, também possui volume aproximado de 10 litros porém recebe e bombeia somente 3 litros para a caixa de desmolde, sendo o fluido restante utilizado para manter as resistências elétricas sempre cobertas por fluido.
[ 007 6 ] Uma guarnição de borracha (38) ao redor da caixa evita que respingos do jato de fluido abaixo do molde saiam da caixa e contaminem os picolés.
Comparado ao dispositivo de desmolde utilizado em máquinas circulares industriais, que não possui partes móveis, o mesmo aparenta ser desvantajoso, ao adotar meios que sobem e descem para fazer o desmolde dos picolés. Entretanto, a configuração adotada resulta em alta eficiência energética tendo em vista que utiliza apenas 3 litros de fluido quente para desmoldar 28 picolés, enquanto máquinas industriais utilizam cerca de 20 litros de fluido aquecido para cada 10 picolés. O espaço ocupado pelo conjunto de desmolde proposto pela invenção é cerca de 1/3 do espaço ocupado pelo conjunto de desmolde de máquinas industriais. O custo final resulta bastante inferior na solução aqui proposta, uma vez que o funcionamento das máquinas industriais, para que o sistema de desmolde não tenha partes móveis, exige tanques e outros aparatos de difícil construção e operação. Estrutura do equipamento
[ 0077 ] A Fig. 7 mostra um conjunto de cantoneiras parafusadas (20) sobre o qual é apoiado o tanque de congelamento (1). Ao redor do conjunto são colocadas placas (21), de inox, como revestimento. Em sua parte inferior estão dispostos rodízios para movimentação do equipamento bem como sapatas (22) com altura regulável para seu nivelamento correto.
Dosadores
[ 007 8 ] Na FIG. 2 é mostrado o nicho (29) que acomoda o dispositivo de desmolde onde está acomodada a caixa móvel. Ao lado esquerdo desse nicho está posicionado o painel de controle (27) do equipamento.
[ 007 9 ] Segundo mostra a FIG. 2, nas estações seguintes ao desmolde podem ser posicionados dosadores de líquidos (23), de particulados (24) e de recheios (25), além de palitador, não mostrado na figura, de forma similar ao que é feito hoje em máquinas lineares.
[ 008 0 ] Cada dosador é acomodado sobre estruturas móveis (28) providas de rodízios com o intuito de facilitar seu posicionamento em função do tipo de picolé a ser produzido.
[ 008 1 ] Por exemplo, um picolé de três sabores pode precisar de três dosadores de líquidos apenas, um de cada sabor, enquanto um picolé mais elaborado, com particulados em sua mistura (como amendoim, castanhas etc.) pode necessitar apenas de um dosador de particulados e assim por diante. Máquinas semi-industriais convencionais acomodam os dosadores sobre o tanque, tornando difícil o rearranjo destes em função do tipo de picolé a ser produzido.
[ 0082 ] A operação de extração dos picolés dos moldes também pode ser feita por um atuador automatizado, utilizando-se um braço giratório que dispensa os picolés diretamente sobre a esteira de uma embaladora, ou até mesmo sistemas de banho de chocolate, como nas máquinas giratórias industriais.
Parte inferior do equipamento
[ 0083 ] A Fig. 6 apresenta o conjunto de dispositivos que estão posicionados abaixo do tanque de congelamento. São eles: a bomba (31) de desmolde e o tanque de fluido quente (33), proporcionando fluido quente sob pressão para alimentar a tubulação (41) produtora dos jatos de desmolde; o painel de controle (27) que é conectado à caixa elétrica de modo a acionar todos os dispositivos da máquina; o compressor de refrigeração (34) que trabalha em conjunto com o condensador (37) e o trocador de calor (36) de maneira a manter a temperatura do fluido congelante em temperaturas que podem ultrapassar -30°C; a bomba centrífuga (35) que é responsável por circular e j atear o fluido embaixo dos moldes e promover o congelamento dos picolés, além de fornecer fluido sob pressão para acionamento do pistão elevador (30); o motor de passo (12) que movimenta os pratos porta-moldes (7), de maneira intermitente, posicionando o molde com picolés já congelados sobre a estação de desmolde e os moldes subsequentes nas estações de dosagem.
[ 0084 ] O equipamento não possui acionamentos pneumáticos e elimina a necessidade de unidade de ar comprimido, acessório indispensável, e caro, utilizado nas máquinas convencionais.
[ 0085 ] A disposição dos componentes dentro da estrutura hexagonal de cantoneiras resulta bastante compacta, com 2,3 metros de diâmetro externo do equipamento e área ocupada 30% inferior aos equipamentos lineares convencionais.
Fluido congelante
[ 008 6 ] Numa primeira concretização da invenção, foi utilizado um fluido congelante produzido por uma empresa química dos EUA, capaz de manter baixa viscosidade em temperaturas inferiores às atingidas pelo cloreto de cálcio. Trata-se de um fluido compreendendo hidrocarbonetos parafínicos, imiscível em água, não corrosivo e com baixíssimo índice de evaporação, além de ter excelentes propriedades térmicas em baixas temperaturas. O alto custo deste fluido é compensado, no sistema proposto, pela diminuição do volume necessário, uma vez que o tanque de congelamento é confeccionado de maneira a minimizar seu volume interno.
[ 0087 ] Com efeito, na técnica conhecida, tal volume varia entre 400 e 600 litros nas máquinas lineares chegando a cerca de 2000 litros nas máquinas industriais. Em contraposição, o sistema da invenção utiliza apenas 200 litros desse fluido congelante, sendo um dos seus fornecedores a empresa Paratherm, que comercializa o dito fluido sob o nome de Paratherm LR®.
[ 008 8 ] Embora esse fluido já seja conhecido, a sua utilização em circuito aberto é uma inovação importante, tendo em vista que o Paratherm LR® é imiscível em água. Dessa forma, qualquer pequena quantidade de água que venha a ser condensada dentro do tanque, mesmo proveniente do ar úmido ali existente, poderá congelar imediatamente ao cair no fluido congelante, formando flocos de gelo que geralmente obstruem os trocadores de calor do equipamento e muitas vezes bloqueiam completamente o bombeamento do fluido.
[ 008 9 ] Para resolver esse problema, o inventor adicionou, após exaustivas pesquisas e testes, de 5 a 10% de uma substância higroscópica de baixo ponto de congelamento, tal como o propileno glicol ou o álcool, ao Paratherm LR®. Embora o propileno glicol também não se misture com o Paratherm LR®, ele serve para absorver as eventuais gotas d'água que porventura caiam no fluido congelante, uma vez que ele é miscível em água.
[ 0090 ] Ao iniciar o bombeamento, é formada uma emulsão entre o Paratherm LR® e o propileno glicol, separando-se completamente após algumas horas do desligamento da bomba; o propileno glicol ocupa a parte inferior do tanque e pode, assim, ser facilmente drenado quando estiver saturado com água. [ 0091 ] Essa mistura e a forma como ela é utilizada também é objeto da presente invenção, uma vez que, além de inovadora, traz grandes vantagens, ressaltando que a formulação do Paratherm LR® não é apresentada, por ser um produto comercial e a sua fórmula não é disponibilizada pelo fabricante.
[ 0092 ] De modo vantajoso, dito fluido à base de hidrocarbonetos pode ser substituído por uma solução salina que não ataca o aço inoxidável nem a maioria dos materiais, como ocorre com o cloreto de cálcio usado em máquinas industriais convencionais. Também não agride polímeros, como ocorre com o Paratherm.
[ 0093 ] Trata-se do formiato de potássio (KHCO2) misturado com água deionizada, na proporção em peso entre 30% e 60% de formiato de potássio, ao qual podem ser adicionados compostos anti corrosivos que protegem contra materiais específicos, como ligas de cobre e alumínio. Ao contrário do Paratherm, esta solução não é inflamável, além de ser atóxica e biodegradável (Paratherm não é biodegradável nem 100% atóxico). A faixa de pH em que dita solução é menos corrosiva vai de 7 a 8, sendo o valor do pH ajustado mediante borbulhamento de CO2 ou adição de doses controladas de Fosfato de Dipotássio a 50%.
Como a máquina da invenção possui um tanque (33) onde o fluido precisa ser aquecido a 50°C (ou mais) para desmolde dos picolés, o formiato de potássio mostrou-se 100% seguro, enquanto o Paratherm pode ser perigoso, caso algum problema venha a acontecer no controle das resistências elétricas de aquecimento e a temperatura ultrapassar os 80°C.
[ 0094 ] O controle da densidade dessa mistura é simples, uma vez que somente a água evapora dela (o sal permanece no tanque). O método da invenção compreende ainda o controle de sua acidez (pH), que tem influência direta sobre um eventual potencial corrosivo da substância. Segundo mencionado, a faixa de valores de pH na qual essa solução é monos corrosiva é entre 7 e 8.
Vantagens da máquina construída de acordo com a invenção
[ 0095 ] O objeto da presente invenção constitui-se, portanto, numa produtora de picolés giratória, com custo semelhante ou até inferior ao dos modelos lineares, eliminando todos os inconvenientes destes últimos e superando o modelo giratório industrial em diversos aspectos. Segue a relação das vantagens da invenção.
[ 0096 ] Permite trabalhar com mais de um tipo de fluido congelante, em temperaturas inferiores a -30°C, tanto com a utilização do Paratherm LR® + propileno glicol, como com a solução de formiato de potássio, a qual, além das vantagens acima citadas, possui custo substancialmente inferior ao Paratherm LR®. [ 0097 ] E construída com componentes de aço inoxidável comum, pois não emprega agentes corrosivos como o cloreto de cálcio. Também podem ser usados plásticos de diversos tipos em sua construção.
[ 0098 ] O acionamento do prato porta-moldes rotativo, por sua leveza, pode ser feito por um único atuador, com potência inferior àquela das máquinas lineares semi industriais e nas giratórias industriais.
[ 0099 ] Assim como nas máquinas giratórias industriais, não há contato direto dos picolés com o fluido congelante, pois este fica abaixo do disco giratório, que por sua vez acomoda de forma hermética cada um dos moldes em seus encaixes.
[ 00100 ] O sistema de encaixe dos moldes elimina a evaporação intensa do fluido congelante, uma vez que este circula em ambiente fechado e não aberto como em máquinas lineares convencionais. Além disso, o material plástico e isolante térmico diminui drasticamente a absorção, pelo fluido congelante, de água condensada do ar ambiente, água esta que aumenta a viscosidade do fluido em pouco tempo e diminui a velocidade de produção de picolés.
[ 00101 ] Grande facilidade de posicionamento das unidades dosadoras, uma vez que são acomodadas sobre suportes móveis independentes e não sobre o tanque, como em máquinas lineares convencionais.
[ 00102 ] E grande a facilidade de retirada de cada molde da máquina no final do dia para serem lavados em lavadoras de louça industriais, com água quente, detergentes e sanitizantes, num processo 100% seguro e prático. Nas máquinas industriais um operador precisa literalmente subir no prato giratório e lavar os moldes com mangueira d'água, num processo bastante rudimentar, para depois succionar ou expulsar, com sopro de ar comprimido, a água restante nos moldes dos picolés.
[ 00103 ] Por utilizar moldes comerciais padronizados e de baixo custo, a troca de formatos de picolés (existem vários modelos ofertados pelos fabricantes de moldes) também fica bastante facilitada. Nas máquinas industriais é preciso trocar o prato porta-moldes inteiro quando se deseja produzir picolés de outros formatos, numa operação que demanda pelo menos um dia de trabalho.
[ 00104 ] Não há necessidade de retirar os moldes do tanque de congelamento para serem imersos num tanque de água quente, pois no sistema da invenção o dispositivo de desmolde está posicionado no próprio tanque de congelamento, como já explicado, com a vantagem de utilizar o mesmo fluido utilizado para congelamento, porém aquecido. As máquinas lineares convencionais, ao utilizarem água no tanque de desmolde, fazem com que os moldes tragam gotas d'água para o tanque de congelamento, que acaba saturando o álcool ou glicol ali presentes, aumentando a viscosidade da mistura e diminuindo significativamente a velocidade de produção. Normalmente, nas máquinas lineares, é necessário substituir completamente o álcool ou o propileno glicol a cada 15 dias de trabalho contínuo.
[ 001 05 ] Não há necessidade de regular o nível de fluido congelante visualmente, constantemente e de forma manual, como nas máquinas lineares convencionais, pois o sistema de vertedouro em canaleta circular (5) faz isso automaticamente, mesmo quando são colocados moldes de picolés com volumes diferentes ou a máquina trabalha com menos moldes que o máximo permitido, para produções menores.
[ 001 0 6 ] O maquinário proposto de acordo com a invenção pode também trabalhar com propileno glicol no tanque de congelamento, caso o produtor prefira ou não tenha acesso ao Paratherm LR® ou ao Formiato de Potássio, porém as temperaturas de operação não poderão ser inferiores -20°C. A evaporação do propileno glicol neste maquinário é sensivelmente reduzida, bem como a absorção de umidade, uma vez que trabalha em ambiente fechado pelo prato porta- moldes giratório e não em ambiente aberto como em máquinas lineares convencionais.
[ 001 07 ] Não utiliza unidades de ar comprimido para acionamento do prato giratório nem do sistema de desmolde. As unidades de dosagem também podem ser fornecidas com acionamento elétrico e não pneumático. As máquinas disponíveis no mercado, sejam elas semi-industriais ou industriais, exigem o uso de ar comprimido para sua operação.
[ 001 08 ] Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com uma modalidade preferencial de realização, deve ser entendido que poderão ser introduzidas modificações no que se refere a certos detalhes de construção e forma, sem que isso implique afastar-se dos princípios fundamentais da invenção. Assim, pretende-se cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes possíveis dentro do espírito e do escopo da invenção, segundo definida no conjunto de reivindicações que se segue.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1 EQUIPAMENTO CIRCULAR COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS, compreendendo um tanque de congelamento em forma de canal toroidal (1) contendo líquido refrigerante, ao qual é superposto um porta-moldes rotativo, caracterizado pelo fato de dito porta-moldes ter o formato de uma coroa circular (7), formada pela junção de uma pluralidade de setores (7D) afixados à periferia de um disco de tração (8) acionado por um motor de passo (12), ditos setores compreendendo aberturas retangulares (7C) radialmente dispostas em que se encaixam moldes (9), as porções inferiores dos moldes estando imersas no líquido refrigerante, e pelo provimento de uma tubulação rígida (4) disposta no fundo de dito canal dotada de uma pluralidade de orifícios radiais orientados em ângulos diversos (19) através dos quais são lançados jatos do líquido refrigerante sob pressão.
2 EQUIPAMENTO COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito canal toroidal possuir parede dupla (IA, 2) formando um sanduíche onde o espaço entre ditas paredes é preenchido com um isolante térmico rígido (3).
3 EQUIPAMENTO COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um dispositivo de desmolde compreendendo um nicho paralelepipédico (29) orientado radialmente dentro de dito tanque de congelamento (1) e uma caixa (40) verticalmente deslocável, que acomoda em seu interior um molde (9) quando em sua posição superior.
4 EQUIPAMENTO COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS, de acordo com reivindicação 3, caracterizado pelo fato de dita caixa deslocável (40) acomodar em seu interior, quando em sua posição superior, uma tubulação horizontal (41) provida de uma pluralidade de orifícios orientados para cima.
5 EQUIPAMENTO COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS, de acordo com reivindicação 4, caracterizado pelo fato de dita tubulação horizontal (41) ser alimentada através de um tubo (42) por um fluido quente sob pressão fornecido por uma bomba (31) ligada a um tanque de aquecimento (33).
6. EQUIPAMENTO COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de dita caixa estar ligada a um tubo (44) de drenagem de fluido, dito tubo tendo sua extremidade inferior conectada a uma válvula (43) com saídas para um tanque frio (38) e para um tanque de aquecimento (33).
7. EQUIPAMENTO COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um distribuidor tubular (4) de fluido congelante posicionado no fundo do tanque de congelamento e forma de canal toroidal, dito distribuidor sendo constituído por um tubo rígido provido de uma pluralidade de orifícios angulados (19).
8 EQUIPAMENTO COM DESMOLDADOR AUTOMÁTICO PARA PRODUÇÃO DE PICOLÉS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de compreender um vertedouro em forma de calha (5) escoado por cima da soleira (5 A) da calha do vertedouro (5), dita soleira estando associada à parede interna do tanque de congelamento em forma de canal toroidal.
9. MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS em que uma pluralidade de moldes (9) está disposta de forma radial num porta-moldes rotativo, apoiado por meio de roletes (11) num tanque de congelamento (1) em forma de canal toroidal e cujo deslocamento é efetuado de forma intermitente por um motor de passo (12), ditos moldes estando imersos num fluido congelante contido no dito tanque, caracterizado por compreender as seguintes etapas:
- despejar por meio de dosadores (23, 24, 25), os ingredientes dentro dos moldes;
- congelar ditos ingredientes mediante contato dos moldes com o fluido congelante agitado;
- desmoldar os picolés em um dispositivo de desmolde por meio de contato dos moldes (9) com líquido aquecido.
10 MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a agitação do fluido congelante, no dito tanque, ser provida pelo jateamento do mesmo através de orifícios angulados (19) providos num distribuidor tubular (4) situado abaixo dos ditos moldes (9).
11. MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de dito fluido congelante compreender uma mistura de um líquido contendo hiodrocarbonetos parafínicos com uma substância higroscópica.
12 MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de dita substância higroscópica ser selecionada dentre o grupo que compreende o álcool e o propileno glicol.
13 MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de dito fluido congelante compreender uma solução de formiato de potássio (KHCO2) em água, numa proporção em peso compreendida entre 30% e 60% de formiato de potássio. 14 MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o pH de dita solução de formiato de potássio (KHCO2) em água ser mantido na faixa compreendida entre 7 e 8.
15 MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o controle do nível (N.L.) de dito fluido congelante ser mantido por meio de um vertedouro (5) em forma de calha, cuja soleira (5 A) está associada à parede interna de dito canal toroidal.
16 MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PICOLÉS de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a operação de desmoldar os picolés compreender os seguintes passos:
- posicionar, por meio do motor de passo (12), o molde (9) sobre a estação de desmoldagem;
- acionar o pistão (30) de modo a elevar a caixa (40), inicialmente no fundo do tanque, para uma posição superior, acomodando em seu interior o molde (9) com os picolés congelados;
- drenar o fluido congelante contido na caixa (40) através do tubo (44) e válvula (43), encaminhando esse fluido para um tanque frio (38);
- bombear o fluido congelante do tanque frio (38) para o vertedouro (5).
- acionar a bomba (31) conectada ao tanque aquecido (33) enviando o fluido aquecido através do tubo (42) para uma tubulação horizontal (41) perfurada que lança jatos de dito fluido aquecido contra os copos do molde (9);
- drenar o líquido aquecido através do tubo (44) e válvula (43) para o tanque aquecido (33);
- extrair os picolés mediante retirada manual de um extrator (9 A) ao qual estão presos os palitos dos picolés;
- retornar a caixa (40) para o fundo do tanque de congelamento e girar em um passo o disco porta-moldes (7).
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