En el presente trabajo se analizan los sistemas actualmente más aplicados en la refrigeración de productos hortofrutícolas comercializados en fresco.
Aunque los efectosde la prerrefrigeración son beneficioso para la mayoría de las frutas y hortalizas no todas tienes las misma exigencias en cuanto a velocidad y temperatura final de enfriamiento, ni tampoco presentan igual comportamiento frente a los procedimientos existentes.
La actividad fisiológica, susceptibilidad a los ataques fúngicos y a las enfermedades producidas por al acción del frío, intimamente ligadas a la especie,variedad, caracterítisticas agrotécnicas de cultivo y grado em de madurez en recolección, así como la temperatura en recolección.
Algunos productos son muy perecederos , es decir, tieen una vida potencia l de conservación reducida (albaricicoque, cereza, fresas, frambuesas etc..) deberán ser enfriadas lo antes posible en pocas horas, después de la recolección, a temperaturas superiores y próximas a su punto de congelación.
Ciertos frutos subtropicales muy perecederos y además sensibles a la bajas temperaturas que complica enormente el tratamiento por frío (papaya, chirimoya, aguacate, mango, etc..)
Estos factores complican enormente el tratamiento por frío de productos hortofrutícolas ya que a la elevada heterogeneidad morfológica de los productos vegetales se une las temperaturas elevadas en recolección, y la diferentes sensibilidades a las bajas temperaturas y ataque fúngico. Las respuesta al medio de enfriameinto será otro factor decisivo a la hora de optimizar la prerrefrigeración de productos vegetales muy perecederos.
En cualquier caso la prerrefrigeración puede realizarse antes o después de envasado del producto; como agente de enfriamiento se utilizan; aire (air cooling, ressure cooling), agua fría (hydroccoler) y vacio (vacuum cooling) o la acción combinada de algunos de ellos (hydraircooling o hydrovac).
Prerrefrigeración por aire
Es el proceso más universalmente utilizado en la refrigeración de frutos. El enfriamiento se realiza mediante transferencia de calor por convección desde la superficie del producto, a través de una película de aire que rodea el fruto (capa límite) a una corriente de aire enfriado por un dispositivo apropiado.
Principios físicos
La ley que rige el enfriamiento de un cuerpo por convección se debe a Newton, y se expresa con la ecuación;
Q=h· (Ts-Tm)·S=
h·▲T.S. [1]
De (1) se comprende que la máxima velocidad de disipación del calor se consequirá cuando:
1º) Se máxima la superficies de intercambio por convección (s) producto-aire
2º) Cuando exista una relación óptima entre el coeficiente de película promedio (h) y el
salto térmico medio (▲T)
La máxima superficie de intercambio entre el aire y un conjunto de cuerpos se consigue, como es obvio, cuando la superficie de cada uno de ellos se encuentra inmersa en la corriente de aire.
Esto, estrictamente, no ocurre nunca, únicamente en "leche fluido" en el que el enfriamiento es individual aunque se procesa en masa; por tamnto, cuando se refrigera un producto a granel o envasado procuraremos aproximarnos a ese máximo, forznado a que ela ire pase a través de los huecos libres existentes entre el conjunto de individuos que integran el lote.
Por otra parte, cuando mayor sea la superficie de intercambio por unidad de volumen, mayor será el coeficiente de película.La relación entre "h" y (▲T) (ambos independendientes) que nos proporciona la máxima transferencia de calor por unidad de superficie de intercambia , viene determinada por consideraciones ecnonómicas en lo que se refiere al flujo de aire y por limitaciones biológicas que atañen a las superficie del producto.
Considerando la ecuación de correlación clásica de los números adimensionales Nusselt-Reynolds-Prandtl:
Nu=A·Reα ·Prß
Sustituyendo por sus valores, tenemos:
(h·R)/Km =A·(U·R/ѵ)α ·(ѵ/am)ß [2]
De (2) se deprende que:
- Para un fluido determinado a una temperatura y velocidad de flujo dados, el coeficiente de película promedio es una función de la longitud características del cuerpo,
h = f (R α-1)
Puesto que el exponente α siempre toma un valor positivo y menor que la unidad, cuanto menor se R mayor será "h". La longitud característica depende de la forma del cuerpo y la dirección del flujo del fluido, luego, si enfriamos un conjunto de elementos de unas características geométricas propias y con un dirección fija del flujo, la longitud característica mínima se tendrá cuando cada elemento se enfrie individualizadamente.
- Para una temperatura determinada del aire y una "longitud" características del produto , h, es una función de la velocidad (U) del aire.
h= g(U)
Si tenemos un caudal determinado de aire que incide sobre la superficie de una mercancia, su velocidad será la que adquiera a su paso por los huecos existentes.Esta velocidad intersticial dependerá de la relación entre la superficie libre de paso y la superficie total perpendicular a las corriente de aire. Cuando esta relación sea pequeña, U, será grande y por tanto le corresponderá un coeficiente "h" elevado
- El valor de h dependerá de las características térmicas y mecánicas del fluido. De manera que cuanto mejor conductor y más inercia térmica tenga mayor será "h". Estas propiedades físicas varían con la temperatura , por tanto, existe una interdependencia entre "h" e "▲T"
De experiencias en prerrefrigeración por aire recogidas de la bibliografía sabemos que el coeficiente "h" varía según los sistemas aplicados alcanza valores de 12 a 30 veces menores que en el enfriamiento por agua.
La amplia oscilación de "h" se explica facilmente con lo expuesto anteriormente, ya que se verá afectado por el tipo de envase o contenedor, naturaleza del producto, forma de estiba y modo de que circula el aire (figura 1)
Es evidente que la accesibilidad del producto al aire frío es fundamental para conseguir tiempos de semienfriamiento menores, y por tanto, será ideal, bajo un punto de vista de transmisión de calor prerrefrigerar el producto de la forma mas individualizada posible, como por ejemplo a granel.
Sin embargo, esto no es siempre posible bien porque se trata de fruto pequeños (uva, fresa) que ofrecen gran resistencia al paso de l aire a través de los intersticios bien porque el producto es delicado y no permite su manejo a granel, o porque por exigencias de la explotación son acondicionados directamente en los envases de expedición con anterioridad al enfriamiento.
Esto implica un diseño adecuado de la estiba que permita un buen acceso del aire a cada envase dentro de su lote uy al producto dentro del envase. Desgraciadamente, la estiba mecanizada hipoteca la disposición de los envases para lograr este efecto, por ello las mejoras deben buscarse en la concepción del envases y en los cuitos del aire.
Esto implica un diseño adecuado de la estiba que permita un buen acceso del aire a cada envase dentro de su lote uy al producto dentro del envase. Desgraciadamente, la estiba mecanizada hipoteca la disposición de los envases para lograr este efecto, por ello las mejoras deben buscarse en la concepción del envases y en los cuitos del aire.
Sistemas de prerrefrigeración por aire
En las Centrales Hortofrutícolas, donde se realiza el acondicionamiento y almacenamiento frigorífico de productos vegetales, con el fin no sobrecargar el equipo frigorífico de todas las cámaras, lo cual sería antieconómico, se dispone de uno o varios equipos especializados en prerrefrigeración con potencia frigorífica suficiente, que haga frente a las entradas diarias de producto durante la campaña.
Esto tiene a veces el inconvenientes de obligar a una doble manipulación. Habrá que tener por tanto en cuenta , además de las exigencias específicas del producto, la importancia de las expediciones en relación a la cantidad de mercancía destinada a almacenamiento , en la elección del número tipo y dimensiones del equipo de refrigeración.
En función de las características los diferentes tipos de preemfriamiento por aire los podemos agrupar en:
Esto tiene a veces el inconvenientes de obligar a una doble manipulación. Habrá que tener por tanto en cuenta , además de las exigencias específicas del producto, la importancia de las expediciones en relación a la cantidad de mercancía destinada a almacenamiento , en la elección del número tipo y dimensiones del equipo de refrigeración.
En función de las características los diferentes tipos de preemfriamiento por aire los podemos agrupar en:
Prerrefrigeración en cámara
Se utilizan cámaras frigoríficas, normalmente de dimensiones pequeñas con capacidad de tratamiento de 12 a 15 Tn por operación, lo que equivale a la carga de 2 vagones frigoríficos. La instalación frigorífica se dimensiona para la carga de 30ºC a 5ºC en 16 horas. Se suelen emplear ventiladores de caudal variable m, para poder utilizarlos también como cámara de conservación. La prerrefrigeración es lenta y además no es homogénea.
Prerrefrigeración en túnel
Los túneles son recintos especialmente construídos para conseguir velocidades de aire superiores a 5m/seg. La estiba se debe realizar de forma que no existan grandes huecos que originen cortocircuitos de aire. La potencia de los ventiladores es considerable, obligando a un aumento de la potencia frigorífica que absorba el calor producido por los motores de accionamiento de los ventiladores.Normalmnete se dimensiona para un tiempo total de enfriamiento que oscila entre 1 y 6 horas.
Según la forma de realizar la carga del producto se pueden clasificar en discontínuos y contínuos.
Túneles discontinuos. Son los de uso más común. Entre ellos debe destacarse el túnel multiceldilla (figura 2)similar al utilizado en congelación.El túnel se compone de varias celdas en la que se introducen una o varias unidades de carga (pallets). La entrada del producto se hace de forma perpendicular a la corriente de aire y los evaporadores enfriadores del aire están situados entre las celdas , de amnera que el aire que ha pasado de la mercancia de una celdilla s se enfría antes de entrar en las siguientes. Así se consigue que no existan prácticamente diferencias de temperaturas entre la primera celda y la última. (figura 2).
La disminución de la sección de paso de aire , como consecuencia de la disposición de los evaporadores supone obtener elevadas velocidades con menores caudales. Si, además, en su diseño prevalecen criterios aerodinámicos, tendentes a minorar las pérdidas de presión se consigue una disminución importante de la potencia de ventiladores a instalar.
La disminución de la sección de paso de aire , como consecuencia de la disposición de los evaporadores supone obtener elevadas velocidades con menores caudales. Si, además, en su diseño prevalecen criterios aerodinámicos, tendentes a minorar las pérdidas de presión se consigue una disminución importante de la potencia de ventiladores a instalar.
Túneles continuos. La mercancía pasa a través del túnel conducida, generlamente, por una cinta transportadora. Citaremos el prototipo desarrollado por Ishibashi (Japón). El producto a granel es transportado a lo largo del túnel pasando por 3 tramos con aire a 10ºC, 0ºC y -10ºC, respectivamente. Así, al uniformizar el salto térmico aire-producto se igual más la carga térmica y en consecuencia el rendimiento de la instalación frigorífica es mejor.
La velocidad dela ire en la sección inicial de contacto con el producto, es decir, antes de atravesar la mercancía, es de 3.6m/seg. Con este diseño se ha conseguido enfriar cítricos de 64mm de diámetro desde 25ºC a 5ºC en 1 hora.
Prerrefrigeración por presión de aire (Pressure cooling)
Es una modificación de las cámaras de prerrefrigeración. mediante deflectores y una estiba adecuada se consigue crear unos gradientes de presión que fuerzan al aire a pasar por el interior del envase, contactando directamente con el producto.
La eficacia de del sistema requieres envases con ventilación suficiente en la dirección de la corriente del aire y el mínimo material de envoltura que interfiera con el paso libre del aire. Bajo estas condiciones, con una pequeña diferencia de presión se consigue una buena circulación del aire y una exccelente transferencia de calor, alcanzando velocidades de enfriamiento superiores en 4 o 10 veces a las de una cámara convencional.
Este aumento de la rapidez de enfiramiento permite una mayor cantidad de producto a tratar y el volumen ocupado por el prerrefrigerador puede ser del orden de 1/3 y 1/4 del ocupado por una cámara convencional equivalente, aunque evidentemente necesita estar equipado con potencia frigorífica y de la ventilación superiores. En el caso de grandes recintos tien el inconveniente de que a medidad que ela aire atraviesa un numero creciente de pallets, el enfriamiento es más irregular.
Sistemas de enfriamiento del aire
Generalmente, el enfriamiento del aire se realiza con evaporadores de expansión directa, equipados con ventiladores axiales, que pueden mover caudales elevados de aire, con presión estática suficiente que garantice la circulación del mismo. La superficie del evaporador se dimensiona para un salto térmico medio logarítmico menor o igual a 5ºC, con el fin de mantener humedades altas del aire y reducir las pérdidas de peso.
Un dispositivo, muy efectivo, que mantiene altos niveles de humedad relativa en el aire es el tipo de torre, muy parecido a los sistemas existentes de recuperación de agua (figura 3).El aire se nefría al atravesar el relleno de la torre circulando de abajo hacia arriba, y en contracorriente con agua helada. El agua se refrigera mediante un evaporador sumergido en el tanque de alimentación de agua.
La temperatura y humedad del aire tratado dependen de la temperatura del agua y de la relación entre los caudales másicos del aire y agua para un tipo de torre determinada (sección de paso, clase, altura de relleno, etc.). La diferencia de la temperatura de bulbo seco del aire a la salida de la torre y el agua a la entrada, puede estar próxima a 0.3ºC.
La temperatura de rocío del aire a las salida a la salida es igual a la temperatura del agua a la entrada.. Con un buen diseño se consigue regular fácilmente la temperatura del aire controlando la temperatura del agua.
Las ventajas fundamentales de este sistema de enfriamiento del aire en contraposición a un evaporador convencional son; niveles de humedad del orden del 98%, se evita la congelación superficial del producto, no son necesarios desescarches prolongados y las pérdidas de presión del aire por fricción al atravesar la torre con menores.
Lamúa , M., Cuesta, F. y Alique, R. Prerrefrigeración de frutas y Hortalizas. II. Aplicación. Alimentación Equipos y Tecnologías, marzo-abril, 1986. pág. 106-120
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