Technical Papers. 28th Annual Meeting. International Institute of Ammonia Refrigeration. March 19 22, 2006

Transcripción

1 Technical Papers 28th Annual Meeting International Institute of Ammonia Refrigeration March 19 22, Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition Reno Hilton Resort and Casino Reno, Nevada

2 ACKNOWLEDGEMENT The success of the 28th Annual Meeting of the International Institute of Ammonia Refrigeration is due to the quality of the technical papers in this volume and the labor of its authors. IIAR expresses its deep appreciation to the authors, reviewers, and editors for their contributions to the ammonia refrigeration industry. Board of Directors, International Institute of Ammonia Refrigeration ABOUT THIS VOLUME IIAR Technical Papers are subjected to rigorous technical peer review. The views expressed in the papers in this volume are those of the authors, not the International Institute of Ammonia Refrigeration. They are not official positions of the Institute and are not officially endorsed. EDITORS M. Kent Anderson, President Chris Combs, Project Coordinator Gene Troy, P.E., Technical Director International Institute of Ammonia Refrigeration 1110 North Glebe Road Suite 250 Arlington, VA (voice) (fax) Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition Reno Hilton Resort and Casino Reno, Nevada

3 Trabajo técnico #2 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro, PhD ME Phi Engineering, Design and Consulting Fort Worth, Texas Resumen Este producto será consumido exactamente como sale de la planta procesadora. Entre la planta y el centro de distribución podrá en el producto LAC no haber calor suficiente en nuestras casas antes que el alimento sea consumido. Sin calor suficiente, no puede haber lugar para errores. Según el método seguido, la refrigeración requerida podrá ser distinta IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada IIAR

4

5 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro Importancia de estos temas Todos los alimentos son altamente perecederos. Todos deben tener un tratamiento adecuado. Este tipo de alimento, porque puede no recibir en nuestras casas el calor necesario para matar todos los microorganismos, es un producto de un riesgo más alto. Este tipo de producto sale directamente de la planta a la boca de nosotros, sin pasar por un tratamiento térmico en nuestras casas y cocinas capaz de matar todos los microorganismos nocivos a nuestra salud. Sin esta etapa, muy importante para la seguridad de nuestros alimentos, la calidad necesaria es ahora más importante y por eso renovado cuidado y atención es absolutamente necesario. Cada error en la planta puede valer una enfermedad o una muerte. Definición Qué es un producto LAC? LAC quiere decir listo a comer o sea, alimentos preparados industrialmente listos a servir después de un calentamiento rápido en un horno, una freidora, un pote o un horno microonda (la solución más común), pero abajo de la temperatura y tiempo necesario para pasterizar o sea, para eliminar toda la actividad microbiana. Trabajo técnico #2 IIAR

6 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada Qué es enfriar? Enfriar es el acto de remover calor de un producto alimentario y lograr un cambio en su temperatura desde una más alta a otra más baja, pero por encima del punto de congelación de ese alimento. Qué es congelar? Congelar es el acto de cambiar el todo o parte del contenido de agua de un producto alimentario desde el estado líquido al estado sólido. Qué es pasterización? Pasterización (en general) es el acto de elevar la temperatura de un producto, para inmediatamente después bajarla sufriendo el producto un choque térmico. La combinación de la alta temperatura seguida de un cambio tan repentino en la temperatura del producto permite la eliminación de microorganismos. Opciones de procesamiento En los Estados Unidos se siguen dos métodos distintos para la producción de productos LAC. Después de una preparación en crudo, los alimentos van a cocer. El proceso (A) emplea temperaturas de tal forma que la temperatura del producto va por encima de 185 F. En el proceso (B) la temperatura del producto podrá estar abajo del 185 F. Estos dos tipos distintos de proceso requieren soluciones distintas de frío industrial. 418 IIAR 2006 Trabajo técnico #2

7 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro Típicamente el producto va a cocer empacado en un filme plástico sanitario. Así que cuando se necesite enfriar puede emplearse aire, agua o una combinación de los dos. Los productos que van a cocer y su temperatura va arriba de los 185 F, típicamente no requieren matanza de superficie. Los productos que van a cocer y su temperatura se queda por debajo de 185 F, típicamente son enfriados por agua y aire, y requieren matanza de superficie que es un tratamiento de agua muy caliente proyectada de modo a llevar su temperatura superficial por encima de los 185 F para se bajar repentinamente la temperatura y garantizar la sanidad alimentaria. La descripción de los metodos es simplificada, una vez que la exponencia es tan solamente dedicada a los metodos y sistemas de enfriamiento de los productos. Las tablas publicadas son de la responsabilidad del autor y no representan ninguna copia o citación de otro autor, libro, o revista técnica. Para una idea general sobre los metodos, consulte la figura 1. Calculo de enfriamiento Necesitamos retirar calor para reducir la temperatura de un producto. Retiramos solamente el calor sensible. Para simplificar el ejemplo se tomó la temperatura de 28 F como arriba del punto de congelación. Algunos alimentos tienen puntos de congelación más bajos. Para cada caso consulte la tabla técnica adecuada. Primero se verifica si es posible y económico, después se calcula. Imagine que uno quiere bajar la temperatura de 100,000 libras de carne de res desde los 95 F a los 28 F en 8 horas. Trabajo técnico #2 IIAR

8 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada 100,000 lb. x 0.77 BTU/lb. X (95-28) = 5,159,000 BTU. Como lo necesitamos en 8 horas: 5,159,000 / 8 horas = 644,875 BTU/h = 53.7 TR. Cociendo carne Por definición, todo el proceso empieza con calor para cocer el producto alimentario. En este caso se enseña un asado en horno. Al final del proceso, resulta que la superficie bien que el corazón se encuentra a temperaturas bien altas. Hay por lo tanto que bajarlas o sea, enfriarse la carne. Cada país tiene sus reglas que determinan a cuantos grados hay que bajar la temperatura y también cuantos minutos la operación tiene que durar. Resulta de las leyes de Estados Unidos que no es posible bajar a la temperatura final empleando aire frío solamente ya que no se logra bajar a la temperatura final con aire solo. Por lo tanto hay que emplear agua como primera etapa y luego aire frío. Por esta razón no es practico empacar la carne con filme plástico después de enfriada. Los procesadores más grandes de los Estados Unidos Americanos tratan de empacarla con filme plástico antes de que vaya al horno a cocer. Así que no es complicado ducharse el agua sobre la carne cuando está todavía al interior del horno. Se puede emplear agua de un pozo, después de tratarla naturalmente, de red o agua enfriada en un chiller tubular o de placas, para bajar la temperatura desde los 420 IIAR 2006 Trabajo técnico #2

9 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro 185 F a los 80 F por ejemplo. Cuando esta operación esté terminada típicamente se inicia la etapa dos, empleando aire frío para bajar la temperatura de la carne desde los 80 F a los 36 F. Para una idea general sobre los tiempos, consulte la figura 2. Proceso sin pos-pasterización. Enfriamiento por aire solo. La tabla en la figura 3 fue calculada por el autor, para que se tenga una idea de cuantos minutos se requieren para enfriar una carne desde la temperatura igualizada de 185 F a la temperatura de 37 F corazón, con aire a los 15 F y 20 pies por segundo. Lo que hay que saber es si estos tiempos que se enseñan sobre esta tabla son aceptables en su país o estado. En caso afirmativo, sigue el empaque con PVC alimentario, cartón y paletización. En caso que la respuesta sea no, hay que tratar de proyectar su planta tal que tenga enfriamiento combinado con agua mientras la carne este todavía al interior del horno e luego aire frió en célula o túnel, estático o automático según la producción de la planta. Una carne de 3 pulgadas de diámetro, necesita 187 minutos, lo mismo que 3 horas con 7 minutos. Por cierto que no será económico traer el horno ocupado por 3 horas y 7 minutos para enfriamiento del producto por aire. Asi que se debe buscar otra solución. A lo mejor hay que proyectar una célula de enfriamiento por aire o se hace el enfriamiento en dos etapas, con agua y aire. Trabajo técnico #2 IIAR

10 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada Proceso sin pos-pasterización. Enfriamiento por agua y aire. Las dos tablas en las figuras 4 y 5 fueran calculadas por el autor para que se tenga una idea de cómo proyectar esta alternativa. La carne saliendo del horno a los 185 F puede ser enfriada en la etapa uno, con agua a la temperatura de 33 F cascadeando sobre el producto. Según su espesor, se requieren desde 7 minutos a los 350 minutos para bajar el corazon a los 80 F. En la tabla siguiente, la segunda etapa del proceso, la carne empieza el enfriamiento a los 80 F con aire a los 15 F y 20 pies por segundo y serán necesarios 25 a 556 minutos para bajar el corazón a los 36 F, según el espesor. Ejemplo: Una carne de 3 pulgadas de diámetro necesita 172 minutos en total, lo mismo que 2 horas con 52 minutos, pero, el horno se libera al final de 56 minutos. Porque se necesita un cuarto frío de igualación? Cuando se enfría carne de cualquier espesor es cierto que la temperatura de superficie siempre es más baja que la temperatura del corazón. Lo que quiere decir este facto es que el calor de la carne alrededor del corazón va a migrar sobre la superficie hasta que se logre una igualación de las temperaturas. Las operaciones siguientes deben hacerse con las temperaturas igualadas en la carne. Aunque no sea necesario cortarla con un cuchillo, mejor que sea igualada. Si este modelo satisface sus requerimientos pase el producto a un cuarto frío con temperatura igual o más alta que la temperatura de equilibrada y permita la cantidad de horas necesaria a la igualación. 422 IIAR 2006 Trabajo técnico #2

11 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro En la tabla de la figura 6, calculada por el autor, es claro que cualquier que sea el formato de la carne, la temperatura de superficie siempre será más baja que la temperatura del corazón. Cuando haya definido esta etapa hay que saber cual porcentaje de producción se venderá fría y cual se venderá congelada, de tal clase que sea posible proyectar los aparatos de congelación. Proceso con pos-pasterización Porque este producto es un riesgo serio para la empresa productora, sobretodo en los Estados Unidos por sus leyes, el producto podrá requerir seguridad adicional y hacer la operación de pos-pasterización. Sobretodo si en las operaciones de proceso anteriores su producto no tuvo nunca que llevarse a la temperatura de 185 F (85 C) o no por tiempo suficiente para asegurar tratamiento térmico. Cuando esté listo a empacarse el producto entra a un aparato serpentín metido en tableros donde se va a operar la matanza de superficie, o sea, llevese su temperatura de superficie a los 190 F o arriba por tiempo suficiente para asegurar la pasterización. Esto se logra por diluvio o por inmersión en agua muy caliente por 3 o 4 minutos lo que depende de la temperatura. Puede lograrse lo mismo con aire caliente. Tan pronto que termine la matanza de superficie, se empieza el enfriamiento rápido. Trabajo técnico #2 IIAR

12 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada Ejemplo de matanza de superficie En la tabla de la figura 8 y la figura 9, igualmente calculadas por el autor, se demonstra lo que pasa en tres minutos cuando se hace un diluvio de agua a los 210 F sobre una carne con su temperatura igualada sobre los 28 F. Es claro que el objetivo es lo de elevar la temperatura de superficie por encima de la temperatura de pasterización, sin todavía afectar mucho la temperatura del corazón. Con eso se asegura que la superficie, o sea la parte más susceptible de contaminación de la carne, salga de la producción con altos niveles de seguridad. Cuando se termine la matanza de superficie, se enfría la carne por la misma tecnología que se emplea para productos sin pos-pasterización. La congelación No hay secreto. Se remueve el calor sensible arriba del punto de congelación, se remueve el calor latente de congelación y finalmente se remueve el calor sensible debajo del punto de congelación. La idea en este ejemplo es solamente dar una idea de cual porcentage de energía se emplea para la remoción del sensible por encima del punto de congelación, la energía de remoción del calor latente y finalmente para la remoción del calor sensible por abajo del punto de congelación. De forma muy genérica se puede decir que se requiere los 30%, los 60% y los 10%. Es indispensable que se verifique si es físicamente posible. No basta sacarse calor a un cuerpo, hay que saberse cuales son los límites de la física. 424 IIAR 2006 Trabajo técnico #2

13 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro Luego, si queremos congelar 100,000 lb. desde el 85 F al 0 F en 8 horas se estima: 100,000 lb. x 0.77 BTU/lb. x (95F-28F) = 5,159,000 BTU 100,000 lb. x 99 BTU/lb. = 9,900,000 BTU 100,000 lb. x 0.42 BTU/lb x (28-0F) = 1,178,000 BTU Calor total a remover 16,235,000 BTU Para remover en 8 horas 2,029,375 BTU/h. = TR. Es importante comprender cual porcentaje de energía se requiere para cada etapa de la congelación. Tiempo de congelación El tiempo de congelación es muy importante por una cantidad de razones. Hay que considerar siempre cual dimensión de cristal de hielo va a resultar del tiempo de congelación que uno pueda requerir. Una operación demasiado lenta puede resultar en una dimensión de los cristales muy grande. Al descongelar su volumen se aumentará antes que cambie al estado líquido. Eso puede dañar la estructura de la carne y cambiar el aspecto físico. Además una congelación lenta significa que la proteína de la carne puede separarse del agua mientras se congela. Cuando se descongela la carne la proteína no va a integrarse de nuevo en el agua lo que cambia la estructura y sabor de la carne. Finalmente, siempre hay que calcular las limitaciones de lo que es físicamente posible. Hay un balance que siempre tiene que hacerse. Trabajo técnico #2 IIAR

14 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada Congelar rápido se puede traducir en más buena calidad. En todo caso, si el cliente no logra separar el sabor de un producto hecho con congelación rápida de otro que resulta de una congelación menos rápida no va nunca a meterse de acuerdo para invertir más aunque sepa que la calidad es mejor. Tiene que saborearse la diferencia o no será una buena inversión. Sistemas de congelación rápida Cámara de congelación normal, no es la mejor forma de hacerlo, pero existe mucho pues que es más barato. Túnel o célula blast es una forma económica de congelar rápido. Efectiva hasta al punto que la mano de obra no sea demasiado cara. Túneles automáticos, IQF, espirales para productos sueltos a congelarse antes del empaque. Efectivo pero es una solución que requiere alguna inversión importante. Túneles automáticos, VRT para productos empacados que por lo tanto tienen tiempos de congelación variables. Todavía una buena solución pero mas barata que los IQF o espirales. Salmuera muy fría, solución de tipo económico pero no tiene mucha aplicación en proyectos de la carne. Contacto, congeladores de placa, pueden ser una excelente inversión cuando se pueda tratar con cajas estándar que se apliquen bien al congelador. Contacto directo, o sea por evaporación y contacto directo de refrigerantes como N 2 o CO 2. Inversión muy baja pero un costo operativo bien alto, pues que las cargas de refrigerantes se pierden. 426 IIAR 2006 Trabajo técnico #2

15 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro En la figura 11 el autor calculó una tabla de comparación de distintos empaques del mismo producto, sometidas a algunas distintas condiciones de temperatura y velocidad del aire. La comparación fue hecha para una caja sometida a un cuarto de conservación de congelados, lo mismo pero dotado de ventiladores booster a una velodidad del aire de 10 y 20 pies por segundo, y en la cuarta opción un congelador de tiempo de retención variable con aire sobre los 40 F y 20 pies por segundo. Conclusión Seleccione su proceso con criterio. El tratamiento térmico de los productos alimentarios es muy importante, sobretodo para los productos LAC donde el riesgo de contaminación se vuelve más serio ya que no serán tratados por temperaturas por encima de 185 F en las cocinas del consumidor. No hay magia en esta clase de proyectos. Tratase los productos alimentarios previendoles con calor; luego se lo retira ya sea para enfriar o para congelar, o sea, es una ciencia. Emplear los servicios de alguien que conozca esa ciencia sale mas barato que meterse a experimentos con producto, lo que sale bien más caro. Trabajo técnico #2 IIAR

16 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada Bibliografía Gameiro, Walter Processing of Pre-Cooked Frozen Foods Gameiro, Walter Technical options in Compression Systems ISEL 1993 Gameiro, Walter Variable Humidity for Vegetable Cold Storage IIAR 1994 Gameiro, Walter The very basics in Food Preservation - IIAR 1999 Gameiro, Walter Cutting and Boning Room Design IIAR 2000 IIF / IIR Paris, France INF Lisbon, Portugal Kader, Adel University of California at Davis Website Kilara, Arun Ice Cream Freezing and Storage. Penn State University. 428 IIAR 2006 Trabajo técnico #2

17 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro Figura 1: Diagrama de flujo de proceso Figura 2: Cociendo carne en horno Trabajo técnico #2 IIAR

18 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada Figura 3: Sin pos-pasterización enfriamiento con aire solo Figura 4: Sin pos-pasterización enfriamiento por agua/aire, agua fría 430 IIAR 2006 Trabajo técnico #2

19 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro Figura 5: Sin pos-pasterización enfriamiento por agua/aire, aire frío Figura 6: Enfriando en blast Trabajo técnico #2 IIAR

20 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada Figura 7: Matanza de superficie Figura 8: Matanza de superficie perfil de la carne 432 IIAR 2006 Trabajo técnico #2

21 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro Figura 9: Matanza de superficie perfil grafico de la carne Figura 10: Perfil energetico. Enfriar o congelar. Trabajo técnico #2 IIAR

22 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada Figura 11: Tabla comparativa de congelación de productos LAC 434 IIAR 2006 Trabajo técnico #2

23 Enfriando y congelando productos LAC listo a comer Walter D. Gameiro Notas: Trabajo técnico #2 IIAR

24 2006 IIAR Ammonia Refrigeration Conference & Exhibition, Reno, Nevada Notas: 436 IIAR 2006 Trabajo técnico #2