Manejo de instalaciones para la elaboración de productos alimentarios. INAD0108

3.Instalaciones de producción y acondicionamiento del aire y los gases

Según las instrucciones técnicas que se desprenden del Reglamento de instalaciones térmicas de edificios (RITE), en los locales donde se realice alguna actividad humana se dispondrá de un sistema de ventilación para el aporte del suficiente caudal de aire exterior que evite la formación de elevadas concentraciones de contaminantes.

Con la climatización se intenta obtener en las industrias unas condiciones lo más satisfactorias posibles con respecto a distintos parámetros:

Temperatura: adecuada al proceso que se esté llevando a cabo.

Humedad: cantidad de agua que tiene el aire para hacerlo más respirable.

Calidad óptima del aire de trabajo: se quiere evitar una concentración inaceptable de elementos contaminantes, polvo y humos que harían el ambiente irrespirable y que pondrían en peligro la calidad del producto final.

Los sistemas de climatización más habituales en la industria son los basados en el aire (su elemento principal es la UTA: unidad de tratamiento de aire que procesa continuamente el aire existente para devolverlo en condiciones óptimas de temperatura y de humedad) y los basados en el agua (en la generación de agua caliente o fría y su distribución por el sistema).

Nota

Normalmente, las UTA se usan cuando se debe preservar la calidad del producto, controlando exhaustivamente las condiciones de humedad y de temperatura.

De forma resumida, en una UTA se provocará el paso sucesivo de una corriente de aire impulsado por unos ventiladores, desde una toma limpia y a través de unos filtros y unas cámaras de acondicionamiento, distribuyéndolo por la planta hasta ser nuevamente recuperado para que parte de él se recircule a la zona de entrada y otra parte se sustituya por aire fresco.

Por tanto, según el siguiente esquema, los componentes básicos de este sistema serían:

Toma de aire: zona por donde se capta aire nuevo.

Ventiladores: sistema de impulsión de aire de forma mecánica mediante palas.

Zonas de intercambio de calor o de frío: son baterías donde se produce el intercambio calorífico entre el aire y el agua.

Filtros: en ellos se retienen las distintas partículas indeseables.

Nota: su limpieza periódica es muy importante para el buen funcionamiento del equipo.

Cámaras de humectación: son cámaras donde se aumenta la cantidad de agua del aire para modificar su grado de humedad en función del proceso que se realice.

Cámaras de combustión: en ellas se produce calor para aquellos casos en los que se necesita calentar el aire.

Sistema de recuperación de aire: en ellos se produce un calentamiento del aire nuevo mediante la cesión de calor por parte del aire del interior del circuito.

De forma opcional, dependiendo del nivel de ruido emitido y del entorno de la industria, puede que sea necesaria la instalación de silenciadores para amortiguar el ruido que provoca el sistema al funcionar.

Control y mantenimiento de la instalación

Para asegurar un perfecto funcionamiento, resulta elemental la necesidad de comprobación del estado de sus componentes:

Filtros: incluyéndose tanto su limpieza como su reparación o su sustitución de forma periódica.

Ventiladores: comprobación del estado de las aletas y del giro correcto de estas, así como de la velocidad de giro y el tensado de sus correas.

Sistemas de intercambio de calor/frío: limpieza de estas baterías con detergentes y agua a presión apoyados de métodos físicos.

Conductos de distribución: comprobación periódica de su estado para poder detectar fugas que hagan disminuir la eficiencia del sistema.

Sistemas de registro de temperatura y de humedad: comprobación y registro periódicos para poder detectar cualquier tipo de anomalía en el sistema.

Alarmas: comprobación del correcto funcionamiento del sistema de alarma del equipo.

Nota

En la propia industria se deben estudiar los posibles peligros que pueden acechar a los equipos, elaborando un plan de actuación en cada situación del que se debe hacer partícipe a todos los operarios.

3.1.Distintos acondicionamientos de aire en cámaras o en instalaciones

En la industria alimentaria es una práctica habitual modificar el tiempo de almacenamiento de los productos en función de la demanda del mercado.

Esto permite ofrecer al consumidor productos de mejor calidad y en distintos tiempos; y para conseguirlo se puede actuar sobre la composición del aire del recinto. A continuación se describe este proceso:

Situación especial de modificación en atmósfera de trabajo

Existe una situación especial en la que se puede modificar y acondicionar la atmósfera de trabajo existente en beneficio del producto a obtener; este es el caso de las cámaras de atmósfera controlada.

Es una técnica consistente en almacenar los frutos en un recinto frigorífico en el que se ha sustituido su atmósfera original por otra más rica en anhídrido carbónico y más pobre en oxígeno. Así, se retrasará la maduración, lo cual permitirá su almacenamiento durante periodos más largos, incluso meses, una menor incidencia de podredumbres, la reducción de las mermas por peso, el efecto fungicida debido a la elevada concentración de CO₂, etc.

No obstante, la aplicación incorrecta de esta técnica puede llevar al efecto contrario: pardeamiento externo o interno, alteración en el sabor, involución del color y aroma a la salida de la cámara, etc.

Para asegurar el éxito del proceso, es necesario un control exhaustivo por parte del personal de aspectos como la hermeticidad de las cámaras frigoríficas, el análisis y el control de la composición gaseosa de la atmósfera, etc.

Ejemplo

Algunas de las actuaciones a realizar para dicho control son:

La visualización de los análisis de concentraciones de gases en cámara obtenidos con analizadores electrónicos instalados en los equipos y actuar corrigiendo las desviaciones de consignas deseadas.

La realización periódica de pruebas de hermeticidad para diagnosticar y corregir cualquier problema.

La programación de las condiciones de la cámara según indicaciones del proveedor y del producto que en ella vaya a ser depositado.

Una técnica más avanzada que la anterior consistiría en las cámaras de atmósfera modificada, en las cuales se emplearía nitrógeno solo o mezclado con dióxido de carbono y la reducción de los niveles de oxígeno se llevaría hasta niveles muy bajos.

Frutas y verduras almacenadas en cámara de atmósfera controlada

Actividades

3.¿Cuáles son los porcentajes habituales de gases en una atmósfera normal? ¿Y en una atmósfera controlada?

4.¿Son peligrosos los gases introducidos para crear una atmósfera modificada?

Cámaras de secado

Son recintos donde, aprovechando la circulación continua de una corriente de aire caliente, se va a provocar el secado de un producto que previamente ha sido colocado sobre una malla metálica. La base de este soporte estará conectada a un sistema de balanza de precisión, mediante el cual se podrá conocer la pérdida de humedad y de peso que se está produciendo en el producto.

Nota

El aire que se usa ha sido previamente calentado e impulsado en la cámara a una velocidad adecuada.

Los instrumentos de control del proceso son:

Sistemas de medición de temperatura y de humedad: termómetros e higrómetros, respectivamente.

Sistemas de medición de caudal de aire: estarán situados a la salida de la cámara y servirán para regular la velocidad de giro del ventilador situado en la parte inferior del secadero y así poder regular el valor deseado de caudal de aire.

Equipo secador de café

La desecación por aire caliente se puede utilizar en distintos tipos de cámara según su diseño. Así, existen, por ejemplo:

Secaderos de túnel.

Secaderos de tolva.

Secaderos de bandejas, compartimentos.

Secaderos neumáticos.

Etc.

Ejemplo

El secado del grano de café es el proceso más delicado para obtener un producto final de calidad, por ello es de vital importancia el control de la temperatura del aire de secado en la cámara, la cual, como norma general, no debería superar los 55 ºC y con un caudal a una velocidad constante. Así se evitará la obtención de producto excesivamente seco y de baja calidad.

Aplicación práctica

Con el fin de aumentar el plazo de entrega de productos vegetales, y disponiendo de cámaras de refrigeración, indique cuál sería el sistema utilizado más adecuado para conseguir que estos se conserven durante más tiempo sin perder sus características.

SOLUCIÓN

Se emplearía el sistema de refrigeración de atmósfera modificada, ya que permite enlentecer el proceso de maduración y, por tanto, mantener las características propias del producto (aspecto, sabor y olor) durante más tiempo. No se utilizaría la cámara de secado, puesto que se pretende que la verdura no pierda sus características propias y en la cámara de secado se le estaría haciendo perder humedad mediante la inyección de aire caliente, con lo que el producto se arrugaría y perdería sus características de color, tersura, olor, etc.

4.Instalaciones de producción de calor

El calor es un tipo de energía almacenada por los cuerpos que puede ser transferida de unos a otros en función del gradiente de temperatura existente entre ambos, pasando desde el de mayor temperatura hasta el de menor, hasta igualarse y conseguir así el equilibrio térmico.

La cantidad de energía térmica que se intercambia se mide en calorías. La caloría se define como la cantidad de calor necesaria para que 1 gramo de agua aumente su temperatura en 1 ºC y así pasar de 14,5 ºC a 15,5 ºC.

Los procesos industriales necesitan calor.

El calor se puede producir mediante distintos procesos, siendo el más frecuente la combustión.

Definición

Combustión

A partir de dos componentes, que son el combustible y el comburente, se produce una reacción química en la que se desprende energía. Entre los combustibles naturales se encuentran los combustibles fósiles (carbono y petróleo), la biomasa y los biogases.

En los procesos industriales, la transferencia de calor puede realizarse mediante:

Conducción: consiste en la transferencia de calor de un cuerpo a otro sin aparente movimiento de sus partículas. Ejemplo: el intercambiador de calor.

Convección: sería el transporte de energía por movimiento del medio, es decir, sería la transferencia de calor desde una superficie a un fluido que se encuentra en movimiento. Este movimiento puede ser natural (por diferencia de densidades) o forzado (si se incluyen dispositivos mecánicos como bombas y agitadores que comunican al fluido energía que lo pone en movimiento). Ejemplo: la placa solar.

Radiación: se realiza mediante ondas electromagnéticas. Cuando la radiación es absorbida por el medio material sobre el que incide, se transformará en calor y, por tanto, le suministrará energía. Ejemplo: el horno.

Actividades

5.En la industria alimentaria hay unos rangos de temperatura a tener muy en cuenta para preservar la calidad microbiológica y que se utilizarán en procesos de higienización y de esterilización del producto. Profundizar sobre ellas estudiando los procesos de conservación de los alimentos por calor.

6.Consultar a qué temperatura se destruyen los microorganismos que contaminan los alimentos.

4.1.Equipos de transferencia de calor

Para provocar esta transferencia de calor entre dos sistemas, en la industria alimentaria son muy usados los intercambiadores de calor, tanto en procesos de esterilización, de pasteurización y de enfriamiento, como en procesos auxiliares de calentamiento de agua, de generación de vapor, etc.

Tipos y utilización

Los procesos en los que se utiliza calor son múltiples. Este calor se puede utilizar como método para garantizar la seguridad microbiológica del producto (esterilización, pasteurización, UHT, etc.) o también para favorecer que se produzcan determinadas reacciones que den lugar a un producto final (horneado).

Este calor debe transferirse de un sistema a otro, siendo los aparatos más utilizados para realizar dicha transferencia los intercambiadores de calor.

Nota

Los operarios de la industria alimentaria pueden favorecer el perfecto funcionamiento de estos aparatos participando activamente en tareas rutinarias de mantenimiento como su limpieza periódica siguiendo un protocolo establecido.

Intercambiadores de calor

Los intercambiadores pueden presentar distintos diseños según el uso al que se destinen. Así, se pueden clasificar en los siguientes.

Intercambiadores tubulares

Consisten en un sistema de doble tubo; por el interior circula el producto a calentar o a enfriar y por el exterior el medio vapor, el agua caliente, etc.

Ejemplos de uso: esterilización de trozos de vegetales, de cubos de frutas, etc.

Intercambiadores pirotubulares

Consisten en un haz de tubos de diámetros variables alojados en el interior de una camisa por donde circula el medio calefactor o refrigerante. El producto, que circula por el interior del haz de tubos, suele ser líquidos con fibras o pequeños trozos o sustancias con viscosidades moderadas.

Ejemplos de uso: sistemas UHT indirectos, pasteurización de zumos de frutas, etc.

Intercambiador de calor pirotubular

Intercambiadores anulares

Consisten en un triple tubo en el que el medio calefactor circula tanto por el interior como por el exterior, dejando el espacio anular entre ellos para el producto a tratar.

Ejemplos de uso: sustancias muy viscosas y con gran adherencia como pueden ser pastas o salsas con gran contenido en almidón.

Detalle de un intercambiador de calor anular

Intercambiadores de superficies rascadas

Se trata de un cilindro que bombea el producto a contracorriente del fluido portador de calor, unos rotores de distintos diámetros y unas palas rascadoras que continuamente van retirando el producto de las paredes. Están construidos con cierres mecánicos cerámicos o de carburo de tungsteno. Se usan en procesos de cristalización y de calentamiento de productos con muy alta densidad.

Ejemplos de uso: mermeladas, chocolates, etc.

Intercambiador de superficie rascada

Intercambiadores de placas

Están formados por una serie de placas, normalmente de acero inoxidable, por las que se produce el intercambio de calor.

Ejemplos de uso: calentamiento de un líquido sin pulpa como vino, leche, agua, etc.

Intercambiador de placas para pasteurización

Importante

Es imprescindible, para una mayor eficiencia en el proceso, establecer un programa de mantenimiento para los intercambiadores de calor: calendario, productos a usar, desmontaje periódico de las piezas para su observación y reparación o sustitución en caso necesario, control de la temperatura, sustitución de filtros si los hubiera, eliminación de incrustaciones de cal, etc.

Autoclaves

Se trata de un recipiente hermético donde se realiza la esterilización comercial de un alimento o envase que soporta unas determinadas condiciones de presión y temperatura. Normalmente, como calefactor, se utiliza vapor, lo que implicaría también la necesidad de una caldera para producirlo y, en algunos casos, un sistema previo de tratamiento del agua. Este sistema es muy utilizado para el tratamiento de conservas alimenticias de todo tipo (carnes, verduras, etc.).

Autoclave

En el mantenimiento de la autoclave será necesario prestar especial atención a la carga de agua de la cámara, al perfecto ajuste de la válvula de seguridad y al control de la presión y de la temperatura programadas.

Esterilizadores rotativos

Son autoclaves con un sistema de jaulas rotativo, con movimiento variable o alternativo mediante variador electrónico. En ellos, el sistema de distribución del agua es por espray.

Esterilizador rotativo

Hornos eléctricos

Son equipos donde se calientan piezas por acción directa o indirecta del flujo eléctrico. Están formados por una cámara en cuyo interior se introducen los productos, los cuales serán calentados gracias a la acción de unos elementos eléctricos que pueden ser resistencias o electrodos. El interior del horno se encontrará aislado por materiales refractarios y aislantes que reducirán las pérdidas de calor.

Ejemplos de uso: en la industria del pan y la repostería, en el tratamiento de la leche, en la industria cárnica, etc.

Según su diseño, se encuentran distintos tipos:

Hornos de fusión y de mantenimiento (de inducción, de reverbero, de arco trifásico y de crisol).

Hornos para tratamiento térmico superficial o integral.

Hornos de recalentamiento.

Actividades

7.¿Cuáles pueden ser las ventajas de un horno eléctrico frente a otro de gas?

Bombas de calor

Usadas en cámaras de fermentación, en cámaras de secado de embutidos, etc., aunque su uso preferente se encuentra en procesos para la limpieza y la desinfección.

Son sistemas de reutilización de calor, el cual, tras ser obtenido en el condensador de la bomba de calor, se utilizará para:

Calefacción, climatización y agua caliente sanitaria.

Calentamiento de agua.

Secado de productos.

Ejemplo

En el secado y el curado de embutidos se aprovecha la capacidad del aire seco y caliente para cargarse de humedad robándosela al producto a secar. Después, el aire húmedo pasa por el evaporador de la bomba de calor en el que se enfría y se deshumidifica. En los embutidos, primero se desecan rápidamente con aire a 28 ºC y después se bajan a 22-24 ºC, incrementando la humedad relativa hasta 30-75 horas. Después, se mantienen a una temperatura de 12-15 ºC con humedad relativa de 75% durante 20 días.

Generadores de vapor

Son equipos donde se produce vapor a presiones por encima de la atmosférica. Los usos de este vapor son muy variados, van desde operaciones de limpieza y de mantenimiento hasta operaciones de calentamiento. Constarán de una caldera para el agua, una serie de recalentadores y una cámara de vapor. En su uso diario, por tanto, debe controlarse muy bien que siempre tengan la cantidad adecuada de agua para su funcionamiento mediante la observación de los niveles de agua y los manómetros. También será de especial cuidado el control de la purga de la instalación, debiendo realizarse y registrarse de forma periódica.

Recuerde

El parámetro controlado por un manómetro es la presión.

Generador de vapor

Calderas

Consiste en un equipo a presión, en el cual, mediante un medio de transporte en fase líquida o vapor, el calor procedente de cualquier medio de energía se transforma en utilizable. Según el tipo de combustible que utilicen, se pueden clasificar en:

Calderas de combustibles sólidos: se pueden utilizar para quemar carbón, leña, etc.

Calderas de combustibles líquidos: en ellas se usa fueloil y gasóleo.

Calderas de combustible gaseoso: en ellas se usa propano y gas natural.

Calderas mixtas: se encuentran preparadas para utilizar diferentes tipos de combustible.

Como actividad rutinaria en el mantenimiento de este equipo, se debe observar el control de la presión y la temperatura de trabajo mediante la monitorización de termómetros y manómetros para evitar accidentes de cierta gravedad como son las explosiones.

Caldera