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• Jorge Roberto Mendoza Dalguerre

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PRODUCCION DE HIELO ESCARCHA

Producción de Hielo en Escarcha Tudela Arce Paul

Universidad Católica de Santa María

Facultad de ciencias e Ingenierías Físicas y Formales Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatrónica Refrigeración y Aire Acondicionado Arequipa, 2007

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PRODUCCION DE HIELO ESCARCHA

Resumen

El uso de hielo para conservar alimentos marinos es una actividad realizada por los humanos por siglos, lo cual lleva a la búsqueda de formas de producir tipos de hielo que mejoren la calidad del producto conservado. Esto lleva al desarrollo del hielo en escamas, capas delgadas de 2 a 3 mm. de espesor; actualmente producidas de forma que no tengan esquinas, para no dañar al producto, que tienen mejores propiedades de transferencia de calor que el hielo en cubos. Su producción consta de una máquina eléctrica y un ciclo simple de refrigeración. Las máquinas son de poco tamaño, por tanto, no presentan problemas de espacio en embarcaciones de pesca o en supermercados. En América del Sur se cuenta con algunas empresas que ofrecen este tipo de máquinas como ICETECHPeru y MacTotalIce en Brasil.

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Abstract

The use of ice for the conservation of marine food is an activity done by humans for centuries, which brings to the search of ways of producing types of ice able to improve the quality of conserved products. This brings to the development of scale ice, thin layers 2 to 3 mm. wide; currently made without corners, in order to not damage the product, which have better heat transfer properties than ice in cubes. Its production requires an electric machine and a simple refrigeration cycle. This allows for small sized machines, so that problems regarding space aren’t present in any kind of fishing ships or supermarkets. South America has several manufacturers for this type of machine like ICETECHPeru and MacTotalIce located in Brazil.

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Producción de Hielo en Escarcha

La producción de hielo para el transporte y la conservación de alimentos marítimos son de gran importancia para cualquier país con posibilidades de pesca, y el Perú se encuentra beneficiado de contar con una amplia costa y bastantes recursos marinos para aprovechar. La producción de hielo en escamas es de gran importancia en la cadena de hielo aplicada a estos productos, tanto para conservar al pescado después de la pesca, así como para su venta, de forma de embarcaciones y mercados conservan de la forma más efectiva este producto.

El hielo en forma de escamas tiene ventajas comparado con otras formas de hielo para conservar pescado, comenzando por esta forma particular, ya que brinda una mejor transferencia de calor, y es incapaz de dañar al pescado, ya que se forma sin esquinas. Comprender la importancia de la producción de este tipo de hielo es importante para contribuir con el consumo de productos marinos de buena calidad.

¿Por qué elegir el hielo en escamas? El hielo, al fundirse permite enfriar un producto y preservarlo de la pérdida de humedad e incluso devolverle su humedad natural paulatinamente. Si bien el hielo en escamas tiene estas propiedades, su temperatura y su forma específica le confieren características propias que le dan otras tantas ventajas en muchos procesos industriales o agroalimentarios.

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Alto poder frigorífico Ligeramente sub-enfriado (-6 °C aproximadamente), el hielo en escamas también es un hielo seco, es decir no contiene agua sin congelar. Este punto es fundamental: la eficacia de su calor latente de fusión es máxima, esto le da su principal fuente de enfriamiento.

Rápido enfriamiento Con un reducido espesor (de 1,5 a 3 mm), las escamas presentan una excelente superficie de intercambio térmico, la cual garantiza un enfriamiento más rápido del producto. Por ejemplo: en el mar, el pescado debe ser refrigerado inmediatamente a 0 °C desde su captura sin que posteriormente haya una ruptura de la cadena de frío; de este modo, su tiempo de conservación aumenta considerablemente

Control preciso de la temperatura de una mezcla La utilización del hielo en escamas permite calcular con exactitud su aporte frigorífico (hielo seco) y medir rápidamente sus efectos sobre la temperatura de una mezcla. Este aspecto es determinante para las industrias químicas y del hormigón, así como para la transformación de la carne.

Fácil manipulación y almacenamiento El hielo en escamas es fluido, sus escamas no se aglomeran. Ligeras y planas, envuelven el producto delicadamente, sin dañarlo. El hielo en escamas se almacena y se manipula con facilidad, y puede conservarse en cámaras frigoríficas, ya que se encuentra totalmente congelado.

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Historia

Actualmente el hielo en escarcha se forma de 4 distintas maneras: escamas, agujas, plumas o abanicos, los cuales necesitan de 2 condiciones importantes para su formación: que las superficies donde se producirá la escarcha tengan una temperatura por debajo de 0 °C y que la humedad relativa del aire sea superior al 60 %. Pero todo esto es la actualidad, si repasamos el pasado el hombre no estuvo tan alejado al uso de la escarcha de hielo. Para esto se divide en dos acontecimientos importantes, el uso del hielo en su inicio y la producción y comercialización de hielo.

El verdadero origen de la actividad de los llamados neveros y de la costumbre de beber en frío, se remontan a los egipcios, donde se han encontrado los depósitos más antiguos que datan del siglo XXIX al XXI a.C. pero por otro lado tenemos los romanos ya iban a buscarlo a las montañas nevadas y lo transportaban en grandes bloques ayudados por mulas de carga. Lo protegían con sacos de arpillera y pieles de animales para conservarlo.

Ahora bien, trasladándonos a la comercialización y fabricación que se produjo a mediados del siglo XIX debido a Frederic Tudor, quien popularizo los hielos en forma de cubito que, pese a las burlas iniciales de sus contemporáneos, amasó una enorme fortuna y llegó a ser conocido como “El Rey del Hielo”. Falleció feliz en 1864, varios años antes de que la llegada de la electricidad y los avances en los sistemas de refrigeración volvieran obsoletas a sus industrias con la aparición de las máquinas de que fabricaban hielo artificial.

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Pero el hielo a escamas que es el más comercializado de las 4 formas a diferencia de los cubitos, se presenta en forma de pequeños trozos de forma irregular. Habitualmente se usa con el objetivo de conservar alimentos, siendo el principal el pescado, pero también tiene otras aplicaciones en panificadoras, industria cárnica, hospitales, gimnasios o laboratorios.

El primer método de producción de este era triturando hielo en barras, pero en la actualidad se fabrica mediante generadores de hielo con producciones que van desde unos pocos kilogramos hasta decenas de toneladas diarias. Los distintos sistemas de trabajo de estos generadores hacen que el hielo obtenido sea también diferente en forma, tamaño, temperatura del núcleo interno de la escama o en cuanto a porcentaje de humedad. En ese sentido, los principales sistemas de trabajo de los generadores son:

Máquinas de tambor Son usados cuando se requiere grandes producciones. El hielo se forma sobre una superficie cilíndrica, se seca y se separa por un medio mecánico (cuchilla o fresa). Se producen láminas finas, sub-enfriadas y muy secas.

Máquinas de husillo con prensado En este tipo el hielo se forma en la superficie interna de un tubo y se hace pasar por unas toberas que lo prensan, secan y lo trocean con forma de pequeños cilindros o sectores. La temperatura interna no es tan baja como el caso de máquinas de tambor, pero sigue presentando formas duras con aristas cortantes.

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Máquinas de husillo sin prensado Similar al caso anterior pero el hielo que se forma dentro del tubo inundado, se rasca y extrae con un husillo sin escurrirlo. Se obtienen trozos en general pequeños con tamaño y formas irregulares temperatura interna muy cercana a la de fusión del agua y alto contenido de humedad interna y superficial.

Marcas en el Mercado

ICETECH-Perú En la producción de hielo a escamas se tiene esta empresa la cual proporcionan un hielo en escama plana frío y seco. Sus aplicaciones son muy diversas: industria pesquera, puertos de mar, lonjas, mercados y mayoristas de pescado, supermercados, pescaderías, industrias de carnes y embutidos, panificadoras, pastelerías, distribución de verduras, construcción. Las máquinas ICE TECH SC son compactas, generador y unidad condensadora en la misma bancada, para sólo ubicar correctamente, conectarla y comenzar a hacer hielo. Teniendo entre sus modelos:

Tabla 1. Modelos de ICETECH-Perú

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Mac-Total Ice Mercado mayoritario en Brasil tiene gran cantidad de producción donde las máquinas fabrican hielo tubo y escama con producción de 2 a 60 toneladas /24h Siendo el preferencial en Latinoamérica en máquinas industriales y sus principales usos de su maquinas son: Fábricas de hielo. Hoteles y resorts Plantas de carne (mataderos de ganado, avícolas y pescados), Alimentos (conservación de alimentos, panadería, bebidas), Indústrias quimicas, caucho y plástico Construcción civil (enfriamiento de hormigón para concreteras), Minería (enfiramento de minas).

Figura 1. Maquinas MacTotalIce

RCR Refrigeración Industrial, Comercial y Marina Nuestra empresa fue fundada por el Sr. Manuel Ballesteros Arvizu en la ciudad de Hermosillo, Sonora; sus inicios datan del año 1971. En ese entonces, se ofrecían servicios técnicos a sistemas de refrigeración.

Dicha experiencia integrada con un departamento de ingeniería y una fuerza comercial dieron origen a RCR Refrigeración en el año 1990. En ese año se dio inicio a la comercialización de compresores y equipos de refrigeración; y se fundó nuestra primera planta ubicada sobre una superficie de 250m2.

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En abril de 1999 construimos nuestra segunda planta sobre una superficie de 1000 m2, actualmente especializada en la Re manufactura y comercialización de compresores.

Para el 2003 inauguramos nuestra planta matriz, enfocada al desarrollo de proyectos. Con una superficie de 5,000 m2, se distribuye en oficinas administrativas, ventas, servicios, ingeniería y proyectos, almacenes, producción y patios de maniobras.

Actualmente nuestra matriz da soporte a las filiales distribuidas en todo el noroeste del país, así como en las principales ciudades de la república mexicana.

Bohn Frigus Bohn nace el mismo día que el Tratado de Libre Comercio entre México, Estados Unidos y Canadá. el 1 de enero de 1994.La empresa Mexicana Frigus, se une a Heatcraft, líder del mercado de Estados Unidos en refrigeración y serpentines, para crear Frigus Bohn.

El conocimiento del mercado de Frigus, aunado a línea de Bohn y su tecnología de punta (Heatcraft), convierte a Frigus Bohn en la compañía de refrigeración mas importante e innovadora de México. Desde su nacimiento, ha sido la compañía con la línea de refrigeración y serpentines mas completa de México.

Frigus Bohn desde su primer día se ha apoyado en sus distribuidores y contratistas, como su canal de distribución para la línea de refrigeración. Asimismo, abastece serpentines especializados a los fabricantes de equipo original. Frigus Bohn exporta sus productos a Estados Unidos, Canadá y Centroamérica.

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Producción

Este tipo de hielo pequeño se fabrica rociando o vertiendo agua sobre una superficie refrigerada, que habitualmente tiene forma de cilindro o tambor. El agua se congela sobre la superficie formando capas delgadas de hielo (de 2 a 3 mm de espesor). Una cuchilla retira el hielo subenfriado, que se fragmenta en pequeños trozos semejantes a esquirlas de cristal. Normalmente, estos trozos de hielo caen desde el tambor directamente a un compartimento refrigerado para su almacenamiento. El cilindro refrigerado puede girar en un plano vertical u horizontal.

La Ilustración 1 ilustra un segundo tipo de máquina de hielo en escamas de tamaño especialmente compacto, diseñada de forma específica para la fabricación de hielo a bordo; esta máquina, fabricada por North Star Ice Equipment Corporation, no tiene la configuración habitual de tipo tambor, sino que produce hielo en escamas sobre un disco evaporador subenfriado giratorio. Se obtiene hielo de ambos lados del disco mediante cuchillas regulables. Dado su tamaño compacto y peso ligero, esta máquina podría instalarse en bodegas de barcos de 12 a 16 m de eslora en algunas flotas artesanales.

Una variante del hielo en escamas se conoce como hielo fragmentado. El hielo fragmentado se fabrica introduciendo agua en un cilindro rodeado por un serpentín de evaporación. El agua se congela en el interior del cilindro a una temperatura del evaporador de -12 a -30 °C y se saca con un tornillo que gira dentro del cilindro y empuja el hielo hacia arriba. En la parte superior del cilindro, el hielo se compacta, se congela aún más y es expulsado por la parte superior del cilindro. El hielo fragmentado tiene una temperatura de -0,5 °C y un grosor medio de 7 a 8 mm.

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Figura 2. Máquina para fabricación hielo escarcha.

Tabla 2. Características típicas de algunas máquinas.

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Las principales ventajas del hielo en escamas son las siguientes El hielo en escamas tiene una superficie de intercambio de calor mayor que casi todos los demás tipos de hielo y, por lo tanto, la transferencia de calor entre el pescado y el hielo se produce con mayor rapidez y eficacia.

Debido a que el hielo en escamas está ligeramente sub enfriado (entre -5 y -7 °C), puede ceder 83 kcal por kg al fundirse transformándose en agua; por consiguiente, puede extraer un poco más de calor que otros tipos de hielo cuya temperatura es de 0 °C (80 kcal por kg). Resulta fácil de almacenar y manipular cuando se dispone de un recipiente termo aislado, sub enfriado (-5 °C) y debidamente diseñado para su almacenamiento. La máquina es pequeña y compacta, y requiere menos espacio que las de hielo en bloques. La fabricación de hielo comienza al poco tiempo de poner la máquina en marcha, lo que casi permite la fabricación de hielo «a petición». El hielo puede usarse inmediatamente después de su fabricación (no es necesario triturarlo).

Sin embargo, el hielo en escamas tiene ciertas desventajas frente al hielo en bloques. Por ejemplo: La máquina es menos robusta y más compleja, y se necesitan ingenieros cualificados para su mantenimiento.

Debido a su mayor superficie, el hielo en escamas se funde más rápidamente. A igual peso, el hielo en escamas requiere mayor espacio de almacenamiento. El hielo producido ha de ser pesado antes de su venta, en lugar de ser vendido por unidades.

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Proceso

Las máquinas de fabricación de hielo en escama constan de dos componentes principales: el generador y una central de refrigeración; este último, además, se constituye por un compresor (semi hermético o tipo tornillo), un condensador y los demás elementos que conforman un sistema de refrigeración.

Generalmente son desarrollados en los departamentos de ingeniería, pues es ahí donde se puede calcular mejor el rendimiento con un bajo consumo de energía para poder dar al mercado un producto confiable y eficiente, aunado a que el generador que se utiliza no requiere un ciclo inverso, es decir, no genera el hielo para después calentar el contenedor y que pueda caer, pues la fresa (aspa de trituración) lo convierte en un ciclo continuo.

Las máquinas del hielo en escama pueden tener una capacidad de producción que va desde los 500 kg hasta las 50 toneladas diarias, cuyo uso se requiere en procesos industriales y de producción de alimentos y su conservación. Cuando el equipo está listo para funcionar, tras conectarse al suministro de agua y electricidad, se surte de agua en el generador y suministra fluido (gas) refrigerante para generar un intercambio de calor entre éste y el agua.

En el mismo generador, el hielo se remueve a través de un aspa, conocida comúnmente como “fresa”, la cual gira por la parte interna del cilindro, provocando una rotura por presión y que el producto caiga al contenedor, el cual tiene aislamiento de polímero para aumentar su estado en escama.

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Por otro lado, el consumo de agua que tienen estos equipos va a depender del tipo de generador; es decir, si se requieren 50 toneladas de hielo, se debe regar la cantidad proporcional en agua. Además, su tiempo de vida, con un buen mantenimiento, puede llegar hasta los 20 años; este mantenimiento debe ser preventivo y se realizará como toda unidad condensadora, dejándolo limpio y evitando que haya suciedad o incrustaciones de cualquier otro material.

Este tipo de máquinas, además de tener el generador y el sistema de refrigeración, cuenta con un depósito de agua con una bomba, cuyo proceso se explica del siguiente modo: el hielo se genera en la superficie interior de un cilindro, el cual se encuentra aislado en su cara exterior, ya que tiene una doble pared en donde se aloja el refrigerante evaporado a baja temperatura.

Una fresa helicoidal desprende a su paso el hielo formado en la cara interna del cilindro, es decir, el agua sube desde el depósito inferior a una charola de distribución por medio de una bomba, cayendo por gravedad sobre la superficie fría interna del cilindro, congelándose al contacto.

Figura 3. Fresa Helicoidal.

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Aplicaciones del Hielo en Escamas

El hielo en escamas, a diferencia de los cubitos, se presenta en forma de pequeños trozos de forma irregular. Habitualmente se usa con el objetivo de conservar pescado, aunque tiene otras aplicaciones en panificadoras, industria cárnica, hospitales, gimnasios o laboratorios.

Normalmente este tipo de hielo se obtenía triturando hielo en barras, aunque este método ha quedado obsoleto por ser poco eficiente económica y energéticamente hablando. A día de hoy se fabrica mediante generadores de hielo con producciones que van desde unos pocos kilogramos hasta decenas de toneladas diarias.

Figura 4. Aplicaciones de Hielo Escarcha en la Industria.

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Procesado y Comercio del Pescado Para los que manipulan pescado fresco en contacto con el hielo es muy conocido que una temperatura baja de la escama produce una laceración térmica de la piel. Las partículas duras y con aristas cortantes provocan, por otra parte, una abrasión mecánica que también lo deteriora.

Por ello, los dos primeros tipos que se mencionan en el primer punto de este artículo no son recomendables para el contacto directo con pescado fresco. El inconveniente del tercero es que debido al contenido en agua el almacenamiento térmico en forma de calor latente es menor por kilo y por tanto también lo es su persistencia. Si ya hablamos de aplicaciones del hielo directamente sobre la piel humana todas estas consideraciones toman, obviamente, mayor importancia.

Sería por tanto una inexactitud grande meter todos los tipos de hielo en escamas o troceado en un mismo saco cuando se analiza su uso en estas aplicaciones. Los del tercer tipo mencionado es un hielo no sub-enfriado, no cortante y con suficiente contenido de agua; por lo que lo consideramos adecuado para estos usos. Comparativa de la Manejabilidad del Hielo Almacenado Durante el almacenamiento, los trozos del hielo tienden a aglutinarse, dificultando su manejo y su mezcla con el pescado se tiene los siguientes resultados: Hielo en tubos se mantuvo plenamente manejable durante los siete días que duraron las pruebas. Hielo en escamas se mantuvo manejable durante más de 48 horas, pero transcurridas las 96 horas se manejaba con dificultada. Hielo en bloques machacado prácticamente imposible de manejar transcurridas 24 horas.

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Necesidades de Hielo Abordo El espacio necesario para el almacenamiento de hielo dependerá del tamaño de la embarcación, de la duración de la salida de pesca, de la cantidad de pescado.

Tabla 3. Departamento de Pesca y Océanos de Canadá.

Enfriamiento del Pescado En la tabla se muestra el peso del hielo necesario para enfriar 10kg de pescado hasta 0°c partiendo de diversas temperaturas ambientes. Para volúmenes mayores de pescado, deberá multiplicarse la cantidad de hielo por el peso efectivo del pescado que se prevé almacenar en la bodega.

En la práctica se necesitan cantidades mucho mayores para garantizar que el pescado se mantiene frio una vez que su temperatura se ha reducido hasta los 0°C y que puede conservarse a esa temperatura durante algún tiempo.

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Una regla empírica generalmente aceptada en zonas tropicales hay que usar una proporción entre hielo y pescado de 1:1, aunque en muchos casos se utilizan proporciones de hasta 3:1. El factor que más influye en esa proporción es la duración de la salida de la pesca.

Producción de Embutidos La utilización del hielo en escama es muy utilizada para la producción de diversos embutidos como por ejemplo, Elaboración de mortadela bologna, Elaboración de salchichas estilo viena, Elaboración de jamón crudo, Elaboración de chorizo, etc.

Como ejemplo se mostrara la elaboración de la mortadela, que son embutidos escaldados elaborados a partir de carne fresca no completamente madura. Se utilizan como materias primas carne, grasa, hielo, y condimentos, reciben un tratamiento térmico posterior que coagula las proteínas y le dan una estructura firme y elástica al producto.

Materia prima e ingredientes Una formulación para elaborar mortadela es la siguiente: Carne de res sin tendones 80 Kg, Grasa de cerdo 20 Kg, Hielo finamente triturado 24 Kg, Tocino de cerdo crudo en cubitos 10 Kg, Sal común refinada 2.3 Kg, Azúcar 250 g, Ajo en polvo, al gusto Condimentos para mortadela, mezcla de curación, polifosfatos y emulsificantes, según especificaciones del proveedor.

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Figura 5. Diagrama de Flujo del Proceso de Embutidos

Aplicaciones del frio en panadería.

La aplicación del frío, varía según el momento de participación en el proceso productivo. Pues las temperaturas varían desde 22/26ºC de la fermentación, hasta la congelación entre -25/-40ºC según precocido o en masa. En el proceso de elaboración es importante aplicar el frío, pues el final del amasado ha de ser entre 22/25ºC depende de la amasadora y del tiempo.

Este proceso requiere controlar la temperatura de la zona de producción, las materias primas y el tipo de masa según su hidratación. Es por esto que la incorporación del enfriador de agua y también el uso del hielo en escamas. Nos permite contra restar las temperaturas de los demás ingredientes (harina, levadura, masas madres, azucares y grasas.) Como participa el enfriador. Pues sabemos que la suma de la temperatura del agua + temperatura de la harina + temperatura del obrador no debe ser por encima de los 55ºC. y el único elemento participante que seamos capaces de reducir su temperatura es el agua.

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Por esto Si un obrador tiene 28ºC + la de la harina 25ºC la suma sería 53ºC lo que nos da que el agua debe tener 2ºC. Sistemas a utilizar suelen ser variados desde un serpentín de cerveza que suelen ser los más baratos, hasta sistemas como tanques de congelación de acero o fibra llenos de agua, el único inconveniente es sacar el agua con cubo. Pero son muy efectivos y de gran capacidad.

Otro sistema para bajar las temperaturas por exceso de calor acumulado en el obrador o lugares de climatología alta. Sería disolver la sal en el agua y así conseguiríamos bajar esta hasta -3ºC. pues el agua salada no congela hasta pasar los -3ºC. El porcentaje a utilizar sabiendo la cantidad de agua a emplear podremos dosificares el 4% de sal por el peso del agua. Y tendremos presente la dosificación exacta en sal y agua. Para evitar pan salado o soso.

Otra técnica ya explicada en el tema amasado, sería la utilización de hielo en escamas. Su dosificación es kilo de escamas por litro de agua. Sabemos que 142 gr. de hielo, reduce la temperatura de 4’5 litros de agua en 2’2ºC.

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Lista de Referencias

Michael Shawyer Uso De Hielo En Pequeñas Embarcaciones De Pesca https://books.google.es/books?hl=es&lr=lang_es&id=9XpoWn4u7swC&oi=fnd&pg=PR3&dq =utilizacion+hielo+escamas&ots=_ghYu29Pw2&sig=nFFnwSLTMGDdifANkE-3CsxyQw#v=onepage&q=utilizacion%20hielo%20escamas&f=false Eduardo Umaña Cerros, Ing. Manual conservación de alimentos en frio. Fichas técnicas de Procesados en Carne. Depósito de documentos de la FAO Título: El uso de hielo en pequeñas embarcaciones de pesca http://www.fao.org/docrep/008/y5013s/y5013s04.htm Curso de panadería Claudio Jara Dongil Maestro panadero-pastelero aplicaciones del frio en panadería. Maja tecnología para el futuro, aplicaciones del hielo escama. Marca mexicana: http://www.rcr.com.mx/hieloenescama.php Marca mexicana http://www.bohn.com.mx/ http://www.icetechperu.com/index.php/productos/sc-hielo-en-escamas http://www.mactotalice.com/latam/maquinahielo/?gclid=CNO_4J_u79MCFcpLDQod_0oB9w#que m-somos http://itv.es/icemakers/es/consideraciones-los-tipos-hielo-escamas/ http://www.fao.org/docrep/008/y5013s/y5013s04.htm http://asia-pacifico.com/