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Importancia de los intercambiadores de calor en la industria alimentaria Nehemías Hernán Morales Peña   

Administración 15.12.2016 6 minutos de lectura

administración de producción y operacionesagroindustria En todas las industrias, y en particular la industria alimentaria se lleva a cabo el uso de diferentes máquinas y equipos, estos tienen diversas funciones, que en conjunto permiten realizar los procesos para la elaboración de un producto alimenticio. Algunos de estos equipos son intercambiadores de calor, como sabemos los intercambiadores de calor tienen la función de transferir energía (calor) de un lugar a otro, o bien de un fluido hacia otro fluido. Los intercambiadores de calor que se encuentran en las industrias de alimentos tienen una gran variedad de formas y de funciones, pero a pesar de que puedan tener todas estas variedades y funcionamientos similares, los intercambiadores de calor más comunes que podemos encontrar en la mayoría de las empresas debido a su accesibilidad de precio y por su funcionamiento que realizan y que es indispensable son: el evaporador, calderas, enfriadores y pasteurizadores. Hay intercambiadores de calor que tienen funcionamientos similares, cada uno de los intercambiadores utilizados en las industrias presentan ventajas y desventajas.Los evaporadores, vaporizadores y calderas tienen casi el mismo funcionamiento ya que estos trabajan con fluidos líquidos que son sobrecalentados con el fin de convertir al fluido en vapor, pero hay que mencionar que en el caso de los dos primeros se está trabajando con fluidos líquidos de distinta naturaleza. El objetivo de este ensayo es dar a conocer la definición, las características y sobre todo la gran importancia que tienen los intercambiadores de calor en la industria alimentaria. Palabras claves: Intercambiador de calor, evaporador, industria alimentaria

La importancia de los intercambiadores de calor en la industria alimentaria

En la industria alimentaria podemos encontrar un sinfín de máquinas y de equipos, todos estos son utilizados para llevar a cabo sus procesos, en lo que es la transformación de una materia prima en un producto terminado. Muchas veces no nos ponemos a pensar que estos equipos y maquinas tienen una gran relevancia en la industria, y mucho menos sobre cómo es su funcionamiento. Algunos equipos que se encuentran en la industria de los alimentos son equipos llamados intercambiadores de calor, estos se nombran así porque como lo menciona Jaramillo (2007) que los intercambiadores de calor son dispositivos que se encargan de transferir calor de un lugar a otro, o de un fluido a otro fluido. Existen muchos tipos de intercambiadores de calor que se pueden encontrar en las empresas alimenticias, estos pueden tener muchas formas y tamaños, pero es de mencionarse que muchas empresas no tienen de todas los tipos, porque eso implica costos elevados o por la eficiencia que unos puedan presentar sobre otros, pero los más comunes que podemos encontrar son: evaporadores, calderas, enfriadoras y pasteurizadoras. Hay algunos intercambiadores de calor que tienen ciertas características, como su funcionamiento similar, pero yo considero que existen muchas variedades de acuerdo a las ventajas y desventajas que estos ofrecen. Continuando con las similitudes entre los intercambiadores, podemos encontrar que los evaporadores, vaporizadores y calderas tienen una aplicación similar, aunque en el caso de que estos trabajan con fluidos líquidos con el fin de calentarlos y convertirlos en vapor, los 2 primeros trabajan cada uno con fluidos líquidos de diferente naturaleza. Por ejemplo, con el evaporador lo que se calienta y evapora es el agua, porque se suministra una energía con una temperatura equivalente a la evaporación del agua, en cambio con un vaporizador se puede calentar y evaporar otro fluido que no sea agua. Las calderas son otro tipo de intercambiadores de calor, estas tienen la función de calentar el agua o la de producir vapor, aquí considero que es dependiendo del uso al que se le destinara al producto resultante del proceso que se realiza en la caldera. Es importante el uso de estos intercambiadores de calor, porque como describí acerca de los 3 equipos antes mencionados, estos pueden ser utilizados para producir vapor o para el calentamiento del agua y a la vez estos productos resultantes se pueden utilizar para realizar operaciones como la de la esterilización. Así también tienen gran importancia como es el caso de los evaporadores, de retirarle una cierta cantidad de agua a un producto en transformación, como los jugos y mermeladas, solo por mencionar algunos, porque la aplicación se pueda dar en otros productos, continuando con lo que decía, se les retira una parte de agua con el fin de que los ingredientes de los productos se puedan concentrar más. Los intercambiadores nos sirven para muchas cosas, como, la de lo que ya he mencionado, la de calentar líquidos y hacerlos pasar de un estado a otro, así también al de calentar y elevar su temperatura de algunos alimentos con el fin de darles un tratamiento que permita que el alimento sea descontaminado, es decir, de la de eliminarle o inactivarle las enzimas y microorganismos patógenos, un caso práctico de esto es la de la pasteurización o ultra pasteurización, dependiendo los parámetros que se tomen para

realizarlo, y el equipo con el cual se realizan estos tratamientos son la pasteurizadora o la ultra pasteurizadora. Como podemos darnos cuenta este equipo tiene una gran importancia, ya que con este tratamiento térmico de pasteurización podemos obtener un producto inocuo y de calidad, y esto se consigue gracias a la aplicación de un intercambiador de calor. Me he concentrado a hablar acerca de cómo un intercambiador de calor nos ayuda a transferir energía, y sobre las temperaturas altas que se manejan los equipos para calentar los fluidos líquidos y para evaporarlos, pero también hay que aclarar que un intercambiador de calor puede ser un equipo que maneja temperaturas bajas (frio), esto se puede llevar a cabo en los congeladores industriales, en los cuales lo que ocurre es la de remover el calor de un lugar a otro, esto toma gran importancia en la industria alimentaria porque gracias a estos equipos se logra la conservación de los alimentos. Como podemos darnos cuenta en los intercambiadores de calor se manejan temperaturas altas y bajas y hay una transferencia entre estas, pienso sobre como es el impacto que los intercambiadores de calor tienen en la industria de los alimentos, también de cómo es la influencia de las diferencias de temperaturas y el manejo que se les ha dado a estos equipos con el fin de obtener beneficios a partir de su principio de funcionamiento, que se origina de la transferencia de energía por la diferencia de temperaturas. Los intercambiadores de calor tienen una gran importancia en la industria alimentaria, porque con estos equipos los ingenieros y los operadores realizan distintas tareas a lo largo de las diferentes etapas del proceso de producción de los diferentes productos alimenticios, con los intercambiadores de calor se logran obtener muchos beneficios como, la conservación, purificación, inocuidad y calidad de los productos, así como la eficiencia en los procesos, ahorro

de recursos y disminución

los principios transferencia de calor son ampliamente utilizados en la elaboración de alimentos en muchos de los equipos utilizados en el procesode elaboración.

Industria alimentaria

Los intercambiadores de calor a placas se utilizan en la fabricación de leche, mantequilla, queso, postres, miel, yogures, cerveza, helados, refrescos, agua embotellada, salsas. Laygo gaskets suministra juntas de intercambiadores de calor de placas para todo tipo de aplicación alimentaria.

SECTOR LÁCTEO:   

Recepción de leche: Enfriamiento de la leche cruda de 15 a 4ºC mediante ICP Pasteurización—termización: El producto se trata hasta 75ºC en pasterizadores multietapa Tratamiento UHT: En estos ICP se alcanzan temperaturas de hasta 147ºC del producto

SECTOR CERVECERO:   

Enfriamiento de mosto mediante ICP para grandes volúmenes Pasteurización “flash” de la cerveza de barril Enfriadores de cerveza para envasado

En la industria cervecera los intercambiadores de calor a placas se usan principalmente para enfriar el mosto de forma rápida e iniciar el proceso de fermentación mediante ICP para grandes volúmenes. Como consecuencia de esta rapidez, se evita que el mosto pueda sufrir cualquier tipo de contaminación. Por norma general, este tipo de intercambiadores de calor a placas son compactos, muy prácticos y con los que se puede enfriar en un tiempo flash hasta 40 litros de mosto a una temperatura de 20°C, pasteurizar la cerveza de barril o enfriarla para su envasado. Otra característica interesante es que no es necesario el uso de una bomba para llevar a cabo estos procesos, ya que ocurren como consecuencia de la fuerza de la gravedad ejercida durante los mismos. Además, cuentan con un consumo de agua limitado. SECTOR BEBIDAS Y REFRESCOS:   

Planta de jarabes: Enfriamiento y calentamiento mediante ICP Pasteurización de bebidas en ICP Enfriamiento de bebida terminada antes de envasado

Con el aumento de la demanda de bebidas y refrescos, los intercambiadores de calor a placas se convierten en elementos esenciales para dar una respuesta eficaz a la misma y ser los idóneos en procesos de transformación suave. Así, el periodo de conservación – tanto de bebidas (por ejemplo, zumos de frutas) como de alimentos – se convierte en fundamental, y es por ello que muchas de ellas se someten a un proceso de pasteurización para aumentar su vida útil. Durante el proceso de pasteurización, los productos se calientan e inmediatamente se someten a enfriamiento. Asimismo, también es muy habitual la fabricación de zumos de frutas o bebidas energéticas con bajo pH a partir de componentes ya pasteurizados, y que se someten a un breve proceso de calentamiento. Por su parte, el proceso de enfriamiento destruye todos aquellos microorganismos que se encuentran presentes en el suministro de aire, lo que se convierte en un beneficio complementario en cuanto a productividad y conservación. SECTOR VINOS Y LICORES: 

Enfriamiento de mosto mediante ICP

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Pasteurización de vino a baja temperatura mediante ICP

Los intercambios térmicos producidos por los intercambiadores de calor a placas son considerados como procesos de una gran importancia durante la elaboración de vinos espumosos, tranquilos y licores, ya que su principal misión consiste en el control de su temperatura. Y es que este es de vital importancia durante el proceso de fermentación y para atenuar los procesos de oxidación o crecimiento de microorganismos. Asimismo, y con el objetivo de enfriar el mosto – muy cargado de sólidos en suspensión – se hace uso de un intercambiador para evitar, de este modo, cualquier tipo de obturación producida por alguna de las partículas sólidas que lo componen. Del mismo modo, y a baja temperatura, se produce también la pasteurización del vino que impedirá, en el caso de vinos dulces, la fermentación del azúcar residual. Ello permitirá, en consecuencia, mantener su carácter dulce. SECTOR AZUCARERO:

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Tratamiento de los jarabes a altas temperaturas mediante ICP Equipos ICP auxiliares de enfriamiento y calentamiento de jarabe

Dentro de la industria alimentaria, el sector de la producción y el refinado de azúcar precisa el uso de juntas alojadas en intercambiadores de calor a placas para poder transferir de forma adecuada y continua calor en el azúcar y en los distintos flujos de jugo que se producen a raíz del primer jugo y las melazas en el tratamiento de jarabes a altas temperaturas. El hecho de contar con un coste energético eficiente es la garantía que más se exige en el sector de la producción de azúcar. Una energía que se garantiza gracias a la eficiencia térmica de los intercambiadores de calor a placas, así como de los evaporadores de placas. Ambos ayudan a obtener una mayor calidad en el azúcar producido y a que los costes, tanto operativos como energéticos, sean menores. Estos son sólo algunos ejemplos puntuales de aplicaciones en la Industria alimentaria. Laygo gaskets dispone del conocimiento y el I+D necesarios para adaptarse a los continuos cambios en la industria de la alimentación. En común podemos destacar el proceso de limpieza in situ CIP (cleaning in place) donde se haven circular soluciones de limpieza a través del ICP para su correcta desinfección. Debido a la agresividad de los medios de limpieza, Laygo gaskets desarrolla elastómeros de alta resistencia que prolongan los tiempos hasta la parada de mantenimiento. VULCANIZACIÓN 100% EN PRENSA Laygo gaskets es el único fabricante mundial de juntas para Intercambiadores de Calor de Placas que realiza el proceso de vulcanización del caucho 100% en la prensa. Las ventajas son evidentes: Mayor resistencia química, mayor resistencia a la temperatura, unión perfecta entre los enlaces químicos (cross—linking), mayor duración del elastómero, etc. El sistema de post-curado utilizado por otros fabricantes obtiene un producto de menor costo, pero la junta quedará vulcanizada por fuera y cruda por dentro.

Simulador de transferencia de calor en estado no estacionario en alimentos La trasferencia de energía (calor) es un fenómeno de transporte importante, el cual surge en la gran mayoría de procesos de preservación de los alimentos, como por ejemplo desde los

pretratamientos como el escaldado, hasta los procesos finales como auto clavado, refrigeración, congelación, etc. En recientes investigaciones, se vienen utilizando el método de separación de variable o también llamado método analítico para modelar y simular la transferencia de calor en los alimentos, para calcular propiedades térmicas de los alimentos, como: conductividad térmica (W/m°C) y difusividad térmica (m2/s), así como propiedades del medio de transferencia de energía, como el coeficiente de transferencia de calor (W/m2°C). Otra aplicación de las soluciones analíticas es para validar modelos numéricos de transferencia de calor. Una forma rápida de obtener respuestas de las ecuaciones de transferencia de calor en estado no estacionario o también llamado transitorio es utilizando las gráficas de HEISLER o las gráficas de GURNEY – LURIE, con la desventaja que se pueden suscitar errores de cálculo si es que no se domina correctamente su uso. Una alternativa es desarrollar las ecuaciones, utilizando una moderada cantidad de términos para mejorar el perfil de temperatura simulado. Las formas geométricas utilizadas en los problemas de transferencia de calor, son las regulares, como placa infinita (Figura 1), esfera (Figura 2) y cilindro infinito (Figura 3), pero es bien conocido que se pueden obtener formas finitas, mediante la intersección de estas, como por ejemplo, la intersección de tres placas infinitas pueden formar una forma geométrica en tres dimensiones (3D) (Figura 4), así como la intersección de dos placas infinitas pueden formar formas geométricas en dos dimensiones (2D) (Figura 5), también se pueden obtener cilindros finitos, mediante la intersección de un cilindro infinito con una placa infinita (Figura 6).

Este programa, desarrollado en la plataforma EXCEL TM y programado con Microsoft Visual Basic 7.1, tiene por objetivo simular la transferencia de calor de alimentos de diferentes formas geométricas regulares. El programa cuenta con la opción de modificar las propiedades térmicas del alimento, así como las propiedades del medio de transferencia de calor, para tal efecto se programaron 10 términos para cada ecuación y por ende calcula 10 raíces de las ecuaciones características para las diferentes formas geométricas calculadas utilizando el método de la bisección. Un resumen de las ecuaciones utilizadas en este programa se presentan en la siguiente tabla.

Conclusión Los intercambiadores de calor son muy importantes en la industria alimentaria, son equipos que tienen un principio de funcionamiento a partir de la transferencia de energía originada por la diferencia de temperaturas que existen, el ser humano se ha valido de esto para su propio beneficio y así como lo ha transportado a la industria alimentaria lo ha hecho en otras áreas. A pesar de que existen muchos tipos de intercambiadores de calor, las empresas se adaptan a tener los equipos que tienen mayor eficiencia y que pueden solventar con sus gastos para invertir sus recursos económicos en equipos con mejores tecnologías y se preocupan en tener en sus instalaciones los equipos que son más comunes como, las pasteurizadoras, congeladoras, calderas y evaporadores, o también esto puede depender de que productos estén produciendo. Cada uno de los intercambiadores de calor son de gran importancia en la industria alimentaria, porque con ellos se logran realizar procesos y transformaciones, y si estos no existieran las empresas no podrían salir adelante, ya que las empresas se benefician de estos equipos, porque con ellos se logran eficiencias en procesos, pérdidas de tiempo y recursos económicos, así también como la conservación, inocuidad y calidad de sus productos.

Considero que el ser humano también está en constante búsqueda acerca de cómo innovar o mejorar sus equipos, con el único propósito de beneficiarse al obtener en sus equipos la mejor eficiencia, la disminución de costos y de pérdidas. Bibliografía 1.

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