ES2241235T3 - Metodo y aparato para enfriar un liquido acuoso. - Google Patents
Metodo y aparato para enfriar un liquido acuoso.Info
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Abstract
Se presenta un procedimiento para enfriar un líquido acuoso, el procedimiento comprende los pasos de: a) colocar el líquido acuoso en un vaso (101; 201; 301; 401); b) reducir la presión en el vaso para provocar que hierva el líquido acuoso; y c) condensar al menos algo del líquido en el vapor creado a medida que hierve el líquido; que se caracteriza por: d) efectuar la condensación mediante intercambio de calor con un criógeno líquido; y e) utilizar vapor del criógeno líquido para efectuar o ayudar a la realización del paso b).
Description
Método y aparato para enfriar un líquido
acuoso.
Esta invención se refiere a un método y un
aparato para enfriar un líquido acuoso y, más particularmente pero
no exclusivamente, se ocupa de un método y un aparato para enfriar
salsas.
Con la llegada de la familia trabajadora, se está
volviendo cada vez más común en las familias depender de los platos
precocinados. La calidad de tales comidas ha mejorado enormemente en
los últimos veinte años y muchas de tales comidas ahora están
compitiendo en calidad con buenas comidas de restaurante.
Una de las características que ha distinguido a
las mejores comidas de restaurante de los platos precocinados es la
calidad de las salsas.
Mientras es posible preparar salsas excelentes en
grandes lotes, los procedimientos subsiguientes de refrigeración y
recalentamiento tienden a hacer insípidos los refinados sabores y
aromas que acompañan a una salsa selecta recién preparada.
Actualmente, se utilizan varias técnicas de
enfriamiento para ayudar a retener la calidad de la salsa. Con este
fin, lo más satisfactorio de estos métodos se describe con
referencia a las figuras 1 y 2. La desventaja de éstos es que el
aparato asociado requiere capital y tiene un número sustancial de
piezas de trabajo que requieren un mantenimiento habitual.
En esta forma básica, la presente invención
proporciona una alternativa sencilla, relativamente económica,
inmejorablemente adecuada para la fábrica más pequeña.
Según la presente invención, se proporciona un
método para enfriar un líquido acuoso, método que comprende las
etapas de:
a) colocar dicho líquido acuoso en un
recipiente;
b) reducir la presión en dicho recipiente para
hacer que dicho líquido acuoso hierva; y
c) condensar al menos parte del líquido en el
vapor creado cuando dicho líquido acuoso hierve;
caracterizado por:
d) llevar a cabo dicha condensación mediante
intercambio de calor con un refrigerante líquido (líquido de
refrigeración); y
e) utilizar el vapor de dicho refrigerante
líquido para posibilitar o ayudar en la etapa (b).
Preferiblemente, dicho método incluye la etapa de
devolver el condensado de la etapa (c) a dicho líquido acuoso en
dicho recipiente. No obstante, el condensado podría recuperarse por
separado para la utilización subsiguiente, por ejemplo, para mezclar
en líquido acuoso en un recipiente diferente.
De manera ventajosa, dicho líquido acuoso es una
salsa comestible.
La presente invención también proporciona un
aparato para llevar a cabo un método según la invención, aparato que
comprende:
a) un recipiente para contener dicho líquido
acuoso;
b) medios reductores de presión para reducir la
presión en dicho recipiente; y
c) un intercambiador de calor para llevar, en
funcionamiento, un refrigerante a intercambio de calor indirecto con
el vapor creado cuando dicho líquido acuoso hierve en dicho
recipiente para condensar al menos parte del mismo;
caracterizado porque dicho aparato comprende
además
medios para introducir un refrigerante líquido en
dicho intercambiador de calor; y
medios que, en funcionamiento, permitirán que el
vapor procedente de dicho refrigerante líquido posibilite o ayude a
activar dichos medios reductores de presión.
En una realización, dichos medios reductores de
presión comprenden una bomba de vacío.
En otra realización, dichos medios reductores de
presión comprenden una tobera eyectora.
Preferiblemente, dichos medios reductores de
presión comprenden una pluralidad de toberas eyectoras conectadas en
cascada.
De manera ventajosa, dicho aparato incluye un
primer sensor de temperatura adaptado para generar una señal
indicativa de la temperatura del líquido acuoso en dicho recipiente,
un segundo sensor de temperatura adaptado para generar una señal
indicativa de la temperatura del refrigerante gaseoso que sale de
dicho intercambiador de calor, una válvula de control adaptada para
controlar el flujo de líquido de refrigeración hacia dicho
intercambiador de calor, y medios de control sensibles a la
diferencia entre las señales procedentes de dichos primer y segundo
sensores de temperatura para abrir y cerrar dicha válvula de control
de manera que la diferencia de temperatura entre el líquido acuoso
en dicho recipiente y el vapor de refrigeración que sale de dicho
intercambiador de calor es sustancialmente constante.
Preferiblemente, dicho intercambiador de calor
está dispuesto dentro de dicho recipiente. No obstante, esto no es
imprescindible.
En una realización, dicho intercambiador de calor
está dispuesto sobre dicho recipiente y se proporciona un tubo de
manera que, en funcionamiento, el condensado formado en dicho
intercambiador de calor puede fluir de vuelta a dicho
recipiente.
Para una mejor comprensión de la presente
invención, a continuación se hará referencia, a modo de ejemplo, a
los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es un diagrama de flujo que muestra
una primera realización de un aparato de la técnica anterior para
enfriar productos alimenticios;
la figura 2 es un diagrama de flujo que muestra
una segunda realización de un aparato de la técnica anterior para
enfriar productos alimenticios;
la figura 3 es un diagrama de flujo que muestra
una primera realización de un aparato según la presente
invención;
la figura 4 es un diagrama de flujo que muestra
una segunda realización de un aparato según la presente
invención;
la figura 5 es un diagrama de flujo que muestra
una tercera realización de un aparato según la presente
invención;
la figura 6 es un diagrama de flujo que muestra
una cuarta realización de un aparato según la presente invención;
y
la figura 7 es un gráfico que muestra cómo, con
la presión, varía el punto de ebullición de una salsa normal.
Con referencia a la figura 1, se prepara una
salsa y se introduce en un recipiente aproximadamente a 90ºC. El
recipiente 1 está cubierto con una tapa 2 y aplica el vacío mediante
la bomba 3 de vacío.
A medida que la presión en el recipiente 1
desciende, la salsa comienza a hervir y parte del líquido se
convierte en vapor. La energía requerida para la evaporación procede
de la salsa que se enfría progresivamente a medida que la presión
disminuye.
El propio vapor sale del recipiente 1 a través
del tubo 4. Debido a su alto contenido en agua (por no mencionar
otros orgánicos innumerables) es en gran medida indeseable que este
vapor se introduzca en la bomba 3 de vacío. Como tal, frecuentemente
se pasa a través de un intercambiador de calor donde se enfría
indirectamente mediante un refrigerante frío (normalmente salmuera)
procedente de un sistema mecánico de refrigeración. Cualquier
condensado se recupera en el separador 6 de fases mientras el gas
residual pasa a través del tubo 7 a la bomba 3 de vacío.
La desventaja de este aparato es que por lo
general la capacidad de la bomba 3 de vacío es relativamente
pequeña, de manera que se tarda un tiempo importante en evacuar el
recipiente 1. Además, el sistema mecánico de refrigeración
independiente es caro de instalar y requiere un mantenimiento
habitual.
El condensado 8, que por lo general es
predominantemente agua, normalmente se descarta. Se ha propuesto
devolver el condensado a la salsa una vez que el ciclo refrigerante
se haya completado. No obstante, sencillamente no parece que esto
devuelva a la salsa su calidad original, posiblemente debido a la
incapacidad de distribuir el condensado de manera uniforme por la
salsa que normalmente es viscosa a bajas temperaturas. Otra
posibilidad es que algunos de los compuestos orgánicos, responsables
del sabor y del aroma, no estén condensados y pasen a través de la
bomba 3 a la atmósfera.
Cambiando ahora a la figura 2, se muestra un
aparato alternativo de la técnica anterior. El aparato comprende un
recipiente 11 que tiene una tapa 12.
En funcionamiento, se introduce salsa a 90ºC en
el recipiente 11 y la tapa se fija de forma segura en el mismo. Se
aplica entonces el vacío mediante un tubo 14 pasando vapor de agua a
través de una tobera 13 eyectora.
La tobera 13 eyectora ocupa el lugar de la bomba
3 en la realización mostrada en la figura 1. La ventaja del aparato
es que la tobera eyectora tiene un rendimiento considerablemente
mayor en vacío escaso y de este modo puede al principio
despresurizar rápidamente el recipiente 1. Además, se puede
prescindir del sistema mecánico de refrigeración para condensar las
sustancias volátiles. Las desventajas son el coste de proporcionar y
hacer funcionar una planta generadora de vapor de agua y condensar y
enfriar el vapor que sale de la tobera 13 eyectora. Además,
cualquier compuesto orgánico en el vapor, procedente de la salsa, se
pierde en el vapor de agua.
Con referencia ahora a la figura 3, se muestra un
aparato que se identifica generalmente con el número de referencia
100.
El aparato 100 comprende un recipiente 101 dotado
con una tapa 102. Un tubo 104 se extiende desde la tapa 102 hasta la
tobera 113 eyectora.
Un tubo 109 está dispuesto para enviar nitrógeno
líquido a un intercambiador 114 de calor colocado en la tapa 102. Un
tubo 115 está dispuesto para llevar nitrógeno gaseoso desde el
intercambiador 114 de calor hasta la tobera 113 eyectora.
En funcionamiento, se introduce una salsa a 90ºC
en el recipiente 101, que se cierra entonces con la tapa 102. El
nitrógeno líquido se introduce entonces en el intercambiador 114 de
calor, en el que se evapora. El nitrógeno gaseoso producido pasa a
través del tubo 115 y la tobera 113 eyectora en la que comienza a
reducir la presión en el recipiente 101. A medida que la presión
disminuye en el recipiente 101, la salsa comienza a hervir y se
forma vapor. Cuando el vapor se eleva, se encuentra con el
intercambiador 114 de calor que condensa las sustancias volátiles,
es decir, el vapor de agua y los compuestos orgánicos.
Se apreciará que a medida que la salsa se
evapora, la energía requerida para proporcionar la refrigeración se
traduce en el enfriamiento de la salsa. A la inversa, cuando el
vapor alcanza el intercambiador 114 de calor, la energía absorbida
durante la evaporación se utiliza para evaporar el nitrógeno líquido
en el evaporador 114 mientras que el vapor se condensa. El resultado
es que muy poco de los compuestos orgánicos volátiles responsables
de los aromas y sabores de la salsa sale alguna vez del recipiente 1
y el proceso de evaporación/condensación continuo ayuda a garantizar
una salsa homogénea. Preferiblemente, se proporciona una rueda 116
de paletas para remover continuamente la salsa.
Se prevén diversas modificaciones en el aparato
mostrado en la figura 3. Por ejemplo, podría conectarse también una
bomba de vacío similar a la bomba 3 de vacío al recipiente 101. El
propósito de una bomba de vacío de este tipo sería relevar la tobera
113 eyectora una vez que ha reducido la presión en el recipiente 101
tanto como sea posible. En este respecto, se entenderá que las
toberas 113 eyectoras sólo pueden proporcionar un vacío limitado y
sería deseable, una vez esta se ha alcanzado esta presión, aislar la
tobera 113 eyectora y reducir adicionalmente la presión en el
recipiente 101 con la bomba de vacío. Si están limitados a esta
función, se prevé que se pueda prescindir de la unidad mecánica de
refrigeración y el separador de fases. Debería observarse de paso
que el volumen de nitrógeno líquido utilizado para la condensación
proporciona un flujo de nitrógeno gaseoso más que adecuado para
hacer funcionar la tobera eyectora.
Las toberas eyectoras tienden a estar diseñadas
tanto para tener un rendimiento elevado con una moderada reducción
de presión o bien un rendimiento menor con una mayor reducción de
presión. Por este motivo, se prevé que, en vez de una única tobera
eyectora, una instalación comercial utilizaría dos toberas eyectoras
o más con diferentes propiedades, dispuestas en cascada para
alcanzar un vacío final elevado.
Un aparato de este tipo se muestra en la figura
4, en el que a las partes que tienen una función similar a las
partes de la figura 3 se les ha dado el mismo número de referencia
en la serie de "200".
Se observará que la tobera 113 eyectora se ha
sustituido por tres toberas 213, 213' y 213'' eyectoras dispuestas
en cascada y se ha previsto la bomba 203 de vacío. Las válvulas 217
y 218 de retención se han dispuesto donde se indica. Éstas pueden
estar convenientemente formadas por válvulas solenoides controladas
eléctricamente.
La tobera 213 eyectora es una tobera eyectora de
vacío grueso de elevada capacidad de bombeo, cuya función principal
es eliminar rápidamente el aire del espacio superior en el
recipiente 201 y mantener a presión del vapor en la parte inicial
del ciclo de refrigeración según el aire se desgasifica desde la
salsa.
Las toberas 213' y 213'' eyectoras son toberas
eyectoras de alto vacío, de baja capacidad, capaces de eliminar aire
y/o sustancias incondensables a una presión tan baja como 8 mbar,
(que corresponde a una temperatura de salsa de aproximadamente 4ºC).
La bomba 203 de vacío es una medida de seguridad prudente y añade
capacidad de bombeo adicional y la capacidad de proporcionar una
presión menor que la de las toberas eyectoras si fuese
necesario.
En funcionamiento, las toberas 213, 213' y 213''
eyectoras se utilizan para reducir progresivamente la presión en el
recipiente 201 aproximadamente a 8 mbar. Si la tasa de reducción de
la presión no es aceptable, se activa la bomba 203 de vacío para
ayudar a reducir la presión aproximadamente a 8 mbar, presión a la
que una salsa normal hervirá a 4ºC.
Las toberas 213, 213' y 213'' eyectoras se
activan preferiblemente de manera que inicialmente sólo la tobera
213 eyectora está activa. Después, cuando la presión del vapor
alcanza alrededor de 450 mbar, la tobera 213' eyectora se activa en
paralelo con la tobera 213 eyectora. Cuando la presión alcanza
alrededor de 300 mbar, el suministro de nitrógeno a la tobera 213
eyectora se cierra utilizando una válvula de control (no
mostrada).
Cuando la presión alcanza 32 mbar, la tobera
213'' eyectora entra en funcionamiento en paralelo con la tobera
213' eyectora.
Cuando la presión alcanza aproximadamente 10
mbar, finaliza el suministro de nitrógeno a la tobera 213' eyectora,
dejando que la tobera 213'' eyectora reduzca la presión hasta 8 mbar
(con o sin la ayuda de la bomba 203 de vacío).
En la figura 7 se muestra una curva normal que
muestra el punto de ebullición de una salsa con la presión.
Después de que la salsa haya sido enfriada, se
extrae del recipiente 201 que se esteriliza como parte de los
preparativos para el siguiente lote de salsa. Si se desea, el
recipiente 201 podría dotarse con un tubo de salida permanente en la
parte inferior del mismo y la tapa 202 podría dotarse con un tubo de
entrada permanente.
Durante el funcionamiento de un aparato de
pruebas según la figura 4, se observó que la velocidad de
enfriamiento desde los 90ºC a los deseados 5ºC era sustancialmente
constante. En la técnica anterior, la velocidad de enfriamiento
disminuía considerablemente a medida que la salsa se acercaba a 5ºC.
Esto se atribuía a la utilización de nitrógeno líquido y a la gran
diferencia de temperatura entre el nitrógeno líquido (-196ºC) y la
salsa (de 90ºC a 5ºC). No obstante, la salsa no se congelaba ni
había hielo visible en la superficie del evaporador 114.
La utilización de la rueda 216 de paletas parece
tener un efecto beneficioso significativo y se supone que, entre
otros, ayuda a liberar burbujas de aire atrapadas en la salsa
durante su preparación.
Las consideraciones de diseño para el
intercambiador 214 de calor incluyen garantizar que no se forma
hielo en la superficie del intercambiador 214 de calor. También
puede ser deseable controlar el flujo de nitrógeno líquido hacia el
intercambiador 214 de calor, de manera que exista un diferencial de
temperatura constante entre el vapor que sale del intercambiador 214
de calor y la salsa. Para un funcionamiento económico, éste podría
fijarse tan bajo como 5ºC aunque se recomienda 10ºC. Un sistema de
control de este tipo podría llevarse a cabo mediante un sensor 225
de temperatura en la salsa, un sensor 226 de temperatura en el flujo
de vapor que sale del intercambiador 214 de calor, y una unidad 227
de control dispuesta para abrir y cerrar una válvula 228 de control
para controlar el flujo de nitrógeno líquido a través de
intercambiador 214 de calor. La válvula 228 de control da salida a
la atmósfera tal como se muestra.
En general, las salsas están hechas
comercialmente en lotes de 500 kg y el código de buenas prácticas
del Reino Unido requiere que se enfríen a entre 5º y 8ºC en 90
minutos.
Aunque se prefiere el nitrógeno líquido, podrían
utilizarse también otros refrigerantes líquidos, por ejemplo, aire
líquido, una mezcla rica en nitrógeno de oxígeno líquido y nitrógeno
líquido, argón líquido o helio líquido. No obstante, se prefiere en
gran medida nitrógeno líquido.
Aunque se prefiere situar el intercambiador 214
de calor en el recipiente 201, podría situarse en un recipiente
separado sobre el recipiente 201 y dispuesto para devolver el
condensado directamente al recipiente 201 de una manera similar a un
condensador en una columna de destilación. Un intercambiador de
calor de este tipo podría, si se desea, estar dotado con una
empaquetadura o placas de una manera similar a una columna de
destilación. No obstante, consideraciones de limpieza hacen
probablemente poco práctica una realización de este tipo.
Aunque el objetivo principal de la presente
invención era producir una salsa de mayor calidad, los solicitantes
también comprendieron que las soluciones anteriores podían
mejorarse. De este modo, la figura 5 muestra un aparato que es
generalmente similar al mostrado en la figura 1 excepto en que el
intercambiador 305 de calor se enfría con nitrógeno líquido y el
nitrógeno evaporado que sale del intercambiador 305 de calor se
utiliza para activar la bomba 303 de vacío. La partes restantes del
aparato corresponden a partes utilizadas en la realización de la
figura 1 y las partes que tienen funciones similares se han
identificado con números de referencia similares pero en las serie
de "300".
La figura 6 muestra una variante del aparato
mostrado en la figura 5. En este aparato, el intercambiador 405 de
calor se enfría mediante nitrógeno líquido. El nitrógeno gaseoso que
sale del intercambiador de calor se dirige a una tobera 413
eyectora. Se proporciona una bomba 420 pequeña para devolver el
condensado desde el separador 406 de fase al recipiente 401 por el
tubo 421 y la válvula 422 de retención.
Claims (10)
1. Método para enfriar un líquido acuoso, método
que comprende las etapas de:
a) colocar dicho líquido acuoso en un recipiente
(101; 201; 301; 401);
b) reducir la presión en dicho recipiente para
hacer que dicho líquido acuoso hierva; y
c) condensar al menos parte del líquido en el
vapor creado según dicho líquido acuoso hierve;
caracterizado por:
d) llevar a cabo dicha condensación mediante
intercambio de calor con un refrigerante líquido; y
e) utilizar el vapor de dicho refrigerante
líquido para posibilitar o ayudar en la etapa (b).
2. Método según la reivindicación 1, que incluye
la etapa de devolver el condensado de la etapa (c) a dicho líquido
acuoso en dicho recipiente (401).
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que dicho líquido acuoso es una salsa comestible.
4. Aparato para llevar a cabo un método según la
reivindicación 1, aparato que comprende:
a) un recipiente (101; 201; 301; 401) para
contener dicho líquido acuoso;
b) medios (113; 213, 213', 213''; 313; 413)
reductores de presión para reducir la presión en dicho recipiente;
y
c) un intercambiador (114; 214; 305; 405) de
calor para llevar, en funcionamiento, un refrigerante al
intercambio de calor indirecto con el vapor creado según dicho
líquido acuoso hierve en dicho recipiente para condensar al menos
parte del mismo;
caracterizado porque dicho aparato
comprende además
medios para introducir un refrigerante líquido en
dicho intercambiador de calor; y
medios que, en funcionamiento, permitirán que el
vapor procedente de dicho refrigerante líquido proporcione o ayude a
activar dichos medios reductores de presión.
5. Aparato según la reivindicación 4, en el que
dichos medios reductores de presión comprenden una bomba (203; 303)
de vacío.
6. Aparato según la reivindicación 4 ó 5, en el
que dicho medio reductor de presión comprende una tobera (113; 213,
213', 213''; 413) eyectora.
7. Aparato según la reivindicación 6, en el que
dicho medio reductor de presión comprende una pluralidad de toberas
(213, 213', 213'') eyectoras conectadas en cascada.
8. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 7, que incluye un primer sensor (225) de
temperatura adaptado para generar una señal indicativa de la
temperatura del líquido acuoso en dicho recipiente (201), un segundo
sensor (226) de temperatura adaptado para generar una señal
indicativa de la temperatura del refrigerante gaseoso que sale de
dicho intercambiador (214) de calor, una válvula (228) de control
adaptada para controlar el flujo de líquido refrigerante hacia dicho
intercambiador (214) de calor, y un medio (227) de control sensible
a la diferencia entre las señales procedentes de dichos primer y
segundo sensores de temperatura para abrir y cerrar dicha válvula
(227) de control de manera que la diferencia de temperatura entre
el líquido acuoso en dicho recipiente y el vapor refrigerante que
sale de dicho intercambiador de calor es sustancialmente
constante.
9. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 8, en el que dicho intercambiador (114; 214) de
calor está dispuesto dentro de dicho recipiente.
10. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 8, en el que dicho intercambiador de calor está
dispuesto sobre dicho recipiente y se proporciona un tubo de manera
que, en funcionamiento, el condensado formado en dicho
intercambiador de calor puede fluir de vuelta a dicho
recipiente.
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