ES2265408T3 - Aparato para calentar y controlar la temperatura de proceso de un pasteurizador de tunel. - Google Patents
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Abstract
Aparato para calentar y controlar la temperatura de proceso de un pasteurizador de túnel, en particular para productos alimenticios envasados, donde el túnel, provisto de un transportador en condiciones de hacer avanzar el producto, está substancialmente subdividido en una primera área de precalentamiento, una segunda área de tratamiento térmico de pasteurización y una tercera área donde se enfría el producto, dichas primera, segunda y tercera área siendo consideradas, cada una, subdivididas, en su longitud, en dos o más subáreas elementales térmicamente independientes, cada una de las cuales comprendiendo un circuito hidráulico que permite pulverizar, con agua a una temperatura predeterminada, el producto envasado, el cual circuito hidráulico a su vez comprende un rociador, y un subyacente tanque de recolección y una tubería que conecta el tanque de recolección con el rociador, dicho aparato estando provisto al menos de un intercambiador de calor que comprende por lo menos un circuito primario y por lo menos un circuito secundario, caracterizado por el hecho que dicho intercambiador de calor comprende una pluralidad de circuitos secundarios, cada uno de dichos circuitos secundarios estando conectado a dicho circuito hidráulico de una subárea, cada mencionado circuito secundario estando provisto de medios para controlar la temperatura del agua del rociador comprendido en dicho circuito hidráulico de la subárea a la cual está conectado el mismo circuito secundario.
Description
Aparato para calentar y controlar la temperatura
de proceso de un pasteurizador de túnel.
La presente invención se refiere a un aparato
para calentar y controlar la temperatura de proceso de un
pasteurizador de túnel, en particular para productos alimenticios
envasados.
Como bien se sabe, la pasteurización de los
productos alimenticios envasados es el tratamiento térmico al cual
se someten algunos tipos de productos ya envasados en sus
contenedores finales, para mejorar su conservación a lo largo del
tiempo.
El tipo de pasteurización al cual se hará
referencia a continuación es la "pasteurización a baja
temperatura" y se hará referencia específica a productos
alimenticios constituidos por bebidas. Esto significa que tiene
lugar a una temperatura por debajo de 90ºC por medios de agua
caliente que se pulveriza de manera programada sobre los
contenedores para modificar su temperatura de acuerdo a un ciclo
térmico definido.
El aparato mediante el cual se logra el proceso
de pasteurización esencialmente se compone de un túnel a través del
cual se trata el producto ya envasado en su contenedor (botella,
lata u otro contenedor) que se lo hace avanzar por el túnel por
medio de un transportador.
Desde el punto de vista térmico, el túnel
esencialmente está dividido en tres áreas: una primera área (área
1) para precalentar, donde la temperatura del producto se aumenta
hasta un valor determinado, por encima del cual tiene lugar el
tratamiento térmico verdaderamente dicho; una segunda área (área 2)
para el tratamiento térmico; una tercera área (área 3) para el
enfriamiento, donde el producto es llevado bruscamente a la
temperatura ambiente para impedir indeseados fenómenos de
fermentación.
Cada una de estas tres áreas, además, está
subdividida en dos o más partes (subáreas) para: a) impedir cambios
bruscos de temperatura y tener la oportunidad de recuperar calor
entre las áreas de calentamiento y de enfriamiento, o b) tener
áreas disponibles a diferentes temperaturas, variables de acuerdo a
un criterio lógico determinado, en la porción del túnel donde tiene
lugar el tratamiento térmico verdaderamente dicho.
Según la técnica conocida, el calentamiento del
agua que se pulveriza sobre el producto (agua de proceso) tiene
lugar por medio de una pluralidad de intercambiadores de calor, cada
uno de los cuales está asociado a una subárea de las áreas 1, 2, 3
en las cuales está subdividido el túnel.
La figura 3 muestra un pasteurizador de túnel
obtenido de acuerdo con la técnica conocida en cuestión (ver
también la patente de invención EP 960.574).
Cada uno de dichos intercambiadores está formado
por un único circuito primario, cuyo fluido puede ser, en función
de las necesidades, vapor saturado, agua sobrecalentada, agua
caliente, etc., y por un único circuito secundario dentro del cual
circula el agua de proceso. También hay una válvula dosificadora
para el circuito primario y, si el fluido primario es vapor, un
drenaje para la humedad de condensación.
El agua de proceso circula en cada subárea, a
través de un circuito hidráulico que conecta el tanque de
recolección, situado debajo del producto pulverizado, con
rociadores ubicados arriba del producto. El circuito secundario de
cada intercambiador de calor está conectado con el circuito
hidráulico de cada subárea, descrita arriba. A cada subárea del
pasteurizador, cuya agua de proceso requiere un apropiado
calentamiento, por lo tanto, se le debe asociar un intercambiador
de calor específico.
Si bien esta solución constructiva satisface muy
bien los requerimientos operativos del sistema, sin embargo
presenta algunos inconvenientes.
Tales inconvenientes esencialmente son:
- una relativamente gran complejidad del sistema
para controlar y ajustar las temperaturas y las líneas
hidráulicas;
- la necesidad de realizar el mantenimiento de
una alta cantidad de intercambiadores de calor y de una igualmente
alta cantidad de válvulas dosificadoras de alta presión;
- la inercia de los órganos de ajuste y control
que se ven sometidos a permanentes variaciones de configuración;
- la escasa eficiencia de los intercambiadores
de calor que a menudo deben trabajar en estados transitorios.
Para resolver esta serie de inconvenientes,
algunas casas fabricantes han adoptado un sistema de calentamiento
centralizado, que prevé la adopción de un único intercambiador de
calor para todas las áreas sometidas a control de temperatura. Este
intercambiador prevé el calentamiento de una masa de agua presente
dentro de un tanque, que se mantiene a una temperatura
suficientemente alta, y que se mezcla con el agua de proceso de las
varias áreas, para aumentar su temperatura, dependiendo de la
necesidad de cada una. Por ende, la energía térmica se distribuye
por medio de masas de agua caliente que se agregan a las áreas donde
se necesita un aumento de temperatura.
La figura 2 muestra esquemáticamente un
pasteurizador de túnel obtenidos de acuerdo con este segundo tipo
de técnica conocida (ver por ejemplo la patente de invención WO
95/22.352). Esta solución técnica, si bien proporciona algunas
ventajas incuestionables con respecto a la técnica anterior, igual
sigue exhibiendo algunos inconvenientes.
En particular:
- grandes cantidades de masas de agua dentro del
pasteurizador que se deben calentar antes de poner en marcha el
transportador (masas de agua presentes tanto en las tinas de proceso
como en el tanque común) con obvio alto dispendio de energía;
- inevitable pérdida, al momento del apagado
final del pasteurizador, de la energía gastada para el calentamiento
preventivo de la masa de agua contenida dentro del tanque
común;
- necesidad de altos caudales de agua, si la
temperatura del agua en el tanque común disminuye, entre el tanque
común y las varias tinas de proceso (la potencia transferida es
igual al producto entre el volumen del agua y su temperatura);
- existencia de un único intercambiador de calor
que, durante las etapas críticas del control de proceso, debe
proporcionar suficiente energía térmica tanto para el rápido
calentamiento de las áreas del pasteurizador como para el
restablecimiento de la temperatura de la masa de agua presente en el
tanque común. Y esto con la posibilidad que podría no ser posible
realizar el proceso de pasteurización correcta o completamente, con
la eventual consecuencia de estropear el producto;
- la presencia, dentro del pasteurizador, de una
gran cantidad de agua a alta temperatura concentrada en una única
área (tanque común) puede alterar, debido al intercambio térmico con
el ambiente circunstante, el equilibrio térmico de las áreas
sometidas a control de temperatura;
- el mezclado constante de las masas de agua a
diferentes temperaturas en las distintas áreas del pasteurizador
exige la permanente restauración de las temperaturas operativas, una
vez más con gran dispendio de energía.
A partir de la patente de invención FR 2.520.984
se conoce otro tipo de pasteurizador. Esta patente de invención
publica un aparato en el cual el calentamiento del agua de las zonas
de calentamiento se obtiene por medio de una o varias bombas de
calor que mantienen parte del calor proveniente del agua de la zona
de enfriamiento.
Además, las patentes de invención DE 3.210.341 y
DE 3.211.159 publican una planta de pasteurización en la cual los
líquidos se precalientan en un intercambiador de calor de
precalentamiento, se calientan en un intercambiador de calor de
calentamiento y luego se introducen dentro de recipientes por medio
de un elemento de rellenado que no pertenece a la planta de
pasteurización. Los recipientes luego pasan a través de un túnel de
enfriamiento, que pertenece a la planta de pasteurización y que
está equipado con al menos dos zonas para rociar con agua, donde se
enfrían mediante la pulverización del agua.
Por otro lado, la patente de invención US
4.704.958 publica un pasteurizador de túnel provisto de una
pluralidad de tabiques móviles que permiten con facilidad modificar
la configuración del túnel cambiando la longitud de cada zona de
tratamiento térmico.
Además, la patente de invención EP 204.138
publica un dispositivo de seguridad para proteger los productos
contra una larga exposición a alta temperatura en el caso que se
tuviera que parar la cinta transportadora del pasteurizador.
Finalmente, las patentes de invención EP
867.678, US 5.755.280, EP 205.205 y GB 1.270.568 publican
intercambiadores de calor con un circuito primario y muchos
circuitos secundarios.
El objetivo fundamental de la presente
invención, por lo tanto, es el de superar los inconvenientes
mencionados con anterioridad, con referencia a los sistemas
actuales para el calentamiento y el control de las temperaturas de
proceso en pasteurizadores de túnel, poniendo a disposición un
aparato que permita:
- restringir de manera considerable la cantidad
de intercambiadores de calor usados y las unidades de regulación de
fluido en sus circuitos primarios;
- restringir la frecuencia de las variaciones de
potencia térmica suministrada por los intercambiadores de
calor;
- mantener las aguas de proceso siempre
separadas entre las distintas áreas del pasteurizador;
- evitar el uso de un tanque común con una gran
cantidad de agua a alta temperatura;
- simplificar la estructura del circuito
hidráulico del pasteurizador.
Los objetivos señalados y aún otros se logran en
su totalidad mediante un aparato para el calentamiento y el control
de la temperatura de proceso, cuyas características principales
están indicadas en las reivindicaciones que están más adelante.
Otras características y ventajas de la presente
invención se pondrán aún más de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue de una realización del aparato en
cuestión exhibido, a título puramente ejemplificador y no
limitativo, en los dibujos anexos, en los cuales:
- la figura 1 muestra un primer ejemplo de la
técnica conocida según se ha descrito con anterioridad;
- la figura 2 muestra un segundo ejemplo de la
técnica conocida también según se ha descrito con anterioridad;
- la figura 3 muestra esquemáticamente los
circuitos hidráulicos y los órganos para calentar y controlar las
temperaturas de proceso correspondientes al aparato de la presente
invención.
Con referencia a la figura 3, el túnel del
pasteurizador, el cual está provisto de un transportador (no
mostrado) para hacer avanzar el producto según el sentido indicado
por la flecha mostrada en la figura 3, está subdividido en tres
áreas, a saber: una primera área (1) de precalantamiento que está
subdividida (en el ejemplo mostrado) en cuatro subáreas elementales
térmicamente independientes (11, 12, 13 y 14); una segunda área (2)
para el tratamiento térmico de pasteurización, que está subdividida
(nuevamente con referencia al ejemplo ilustrado) en tres subáreas
térmicamente independientes (21, 22 y 23); una tercera área (3) que
está subdividida (también aquí con referencia al ejemplo ilustrado)
en cuatro subáreas elementales (31, 32, 33 y 34).
Un adecuado aparato para medir y procesar datos
está en condiciones de medir y registrar la temperatura del agua de
proceso y determinar, mediante un cálculo matemático, la temperatura
del producto en cada una de las porciones elementales (subáreas).
Dicho aparato no está representado en las figuras anexas porque es
conocido en sí mismo (está constituido por sondas conectadas a un
ordenador). Tampoco se muestra el exacto emplazamiento (que, de
todos modos, tiene que estar en las áreas o subáreas de interés)
porque depende de los varios requerimientos funcionales y
operativos. Los valores de temperatura medidos y registrados se
comparan constantemente con valores establecidos (es decir valores
predeterminados), definidos para un punto característico de cada una
de las subáreas elementales de las áreas (1, 2 y 3) en las cuales
está subdividido el túnel. Tal aparato para el control y el ajuste
computarizado, de todos modos, está descrito en la patente de
invención EP 960.574.
Ahora se describirá, nuevamente con referencia a
la figura 3, el aparato para calentar y controlar la temperatura de
proceso.
Cada subárea elemental del área (1) de
precalentamiento y del área (2) para el tratamiento térmico de
pasteurización comprende un circuito hidráulico (3) que permite
pulverizar, con agua de proceso a una temperatura predeterminada,
el producto envasado que está transitando arriba del
transportador.
Con referencia al área (2) de pasteurización,
cada circuito hidráulico (3) a su vez comprende un rociador (4), un
subyacente tanque colector (5) y una tubería (6) que conecta el
tanque (5) con el rociador (4).
Nótese que, con referencia al área (1) de
precalentamiento, la tubería (6) que conecta el tanque (5) con el
rociador (4) extiende su recorrido hasta el área de enfriamiento
(3). Comenzando desde el tanque (5), por ejemplo del subárea 14, la
tubería (6) alimenta el rociador superior de la subárea 31 y luego
el agua drenada del tanque de esta subárea 31 vuelve al rociador
(4) de la subárea 14. Por motivos de simplicidad de descripción de
toda la tubería que conecta las subáreas 14 y 31 ha sido indicada
con el mismo número de referencia (5) al igual que las otras
tuberías similares.
Obviamente, esto vale incluso para las otras
subáreas (11, 12, 13 y 32, 33, 34).
De acuerdo con la realización exhibida en la
figura 3, el aparato de la presente invención comprende dos
intercambiadores de calor (7) asociados, respectivamente, a la
primera área (1) de precalentamiento y a la segunda área (2) de
tratamiento térmico de pasteurización.
Cada intercambiador (7) comprende un circuito
primario (8) (al cual están asociados una válvula dosificadora (15)
y un drenaje para la humedad de condensación (16)) y una pluralidad
de circuitos secundarios (9) (igual a la cantidad de subáreas
elementales donde hay agua de proceso calentada - este no es el caso
de la subárea 11). Cada uno de los circuitos secundarios está
conectado al circuito hidráulico (3) de cada subárea elemental.
Más exactamente, cada circuito (9) es alimentado
en la parte inferior del circuito (3) por el agua de proceso que
llega del tanque (5) y termina en la parte superior antes del
rociador (4).
Cada circuito secundario (9) también está
provisto de medios para controlar la temperatura del agua del
respectivo rociador (4), los cuales están constituidos por una
válvula moduladora de baja presión (10) servocontrolada situada, en
el circuito (9), antes del rociador (4).
La inyección, o la falta de inyección, de agua
de proceso (a una temperatura que se deriva del intercambio de
calor en el intercambiador (7)) del circuito denotado con 9 al
circuito hidráulico denotado con 3 determina la variación de
temperatura del agua pulverizada por el rociador (4). Esta variación
es una función de la temperatura del agua del circuito (9) después
del intercambiador (7) y del caudal de agua inyectado después de la
válvula (10). Nótese que el uso de circuitos (7) con múltiples
circuitos secundarios (9) permite mantener constantemente activo el
sistema para ajustar el circuito primario (8). Y ello gracias a la
probabilidad de demanda de energía por al menos uno de los
circuitos secundarios (9).
Lo anterior permite:
- reducir la inercia de los órganos de
regulación que desde un estado de inactividad repentinamente fueron
solicitados a entregar la máxima potencia, puesto que es probable
que al menos una de las subáreas elementales servidas por el mismo
intercambiador (7) exija entrega de energía en momentos diferentes o
al mismo tiempo;
- y tener una buena eficiencia del
intercambiador (7) y de la válvula moduladora (10) porque su
intervalo de ejercicio varía dentro de valores contenidos.
Nótese además que si en el circuito primario (8)
del intercambiador de calor (7) el fluido estuviera constituido por
vapor seco saturado, el conjunto formado por la válvula dosificadora
(15) y el drenaje para la humedad de condensación (16) podría
volverse autorregulado.
En este caso la válvula (15), el intercambiador
(7) y el drenaje para la humedad de condensación (16) se volverían,
respectivamente, en un regulador de presión (15) (presión del vapor
seco saturado), un condensador (7) y un drenaje para la humedad de
condensación (16). Esto significa que, mientras en el circuito
secundario (9) circula agua que enfría el vapor presente en el
circuito primario (8) produciendo humedad de condensación, el
drenaje para humedad de condensación (16) se abre para hacer salir
la humedad de condensación en una cantidad proporcional al calor
intercambiado y el regulador de presión (válvula (15)) se abre para
restablecer la válvula de presión a la cual está calibrado. Cuando
el vapor dentro del circuito (8) se deja de enfriar por cualquier
fluido secundario, con lo cual deja de formarse humedad de
condensación, el drenaje (16) se cierra, la presión después de la
válvula reguladora de presión (15) aumenta, y la misma válvula
intercepta el flujo de vapor.
Puesto que la formación y el drenaje de la
humedad de condensación es proporcional al calor extraído del agua
que puede circular en los circuitos secundarios, la variación de
presión del vapor en el condensador (intercambiador de calor (7))
es proporcional a la cantidad de humedad de condensación drenada, y
la apertura de la válvula reguladora de presión (15) es
proporcional a la presión después de la misma, por consiguiente el
flujo de vapor en el circuito primario (8) del intercambiador (7)
se regula automáticamente en función del calor absorbido.
Obviamente la presente invención puede asumir,
en su realización práctica, configuraciones diferentes a la
exhibida arriba, sin por ello apartarse del alcance de protección
del presente monopolio.
Claims (7)
1. Aparato para calentar y controlar la
temperatura de proceso de un pasteurizador de túnel, en particular
para productos alimenticios envasados, donde el túnel, provisto de
un transportador en condiciones de hacer avanzar el producto, está
substancialmente subdividido en una primera área de
precalentamiento, una segunda área de tratamiento térmico de
pasteurización y una tercera área donde se enfría el producto,
dichas primera, segunda y tercera área siendo consideradas, cada
una, subdivididas, en su longitud, en dos o más subáreas
elementales térmicamente independientes, cada una de las cuales
comprendiendo un circuito hidráulico que permite pulverizar, con
agua a una temperatura predeterminada, el producto envasado, el cual
circuito hidráulico a su vez comprende un rociador, y un subyacente
tanque de recolección y una tubería que conecta el tanque de
recolección con el rociador, dicho aparato estando provisto al menos
de un intercambiador de calor que comprende por lo menos un
circuito primario y por lo menos un circuito secundario,
caracterizado por el hecho que dicho intercambiador de calor
comprende una pluralidad de circuitos secundarios, cada uno de
dichos circuitos secundarios estando conectado a dicho circuito
hidráulico de una subárea, cada mencionado circuito secundario
estando provisto de medios para controlar la temperatura del agua
del rociador comprendido en dicho circuito hidráulico de la subárea
a la cual está conectado el mismo circuito secundario.
2. Aparato según la reivindicación 1, donde
dichos medios para controlar la temperatura del agua están en
condiciones de controlar la inyección del agua de proceso del
respectivo circuito secundario al circuito hidráulico conectado al
mismo, para variar la temperatura del agua del respectivo
rociador.
3. Aparato según la reivindicación 1 o 2, donde
dichos medios para controlar la temperatura del agua están
constituidos por válvulas moduladoras de baja presión
servocontroladas colocadas en el respectivo circuito secundario.
4. Aparato según una cualquiera de las
precedentes reivindicaciones, donde dicha primera área de
precalentamiento y dicha segunda área de tratamiento térmico de
pasteurización están provistas, cada una, de un intercambiador de
calor, los circuitos secundarios de cada uno de dichos
intercambiadores de calor estando conectados a los correspondientes
circuitos hidráulicos de dicha primera área de precalentamiento y de
dicha segunda área de tratamiento térmico de pasteurización.
5. Aparato según una cualquiera de las
precedentes reivindicaciones, donde dicha tubería, que conecta el
tanque de recolección con el rociador en una subárea de dicha
primera área de precalentamiento, recolecta el agua de dicho tanque
de colección y la envía a un rociador situado en una subárea de
dicha tercera área de enfriamiento y, desde el tanque de recolección
asociado al último rociador, vuelve al rociador de la subárea de
dicha primera área de precalentamiento.
6. Aparato según una cualquiera de las
precedentes reivindicaciones, donde el fluido que circula en dicho
circuito primario del intercambiador de calor es vapor seco
saturado.
7. Aparato según una cualquiera de las
precedentes reivindicaciones, donde el circuito primario de cada
intercambiador de calor está provisto de una válvula dosificadora y
de un drenaje para la humedad de condensación.
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