ES2633655T3 - Un dispositivo óhmico para el tratamiento térmico de alimentos - Google Patents

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ES2633655T3 ES10187014.5T ES10187014T ES2633655T3 ES 2633655 T3 ES2633655 T3 ES 2633655T3 ES 10187014 T ES10187014 T ES 10187014T ES 2633655 T3 ES2633655 T3 ES 2633655T3
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Abstract

Un dispositivo para el tratamiento térmico continuo de alimentos, que comprende un conducto (1) hecho de un material dieléctrico en el que fluye un producto que se va a tratar, teniendo el conducto (1) al menos un par de electrodos (110, 161) situados en el conducto (1), que están sujetos a una diferencia de potencial de al menos 2000 Voltios con una frecuencia de al menos 25 MHz, y un rotor (17) hecho de un material dieléctrico situado en el interior del conducto (1), caracterizado por que el rotor (17) tiene un núcleo (171) desde el que se eleva una pluralidad de aletas (172) paralelas al eje del rotor, aletas (172) que tienen una sección de cualquier forma y están distribuidas a lo largo de una longitud del núcleo (171) y sobre todo el perímetro del mismo, de manera que cualquier sección del rotor (17) ortogonal al eje del rotor comprende únicamente una aleta (172), y tienen una altura tal que entran en contacto con una superficie interna del conducto (1).

Description

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DESCRIPCION
Un dispositivo ohmico para el tratamiento termico de alimentos
Esta patente se refiere a tratamientos termicos de alimentos, tales como la pasteurizacion o esterilizacion.
Estos tratamientos son bien conocidos por los tecnicos de la industria alimentaria y, dependiendo de los resultados que se van a obtener y del material que se va a tratar, preven la posibilidad de calentar el material a una temperatura especificada y de mantenerlo all! durante un perlodo de tiempo apropiado.
Las caracterlsticas de los sistemas para llevar a cabo el proceso de pasteurizacion y esterilizacion deben garantizar que la temperatura de tratamiento sea homogenea dentro del producto y se mantenga durante el tiempo estrictamente necesario en un intervalo bien definido de temperaturas.
El intervalo de tiempo de permanencia permisible es muy estrecho, y fuera del mismo, el producto sufre una degradacion inaceptable.
El producto esta en estado llquido y a veces presenta inclusion de partes solidas. Existen sistemas conocidos que comprenden un intercambiador de calor en el que el producto que se va a tratar fluye a lo largo de una trayectoria colocada en contacto con la trayectoria de un fluido termico en la que el producto que se va a tratar y el fluido termico estan separados por una pared conductora del calor, normalmente metalica.
Un sistema de este tipo se divulga, por ejemplo, en la solicitud de patente N.° WO9222180.
Sin embargo, estos sistemas presentan alguna dificultad para ajustarlos y no garantizan una temperatura uniforme a traves de toda la masa del producto tratado.
De hecho, las paredes calientes que estan en contacto con el producto inducen en las temperaturas del producto inevitablemente superiores en las areas proximas a las paredes comparadas con las areas distantes de las paredes.
Estos sistemas estan mal adaptados tambien para manejar productos que contienen partes solidas dispersas, ya que la temperatura requerida no siempre alcanza el nucleo de las partes solidas.
Para el tratamiento de productos con conductividad electrica se conocen sistemas que consiguen el calentamiento del producto segun la ley de Joule, pasando una cierta corriente electrica en el producto y utilizando la resistencia electrica del producto para producir calor y elevar la temperatura.
Estos sistemas son particularmente adecuados para la operacion continua y comprenden un conducto hecho de un material dielectrico en el que fluye el producto que se va a tratar; en los extremos del conducto hay dos electrodos a los que se aplica una diferencia de potencial alterna V, de valor entre 2.000 y 5.000 V, y tienen una frecuencia entre 20 kHz y 25 kHz.
La diferencia de potencial genera una corriente que es inversamente proporcional a la resistencia electrica R del producto y que resulta en calor.
Los electrodos estan hechos generalmente de carbono puro, o acero inoxidable con el fin de evitar fenomenos electrollticos no deseados.
Las temperaturas del proceso estan generalmente comprendidas entre 90 °C y 155 °C y el tiempo de permanencia debe ser muy preciso en funcion del producto tratado, de la temperatura del proceso y de los gradientes de temperatura dentro del producto.
La solicitud de patente europea N.° EP1886586 divulga un aparato de calefaccion de Joule que comprende un conducto y un par de electrodos que estan situados en el conducto y son adecuados para ser sometidos a una diferencia de potencial. El producto que se va a tratar fluye en el conducto gracias a un rotor o tornillo sin fin, que comprende un nucleo central y una ranura helicoidal que rodea el nucleo central.
Soluciones similares se describen tambien en la solicitud de patente N.° JP4183375 y SU1669420.
Se conocen diferentes aparatos, en los que el producto se ha introducido en el conducto mediante una bomba, de manera que fluya en el mismo sin necesidad de ningun rotor o tornillo sin fin.
Estos sistemas tampoco estan libres de inconvenientes.
De hecho, debido principalmente a su densidad y viscosidad, el producto tiende a adherirse a las paredes del conducto creando una capa de material que se mueve a una velocidad mas lenta que la velocidad del producto fuera
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de la pared, dando como resultado un aumento no deseado del tiempo de permanencia en la temperatura del producto.
Ademas, el flujo laminar del producto cerca de las paredes puede provocar cambios en la resistencia electrica que afectan negativamente la homogeneidad de la temperatura del tratamiento.
Con el fin de resolver o al menos reducir de manera positiva estos inconvenientes, las solicitudes de patente N.° JP2003317900 y JP2003339537 divulgan un aparato de calefaccion de Joule, cuyo conducto contiene un cuerpo agitador estatico que tiene una forma retorcida que permite mezclar y agitar el producto que fluye en el conducto.
La solicitud de patente del PCT N.° WO 89/00384 divulga un aparato que comprende una pluralidad de raspadores que estan en contacto con la superficie interna del conducto y que son transportados por un arbol central provisto de un movimiento oscilante a lo largo del eje del conducto.
La solicitud de patente N.° WO2007/027109 divulga un aparato cuyo conducto aloja un rotor central que apoya una pluralidad de cuchillas adecuadas para raspar la superficie interna del conducto. Estas cuchillas estan situadas en una misma parte del conducto, de manera que cualquier seccion del rotor ortogonal al eje del rotor comprenda todas las aletas.
De esta manera, estas cuchillas impiden efectivamente que el producto se adhiera a la superficie interna del conducto.
El proposito de esta patente consiste en proporcionar una solucion que elimine, o al menos reduzca considerablemente, las desventajas de la tecnica anterior en una solucion simple y economica.
Este proposito se consigue mediante un dispositivo que tiene las caracterlsticas enumeradas en la reivindicacion independiente.
Las reivindicaciones dependientes se refieren a caracterlsticas subordinadas o complementarias para mejorar la efectividad de la invencion.
En particular, el dispositivo comprende un conducto cillndrico hecho de un material dielectrico en el que se inserta un rotor y ocupa toda su longitud.
En cada extremo del conducto se coloca un electrodo, conectado a uno de los polos de un generador de corriente electrica alterna, que aplica a los polos una diferencia de potencial entre 2.000 V y 5.000 V, a una frecuencia comprendida entre 20 MHz y 25 MHz.
Alternativamente, pueden colocarse varios pares de electrodos, sujetos a la misma diferencia de potencial y colocados en secuencia, con polaridad alterna, en el conducto.
Los puntos de union adecuadas conectan los extremos del conducto, respectivamente, a un tubo de entrada para el producto que se va a tratar, y un tubo de descarga del producto tratado.
Al menos uno de los puntos de union, preferentemente en la conexion de entrada, presenta medios de paso de sello de agua del arbol de un motor electrico.
Un rotor axial, que tiene una longitud preferentemente igual a la del conducto, esta conectado al arbol.
El rotor presenta en toda su longitud aletas conformadas paralelas al eje que se extienden para alcanzar la pared interior del conducto y tienen la doble funcion de mantener limpias las paredes de cualquier capa de producto que tiende a adherirse debido a la viscosidad, y mantener el producto mezclado.
Las ventajas y las caracterlsticas constructivas y funcionales de la invencion quedaran claras a partir de la siguiente descripcion detallada, que ilustra junto con la ayuda de los dibujos adjuntos, una realization preferente dada a modo de ejemplo, pero no es limitativa.
La figura 1 muestra la invencion vista en la seccion axial fragmentada.
La figura 2 es la seccion II-II de la figura 1.
La figura 3 es la seccion III-III de la figura 1.
La figura 4 es la seccion IV-IV de la figura 1.
La figura 5 es una vista en perspectiva del rotor.
A partir de las figuras se puede ver un conducto 1 hecho de un material dielectrico, que en este caso se conoce como PIREX fabricado por empresas especializadas. El diametro del conducto es igual a 70 mm, y puede estar
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Su espesor no es una caracterlstica esencial de la invencion y, en el ejemplo ilustrado, es igual a 10 mm.
El conducto 1 esta comprendido entre dos bridas 13 y 14 conectadas mediante seis llneas de estructura 15.
Mas precisamente, el conducto se separa en dos secciones 11 y 12 por una brida central 16 cruzada por dichas llneas de estructura.
Incluso las tres bridas 13, 14 y 16 estan hechas de material dielectrico.
Las bridas 13 y 14 apoyan, ademas de los extremos de las secciones 11 y 12, tambien un polo electrico, 110 y 120 respectivamente, en forma de anillo, conectado a tierra.
La brida 16 apoya, ademas de los extremos enfrentados a las dos secciones 11 y 12, tambien un par de polos electricos 161 y 162 anulares respectivamente.
Estos polos estan conectados ambos a un generador de tension V a un valor de tension comprendido entre 2000 y 5000 V.
La brida 13 tambien apoya el punto de union del tubo de entrada 131 del material que se va a tratar, mientras que la brida 14 apoya el punto de union del tubo de descarga 141 del producto tratado.
Tanto el tubo 131 como el punto de union 141 estan en AISI 316 L.
El punto de union 141 comprende un cuerpo 142 en el que se colocan medios de sellado de agua 143 para el arbol 144 del motor 145.
El arbol 144 esta apoyado adecuadamente dentro del manguito 146, al que tambien encaja el alojamiento de motor 145.
El arbol 144 se extiende hacia arriba dentro de la brida 14, donde se acopla a un rotor 17.
El motor es capaz de impartir al rotor una velocidad comprendida entre 200 revoluciones por minuto (rpm) y 800 rpm.
El rotor 17 esta hecho de material dielectrico, tiene una longitud igual a la longitud total del conducto 1.
El mismo tiene un nucleo 171 que tiene una seccion triangular y bordes redondeados.
El nucleo lleva, en el borde de cada esquina, una sucesion de aletas 172, paralelas al eje, cuyas aletas se elevan desde el borde respectivo para alcanzar la pared interior del conducto 1.
Los bordes de cada esquina tienen una sucesion de aletas que tienen una longitud L y se distancian entre si por una distancia igual a 2L.
Las aletas del borde de cada esquina se escalonan con respecto a las aletas de bordes adyacentes y, en cada seccion del rotor ortogonal en el eje, se coloca una sola aleta.
El motor electrico 145 es capaz de hacer girar el rotor a una velocidad comprendida entre 200 rpm y 800 rpm y esta correlacionado con la velocidad del flujo del producto tratado.
Ejemplo
Con un dispositivo como el mostrado en la figura 1, en el que el conducto PERSPEX tiene un diametro de 70 mm, una longitud de 500 mm y un espesor de 10 mm, el tratamiento de 800 kg/h de esparragos mallados, que tienen una viscosidad de 450 cP y una temperatura de entrada del material igual a 80 °C. Al aplicar una tension de 3800 V a los electrodos, y con una velocidad de rotacion del rotor de 300 rpm, se midio una temperatura de salida de 130 °C, congruente con los resultados deseados.
Evidentemente, la invencion no se limita al ejemplo descrito anteriormente, y se pueden hacer variaciones y mejoras sin ir mas alla del alcance de las reivindicaciones siguientes.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo para el tratamiento termico continuo de alimentos, que comprende un conducto (1) hecho de un material dielectrico en el que fluye un producto que se va a tratar, teniendo el conducto (1) al menos un par de electrodos (110, 161) situados en el conducto (1), que estan sujetos a una diferencia de potencial de al menos 2000 Voltios con una frecuencia de al menos 25 MHz, y un rotor (17) hecho de un material dielectrico situado en el interior del conducto (1), caracterizado por que el rotor (17) tiene un nucleo (171) desde el que se eleva una pluralidad de aletas (172) paralelas al eje del rotor, aletas (172) que tienen una seccion de cualquier forma y estan distribuidas a lo largo de una longitud del nucleo (171) y sobre todo el perlmetro del mismo, de manera que cualquier seccion del rotor (17) ortogonal al eje del rotor comprende unicamente una aleta (172), y tienen una altura tal que entran en contacto con una superficie interna del conducto (1).
  2. 2. El dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el nucleo (171) del rotor (17) presenta una seccion triangular recta y las aletas (172) se elevan desde los bordes de las esquinas de las mismas.
  3. 3. El dispositivo segun la reivindicacion 2, caracterizado por que las aletas (172) tienen una seccion triangular que tiene paredes que son coplanarias a las paredes del nucleo (171).
  4. 4. El dispositivo segun la reivindicacion 2, caracterizado por que las aletas (172) de cada esquina tienen una dimension L y estan distanciadas entre si por una distancia correspondiente a 2L.
  5. 5. El dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el rotor (17) se extiende al menos sobre un campo entero sometido a la diferencia de potencial.
  6. 6. El dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el conducto (1) tiene una longitud comprendida entre 300 mm y 900 mm.
  7. 7. El dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que una tension aplicada a al menos un par de electrodos (110, 161) esta comprendida entre 2000 Voltios y 5000 Voltios y la frecuencia esta comprendida entre 25 MHz y 50 MHz.
  8. 8. El dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que una velocidad de rotacion del rotor (17) esta comprendida entre 200 revoluciones por minuto y 800 revoluciones por minuto.
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