Procedimiento general para la evaluación del proceso de remoción de calor en la elaboración de helados

ARTÍCULO ORIGINAL Procedimiento general para la evaluación del proceso de remoción de calor en la elaboración de helados General procedure for the evaluation of the process of removal of heat in the elaboration of ice cream. MSc. Yanet Sariego-ToledoI, Dr. Eduardo García NoaI, Ing. Diana Montes de OcaI, MSc. Carlos Guillén Rodríguez II I: Departamento Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería Química. Instituto Superior Politécnico "José Antonio Echeverría" Marianao. La Habana, Cuba. II: Fábrica de Helados Coppelia. Boyeros. La Habana, Cuba. RESUMEN En el proceso de elaboración de helado, se consume un alto nivel de energía, principalmente por conceptos de refrigeración, no incurrir en gastos energéticos innecesarios es una de las directrices de la economía mundial y del país. En la investigación se realizó la evaluación energética del proceso de remoción de caloren la elaboración de helados en la fábrica Coppelia, cita en el municipio Boyeros, La Habana, Cuba. Para dicha evaluación se determinó dónde, cuándo y cómo se consume o pierde energía durante la elaboración de helados, empleándose un procedimiento general basado en técnicas del Análisis de Proceso como los balances de masa y energía. Estas técnicas permitieron establecer las etapas críticas en cuanto a las relaciones energéticas e indicadores de funcionamiento del ciclo de refrigeración de dicho sistema. También considerando el cumplimiento de las especificaciones de calidad del producto terminado, se establecieron acciones correctivas termodinámicamente fundamentadas para incrementar la eficiencia energética. Palabras claves: sistemas de refrigeración, energía, exergía, irreversibilidad. ABSTRACT 296 The process of elaboration of ice cream is mainly a high energy consumer for refrigeration concepts and not to incur in unnecessary energy expenses is one of the guidelines of the world economy and of the country.The research was developed in the ice cream Coppelia factory, in Havana, Cuba.The energetic evaluation was made inthe process of removal of heatat each stage of the process of making ice cream To carry out this evaluation was determined where, when and how the energy was consumed or lost, during the ice cream production using the process analysis techniques like massandenergy balances, which allowed to establishing the critical stages in terms of energy relations and cycle performance indicators. Considering the quality specifications of the final product, technically and economically substantiated corrective actions were established to increase efficiency. Keywords: refrigeration systems, energy, exergy, irreversibility. INTRODUCCIÓN La fábrica de helados Coppelia se encuentra entre los altos consumidores de energía en la industria alimentaria cubana. Esta cuenta con una planta de refrigeración que proporciona los requerimientos de frío para su proceso productivo. En la industria cubana surge la necesidad de iniciar una nueva perspectiva en la explotación energética, encaminada a la evaluación de las tecnologías y a la introducción de técnicas ahorradoras en las instalaciones industriales que permitan hacer más competitivos los precios y productos elaborados. Por ello y debido a la premisa del país, de tomar la eficiencia energética como el camino más barato y menos contaminante para la obtención de energía disponible; es que en la actualidad se están desarrollando evaluaciones termodinámicas de instalaciones frigoríficas.Estas ocupan hoy un lugar importante para los profesionales de la rama, por lo cual para el desarrollo de la investigación se plantearon como objetivos evaluar la remoción de calor en la elaboración de helado mediante el análisis energético y el cálculo de los indicadores de funcionamiento del ciclo de refrigeración y analizar una posible alternativa para el incremento de la eficiencia energética del mismo. Procedimiento general y resultados de su aplicación en la fábrica coppelia El procedimiento general para la evaluación de la eficiencia energética en los procesos de remoción de calor en la elaboración de helados mediante un ciclo de refrigeración por compresión mecánica de vapor, está compuesto por los siguientes pasos: 1. Caracterizacióndel proceso tecnológico de producción de helados y de las etapas de remoción de calor En la Fábrica de Helados Coppelia se elabora alternativamente helado Varadero y helado Coppelia en función del pedido que se haga a la empresa y de las materias primas que se reciban diariamente. 297 El proceso comienza con la recepción de las materias primas, que son: leche fresca, crema de leche, azúcar refino, sal fina grado A, estabilizador, huevos, leche descremada en polvo y otros aditivos. La leche fresca llega a la fábrica en carros termos de acero inoxidable de los cuales es extraída por medio de una bomba centrífuga, que es la encargada de enviarla hacia el filtro lineal y el tanque guarda donde se deposita.Despuésse envía directamente a la báscula para ser pesada y enviada al tanque disolutor mediante una bomba de desplazamiento positivo. Aquí se adicionan las materias primas. Primero se adiciona el estabilizador, después la leche descremada en polvo (L.D.P.), leche entera en polvo (L.E.P.), la crema de leche, el azúcar, la yema de huevo y la sal. Una vez lograda la total dilución de los ingredientes, la mezcla pasa a los tanques pasteurizadores mediante una bomba sanitaria de desplazamiento positivo. La pasteurización se efectúa elevando la temperatura de la mezcla a 72ºC durante 15 minutos por inyección de vapor en la chaqueta de los pasteurizadores, para así eliminar todos los microorganismos patógenos presentes[1].La mezcla pasteurizada pasa por un filtro lineal para retener las impurezas como papel, grumos u otras partículas extrañas provenientes de las materias primas. Después pasa al homogenizador, donde se transforma en una genuina emulsión por la distribución uniforme de la grasa debido a la reducción del glóbulo de grasa a un diámetro inferior a 2 micras. Posteriormente se enfría la mezcla hasta que alcance una temperatura entre 4 y 6°C [1] y [2]. Este proceso se realiza en dos intercambiadores de calor a placas. En el primero actúa como refrigerante agua tratada a temperatura ambiente mientras que el otro emplea agua helada proveniente del banco de hielo. Mediante una bomba centrífuga se lleva la mezcla a los tanques de envejecimiento de doble pared por la cual circula amoníaco. Estos cuentan con un agitador mecánico que mantiene la mezcla en constante movimiento. El tiempo de maduración es de 24h para garantizar la solidificación de los glóbulos de grasa y la hidratación de las proteínas. Al día siguiente esta mezcla ya madurada pasa mediante una bomba centrífuga a los tanques saboreadores donde se le incorpora el sabor y el color característico de la mezcla de helado que se esté elaborando si no fue incorporado en la preparación de la misma. Seguidamente pasa a las congeladoras donde se incorpora el aire a la mezcla formándos (...truncated)