tehnica frigului congelarea

7/28/2019 tehnica frigului congelarea

http://slidepdf.com/reader/full/tehnica-frigului-congelarea 1/101

CONGELAREA

1. Aspecte generale privind congelarea

Răcirea este un element indispensabil al aproape tuturor tehnicilor post–recoltă sau post

mortem de manipulare a mărfurilor de origine animală sau vegetală, in timp ce congelarea este

recunoscută ca fiind metoda comercială extremă de păstrare pe termen lung a calităţilor naturale atribuite alimentelor perisabile. Congelarea constă in răcirea produselor alimentare

pană la temperaturi inferioare punctului de solidificare a apei conţinute in produs, adică o

răcire cu formare de cristale de gheaţă.

Scopul principal al congelarii este conservarea produselor alimentare perisabile. Din acest

punct de vedere, congelarea, ca metodă de conservare, măreste durata admisibilă de păstrare a

produselor alimentare de peste 5 … 50 ori faţă de conservarea prin refrigerare.

Mărirea conservabilităţii obţinute prin congelare si ulterior, depozitare in

stare congelată se bazează pe efectele temperaturilor scăzute de incetinire puternică sau

inhibare completă a dezvoltării microorganismelor şi de reducere a vitezei reacţiilor chimice şi

biochimice Avand in vedere nivelele temperaturilor minime de inmulţire a microorganismelorpsihrofile, se consideră că valoarea maximă a temperaturi i de congelare a produselor

alimentare, este de -10oC. Sub această temperatură, dezvoltarea microorganismelor este

practic neglijabilă. In unele cazuri, se folosesc insă temperaturi mai scăzute in produs şi

eventual, se utilizează metode de inactivare a enzimelor proprii, in vederea reducerii activităţii

tuturor agenţilor modificatori. Congelarea mărirea apreciabilă a conservabilităţii produselor

alimentare. Conditii impuse pentru optimizarea procesului de congelare:

- condiţiile impuse de specificul tehnologiei respective;

- utilizarea unor materii prime şi produse de calitate corespunzatoare;

- introducerea acestora in spaţiile sau aparatele de congelare cat mai repede posibil după

producerea lor (excepţie făcand produsele a caror tehnologii impun o anumită durată intre

momentul producerii şi introducerii la răcire, durată necesară desfăşurării unor procese

biochimice);

- evitarea contaminării produselor cu microorganisme, inaintea congelării sau după

decongelare;

- asigurarea unor temperaturi de refrigerare adecvate in cazurile in care produsele nu sunt

introduse direct in spaţiile sau aparatele de congelare sau nu sunt utilizate imediat după

decongelare;

- evitarea congelării produselor alimentare improprii consumului, deoarece această metodă

de conservare nu imbunătăţeşte calităţile iniţiale;

Procesul tehnologic de conservare prin congelare a unui produs poate cuprinde urmatoarele

faze:- tratamentul sau tratamentele preliminare;

- congelarea propriu-zisă;

- ambalarea;

- depozitarea in stare congelată;

- transportul;

- decongelarea, păstrarea de scurtă durată in stare

decongelată pană la consum sau utilizare intr-un proces de fabricaţie.



2

Operaţia de congelare este precedata in cazul produselor alimentare de o serie de operaţii şi

tratamente preliminare specifice:

- tipului de produs, metodei de congelare utilizate şi scopului căruia ii este destinat produsul

respectiv.

In cazul in care produsul nu este supus congelării in faza “caldă”, atunci refrigerarea poate fi

privită ca untratament preliminar. Tratamente şi operaţii preliminare: indepărtarea părţilor necomestibile, spălarea, sortarea,

blanşarea, răcirea, porţionarea, ambalarea etc.

La congelarea unui produs alimentar au loc următoarele fenomene fizice importante:

- solidificarea intr-o anumită proporţie a apei conţinuta in produs;

- mărirea volumului produsului;

- marirea consistenţei.

Fenomenele fizice de mai sus au loc ca urmare a schimbului de căldură de la produsul supus

congelarii către un mediu de răcire (aer, agenţi frigorifici intermediari sau criogenici etc.).

Temperatura mediului de răcire trebuie să fie mai scăzută decat temperatura medie finală a

produsului supus congelării. Temperatura in produsele alimentare supuse congelării variază in

timpul procesului de răcire in funcţie de timpul şi locul punctului de masură.

Punctul cu temperatura cea mai ridicată la un moment dat poartă numele de centrul termic

al corpului respectiv şi reprezintă un indicator al aprecierii stadiului congelării.

Definiţia centrului termic este valabilă in condiţiile in care mediul de răcire are aceiaşi

parametri principali (temperatura, viteza) in jurul corpului răcit.

Congelarea produselor agroalimentare se consideră finalizată in momentul in care

temperatura medie este egală cu temperatura la care urmează să aibă loc depozitarea.

Datorită dificultăţilor mari in stabilirea temperaturii medii a produselor supuse congelării, se

poate lua drept criteriu de apreciere a stadiului răcirii temperatura centrului termic.

Această temperatură este de obicei cu cateva grade Celsius mai ridicată decat temperatura la

care urmează să aibă loc depozitarea produsului respectiv. Centrul termic se află in centrulgeometric in cazul corpurilor omogene.

Răcirea produselor alimentare sub 0oC este insoţită de un proces de formare a gheţii,incepand

cu o anumită temperatură, caracteristică fiecarui produs, denumită temperatura punctului

crioscopic.

Procesul de formare a gheţii incepe atunci cand sunt condiţii prielnice, prin agregarea unui

grup de molecule de apă intr-o particulă ordonată denumită nucleu de cristal.In mod obişnuit,

formarea nucleului de cristal are loc la o subrăcire a apei sau soluţiei apoase.

După formarea nucleelor de cristal are loc faza de creştere a acestora, fază care se desfasoară

la temperaturi foarte apropiate de temperatura punctului de congelare; aceasta inseamnă că

iniţierea cristalizării se face cu un consum energetic mai mare decat desfăşurarea acesteia. Viteza de creştere a cristalelor de gheaţă este determinată in principal de temperatura şi

viteza de preluare a căldurii produsului. Astfel, dacă ceilalţi parametri răman constanţi, odată

cu scăderea temperaturii viteza de creştere a cristalelor scade, ca urmare a creşterii

vascozităţii fazei congelabile din produs.

Scăderea temperaturii superficiale a produsului supus congelării, măreşte diferenţa de

temperatură dintre suprafaţa şi faza incă necongelată si astfel se măreste viteza de creştere a

cristalelor de gheaţă.



3

Viteza cu care avansează frontul de formare a cristalelor de gheaţă de la suprafaţa produsului

spre interiorul acestuia se numeşte viteza de congelare - cm/h sau m/h.

In funcţie de viteza medie liniară de congelare, wm,

Institutul Internaţional al Frigului recomandă următoarea clasificare a metodelor de congelare :

- congelare lentă, wm < 0,5 cm/h;

- congelare rapidă, wm = 0,5 … 3 cm/h; - congelare foarte rapidă, wm = 3 … 10 cm/h;

- congelare ultrarapidă, wm = 10 … 100 cm/h.

Viteza de congelare minimă la care are loc procesul de răcire trebuie astfel stabilit incat să nu

producă modificări microbiologice şi enzimatice nedorite.

In multe tări, produsele conservate prin congelare se intalnesc sub urmatoarele denumiri :

- produse congelate (“Frozen foodstuffs”);

- produse congelate rapid (“Deep-Frozen foodstuffs”).

Produsele alimentare congelate sunt obţinute printr-o congelare obişnuită, pe parcursul căreia,

temperatura medie a acestora coboară sub –10°C intr-un timp care nu permite declanşarea

reacţiilor enzimatice şi microbiologice nedorite; depozitarea acestor produse congelate se face

la temperaturi sub –10°C.

Această metodă se caracterizează prin adoptarea unor viteze medii liniare de congelare de 0,1

… 0,5 cm/h şi este folosităn pentru produse cu grosimi mari, cum ar fi: carne in carcase,

sau blocuri, unt sau alte grăsimi ambalate in lăzi etc.Produsele congelate rapid se obţin la

viteze medii liniare de congelare mai mari de 0,5 cm/h.Producerea, depozitarea şi distribuirea

produselor congelate rapid presupune respectarea următoarelor condiţii:

-traversarea zonei de formare şi creştere acristalelor de gheaţă, denumită şi zona de

congelare,intr-un timp cat mai scurt.

Pentru majoritatea produselor alimentare de origine animalăzona de congelare este cuprinsă

intre –1 … -5°C;

- temperatura medie a produselor să fie mai mică de –18°C;

- depozitarea, transportul şi desfacerea produselor să se facă la temperaturi mai mici de -18°C,

fară variaţii importante ale acestora;

- fiecare produs congelat rapid pus in vanzare va avea ambalaj individual inert faţă de

conţinut, rezistent din punct de vedere mecanic, impermeabil;

- interzicerea vanzării produselor alimentare sub denumirea de “produse congelate rapid” in

cazul decongelării accidentale (parţiale sau totale), chiar dacă, ulterior, acestea au fost

recongelate.

Respectarea condiţiilor de mai sus asigură o calitate superioară produselor congelate rapid,garantată din punct de vedere sanitar şi comercial.

2. Metode de congelare

Metoda de congelare defineşte mijloacele materiale şi modul in care este preluată căldura

de la un produs in vederea congelării acestuia.In cadrul aceleiaşi metode există variante de

realizare practică denumite procedee decongelare.

Trebuie subliniat faptul că in literatura de specialitate nu există consens in definirea noţiunilor

de metode de congelare, procedeu de congelare şi sistem de congelare.



4

In funcţie de modul de desfăşurare a procesului de congelare se deosebesc trei sisteme de

congelare şi anume:

- cu funcţionare discontinuă (in şarje),

-cu funcţionare semicontinuă

-cu funcţionare continuă. Sistemul de congelare cu funcţionare discontinuă(în şarje)

presupune introducerea produselor ce vor fi supuse congelării în incinte special amenajate,

după care instalaţia de răcire aferentă intră în funcţiune; după atingerea în produs a

temperaturii prescrise, instalaţia de răcire se opreşte, iar produsele congelate sunt descărcate.

Acest sistem de congelare este simplu, dar prezintăurmatoarele dezavantaje:

- necesită manipulări importante ale produselor supuse congelării, datorită gradului redus de

mecanizare şi automatizare al încărcării/descărcării acestora;

- necesitatea supradimensionării instalaţiei frigorifice datorită neuniformităţii sarcinii termice;

- durate relativ mari de congelare, deci consumuri energetice mari;- staţionare îndelungată a produselor până la începerea procesului de congelare.

Sistemul de congelare cu funcţionare semicontinuă se caracterizează prin aceea că o anumită

cantitate de produse este introdusă (spre congelare) sau scoasă (congelată) in şi din aparatul

de congelare la un interval de timp constant. In acest fel, aparatele de congelare sunt incărcate

in permanenţă cu o aceeaşi cantitate de produse (cu excepţia pornirilor-opririlor-operatiilor de

intreţinere), sarcina instalaţiei frigorifice fiind constantă. Introducerea şi scoaterea produselor

congelate in sistemul semicontinuu se poate mecaniza şi automatiza.

Sistemul de congelare cu funcţionare continuă se caracterizează prin aceea că trecerea

produselor prin aparatul de congelare se realizează continuu sau intrerupt ritmic.

Condiţii de aplicare a acestui sistem de congelare cu funcţionare continuă:

- existenţa liniilor continue la tratamentele preliminare;- limitarea grosimii produselor supuse congelării in scopul scurtării duratei de congelare şi a

reducerii gabaritului aparatelor;

- capacităţi de congelare relativ mari (de obicei capacităţi de peste 1 tona/h) deoarece la

capacităţi mici costurile de amortizare ale mecanizării şi automatizării devin inacceptabil de

mari.



5

Principalele metode de congelare a produselor agroalimentare sunt:

- congelarea cu aer răcit,

- congelarea prin contact cu suprafeţe metalice răcite;

- congelarea cu agenţi criogenici,- congelarea prin contact cu agenţi intermediari

Congelarea cu aer răcit

Metoda de congelare cu aer răcit este cea mai răspandită datorită faptului că majoritatea

produselor alimentare se pretează acestui tip de conservare.

In general, aplicarea metodei de congelare cu aer răcit presupune existenţa unui spaţiu inchis,

izolat termic, un răcitor de aer şi un sistem de distribuţie a aerului răcit peste produse.

In funcţie de starea produsului, pe durata procesului de congelare in raport cu suportul material

pe care sunt aşezate, se deosebesc :

- sisteme de congelare cu poziţie fixă a produselor;

- sisteme de congelare a produselor in strat fluidizat.

Sistemele de congelare cu poziţie fixă a produselor in raport cu suportul material pe care sunt

asezate, pot fi:

- discontinue (in şarje), caz in care produsele impreună cu suportul material pe care sunt

aşezate, răman in poziţie fixă in spaţiul de congelare, pană la terminarea procesului;



6

- semicontinue, caz in care, la anumite intervale de timp sunt introduse in spaţiul de congelare

produse care trebuie răcite şi, concomitent, sunt evacuate produsele deja congelate;

-continue, caz in care, in permanenţă, in spaţiul de congelare sunt introduse produse care

urmează să fie răcite şi care parcurg spaţiul răcit (perioada de timp in care sunt congelate) şi,

tot in permanenţă sunt evacuate produsele deja congelate. Ca şi in cazul refrigerării, principalii

parametrii ai aerului utilizat in procesul de răcire a produselor sunt:

-temperatura;

-viteza aerului la nivelul produselor;

-umiditatea relativă.

Sistemele de congelare cu poziţie fixă

Temperatura aerului de răcire in cazul sistemelor discontinue şi semicontinue este variabilă

pe parcursul procesului de congelare.

La inceputul procesului, temperaturile aerului sunt mai ridicate faţă de sfarşitul procesului, in acest din urmă caz, valorile temperaturilor aerului ajung, in mod

uzual, la –30…–40°C.

Pentru sistemele de congelare in flux continuu, temperatura aerului este practic constantă pe

toată perioada procesului de răcire. Diferenţele uzuale dintre temperatura aerului şi cea de

vaporizare a agentului frigorific in răcitoarele de aer sunt cuprinse intre 5…2°C in funcţie de

tipul aparatului de congelare şi de durata anuală de funcţionare a acestuia. Influenţa vitezei

aerului asupra duratei procesului de congelare este intrucatva asemănătoare cu cazul

refrigerarii. In acest caz insă sunt justificate viteze mai mari la nivelul produselor deoarece

viteza de propagare a căldurii din interiorul produsului către exterior este mult mai mare.

Pe măsură ce procesul de răcire avansează, straturile superficiale ale produsului şi cele

interioare limitrofe ale acestuia congelează si ca urmare coeficientul de conductibilitatetermică işi modifică valoarea, mărindu-se de cateva ori (coeficientul de conductibilitate termică

a gheţii este de circa 1,9 kcal/m × h °C (2,21 W/mK), in timp ce pentru apă acesta are valoarea

de circa 0,5 kcal/m×h°C(0,58 W/mK).

In consecinţă, rezistenţa termică a straturilor congelate de produs scade de cateva ori, iar

căldura se propagă mai intens de la interiorul produsului către suprafaţă, in raport cu cazul

refrigerării. Din aceste motive, la congelarea cu aer răcit a produselor alimentare, se adoptă

viteze ale aerului la nivelul produselor de 2…8 m/s. Asigurarea unei distribuţii cat mai

uniforme ale vitezelor aerului in spaţiul de congelare, conduce la terminarea, teoretic,

concomitentă a răcirii pentru toate produsele supuse congelării. O neuniformitate a

distribuţiei aerului la nivelul produselor conduce la prelungirea duratei totale a procesului, cuimplicaţii negative asupra consumului de energie şi asupra pierderilor in greutate in

cazul produselor neambalate. Realizarea unor condiţii asemănătoare de răcire a tuturor

produselor se obţine prin alegerea unui sistem corect de distribuţie a aerului in spaţiul de

congelare şi printr-o corectă aşezare a produselor.

Umiditatea relativă a aerului are o influenţă mai redusă asuprapierderilor in greutate a

produselor supuse congelării in raport cu cazul refrigerării. Acest fapt se datorează faptului că

temperaturile aerului sunt mai scăzute, iar influenţa umidităţii relative asupra presiuni



7

parţiale a vaporilor de apă din aer este net mai mică.

Forţa motrice a pierderilor in greutate este diferenţa dintre presiunile parţiale ale vaporilor

de apă la temperatura suprafeţei produsului (la saturaţie) şi, respectiv, la temperatura medie

a aerului, influenţa umidităţii relative asupra acestei diferenţe va fi mai

mică, in cazul congelării.

3. APARATE DE CONGELARE CU AER RACIT

Congelarea cu aer răcit, fiind o metodă foarte raspandită de conservare prin frig a produselor

alimentare, exista o mare diversitate de aparate de congelare. In continuare, avandu-se in

vedere clasificarea sistemelor de congelare redată anterior, se vor prezenta principalele tipuri

de aparate de congelare.

3.1. Aparatele de congelare cu poziţie fixă a produselor, in raport cu suportul material pe care

sunt aşezate, pot fi cu funcţionare discontinuă (in şarje), semicontinuă sau continuă.

In funcţie de dimensiunile spaţiilor de congelare, aparatele cu funcţionare discontinuă pot fi

impărţite in două categorii:

• tunele de congelare;

• celule de congelare.

3.1.1. Tunelele de congelare au spaţiul de răcire a produselor cu lungimea de cateva ori mai

mare decat laţimea, iar inalţimea este funcţie de:

- sistemul de distribuţie a aerului;

- tipul produselor pentru care sunt utilizate;

- modul de aşezare a produselor ş.a.

Capacitaţile de congelare ale unui tunel de congelare variază de la cateva tone de produs pană

la cateva zeci de tone de produs pe şarja.

Ca şi tunelele de refrigerare, tunelele de congelare pot fi in funcţie de sistemul de distribuţie a

aerului, cu circulaţie predominant longitudinală, predominant transversală sau predominant

verticală.



8

3.1. Tunele de congelare cu aer răcit:

a - cu circulaţie longitudinală in plan vertical a aerului şi răcitor montat deasupra tavanului fals;

b. - cu circulaţie longitudinală in plan vertical a aerului şi răcitor montat la un

capăt al tunelului;

c. - cu circulaţie longitudinală in plan orizontal a aerului;

d.- cu circulaţie transversală a aerului, cu tavan fals;

e. - cu circulaţie transversală a aerului cu perete lateral fals, cu orificii sau fante;

f.- cu răcitoare de aer cu refulare liberă a aerului;

g.- cu circula]ie verticală a aerului, cu tavan fals cu fante;



9

1 răcitor de aer; 2 tavan fals; 3 electroventilator;4 produse; 5 perete lateral fals cu fante; 6

tavan fals cu fante.

3.1.2. Celulele de congelare au capacităţi de răcire mult mai mici decat cele ale tunelelor de

congelare (de ordinul sutelor de kilograme de produs pe şarja).

Celulele de congelare sunt realizate, din punct de vedere constructiv, ca aparate monobloc,

fiind prevăzute cu instalaţii frigorifice proprii şi se montează in interiorul unor spaţiitehnologice. Produsele sunt asezate, de regulă, in tăvi dispuse pe carucioare rastel. Există

aparate de congelare cu o celulă de congelare sau cu mai multe celule de congelare răcite de la

o aceeaşi instalaţie frigorifică. Datorită circulaţiei intense a aerului, vitezele de congelare sunt

relativ mari, duratele de răcire ale unei şarje, fiind de cateva ore, la temperaturi finale ale

aerului de –35...... –40oC.

TROLLEY BLAST FREEZER ESTE INDICAT PENTRU:

-FRUCTE DE MARE

-CARNE SI PUI

-INGHETATA

-PAINE SI PRODUSE DE PANIFICATIE

-PRODUSE PREPARATE PENTRU CONSUM DIRECT

-FRUCTE SI LEGUME

3.1.3. Aparatele de congelare cu funcţionare semicontinuă se caracterizează prin faptul că, la

anumite intervale de timp, produsele sunt introduse in spaţiul de răcire produse şi,

concomitent, se scot din spaţiul de răcire produse care sunt deja răcite. De regulă, aceste

aparate au cărucioare rastel pe care se aşează tăvile in care se găsesc produsele, mişcarea

cărucioarelor rastel in interiorul spaţiului de răcire făcandu-se mecanizat. Cadenţa de

introducere şi respectiv scoatere a cate unui carucior rastel este in funcţie de natura

produsului.

Spre exemplificare, fig. 3.2. prezintă un aparat de congelare cu funcţionare semicontinuă,

cu sistem de acţionare hidraulic. Aparatul este destinat congelării unei game largi de produse ambalate (păsări in ambalaje de carton ş.a.) sau neambalate (pateuri de carne, produse culinare

ş.a.).

Fig.3.2. Aparat de congelare cu aer răcit, cu funcţionare semicontinuă, cu sistem de acţionare

hidraulic (Trollyfreeze-Frigoscandia):

1 incinta izolată termic; 2 sistem de ghidare a conveierelor pentru cărucioare;

3,8 cărucioare rastel; 4 panou electric şi de automatizare; 5 răcitor de aer;

6 ventilatoare; 7 structură metalică; 9 pompa de ulei.

Produsele sunt dispuse in tăvi aşezate pe cărucioare rastel. Sistemul hidraulic asigură

impingerea cărucioarelor in interiorul aparatului pe căi de rulare special amenajate şi respectiv

evacuarea acestora din aparat. Ventilatoarele montate deasupra serpentinelor vaporizatoruluirefulează aerul in jos spre vaporizator şi de aici spre produse. Aerul este, apoi, aspirat pe la

partea superioară a aparatului. După ce cărucioarele sunt evacuate din aparat, produsele

congelate sunt descărcate din tăvi, iar cărucioarele sunt transportate spre punctul de incărcare

cu produse care urmează să fie congelate.



10

3.1.4. Aparatele de congelare cu funcţionare continuă se caracterizează prin introducerea

practic permanentă de produse care urmează a fi congelate şi evacuarea concomitentă de

produse care sunt deja congelate.

La aceste aparate, pentru a se obţine durate cat mai mici ale procesului de congelare, vitezele

aerului la nivelul produselor sunt mai mari decat la aparatele cu funcţionare discontinuă sau

semicontinuă.

Aparatele de congelare cu mişcare continuă a produselor sunt realizate cu conveiere cu

bandă, lanţ sau cablu. Vitezele de mişcare ale produselor sunt relativ mici. Produsele sunt

aşezate in tăvi sau forme metalice. Aparatele de congelare cu bandă transportoare sunt

destinate congelării de produse neambalate sau ambalate de dimensiuni mici. Pentru a se

reduce suprafaţa ocupată de aparat, banda transportoare se dispune pe mai multe

nivele suprapuse, de obicei, sub formă de spirale suprapuse.

tehnica frigului congelarea

Documents