Diseño de un congelador de alimentos mediante la aplicación de un sistema de ultrasonidos para reducir el tamaño de grano en el proceso de congelación

Abstract

La empresa Innovació i Recerca Industrial i Sostenible (IRIS) , fue fundada en 2.007 en Catalunya como un flexible y dinámico centro de investigación. Tiene su sede en Castelldefels. Actualmente realiza diversos proyectos a nivel europeo (con fondos de la comunidad europea) enfocados a las Pequeñas y Medianas Empresas (PYMEs). Para el desarrollo del proyecto MINICRYSTAL se requiere la construcción a nivel de laboratorio de un prototipo de congelador para llevar a cabo diferentes investigaciones acerca de la aplicación de la potencia de ultrasonidos al proceso de congelación. Con estas investigaciones se pretende ver cómo afectan los ultrasonidos al crecimiento del tamaño de grano de los cristales de hielo en el proceso de congelación, y poder conseguir que el alimento (es decir el producto congelado) conserve en la medida de lo posible su sabor y aspecto originales una vez esté descongelado para su consumo. Para saber cómo enfocar la investigación en el laboratorio, así como el diseño del congelador, se ha buscado la opinión de diferentes industrias dedicadas a la congelación, manteniendo unas reuniones interesantes acerca de las necesidades que veían ellos en el mercado y los puntos de mejora que sería importante que el congelador de ultrasonidos tuviera. En este proyecto se ha diseñado un prototipo de congelador flexible, el cuál podrá ser utilizado para cualquier otro tipo de investigación que IRIS vea necesario hacer para otro proyecto, sea o no de proceso de congelación. Además al congelador se le podrán adaptar fácilmente nuevos componentes debido a su versátil diseño y a la facilidad de programación que tiene el autómata (PLC) que lleva incorporado. Los materiales que componen el congelador de ultrasonidos y su fabricación han sido pensados para minimizar el impacto ambiental. Para alcanzar el diseño final han sido requeridas una serie de ideas, resumidas en tres diseños, dónde se contempla la evolución del congelador de ultrasonidos. Con la ayuda del programa de diseño y análisis de cálculo por elementos finitos SolidWorks, se ha realizado el diseño en 3D, los diferentes planos, la elección de los materiales a utilizar (Aluminio 4032 y Acero Inoxidable AISI 304) en los componentes con esfuerzos más críticos (como la estructura y el baño), ejerciendo situaciones de peso críticas y de temperaturas extremas que soportarán (- 20 ºC). En el baño también se han realizado cálculos por elementos finitos para ver cómo soporta las vibraciones que le transmitirán los transductores en la generación de los ultrasonidos.En el uso de materiales, se ha buscado que sean siempre del mismo tipo para la parte externa del congelador y además que sean aptos para el contacto con los alimentos: en este caso se ha seleccionado el acero inoxidable AISI 304. Se ha cuidado también la estética exterior del prototipo de congelador de ultrasonidos diseñado ya que será presentado en diferentes ferias con otros proyectos de la empresa IRIS. Por este motivo se ha buscado integrar todos los componentes posibles (baño, generador de ultrasonidos, sondas de temperaturas, PLC, F ) dentro de la estructura del congelador. Para realizar el diseño del prototipo de congelador de ultrasonidos se disponía inicialmente de un presupuesto de 4.000 € de los cuáles han sido gastados 2.911 € (sin tener en cuenta los honorarios del ingeniero que lo ha diseñado ni los honorarios del ensamblaje de los componentes y la puesta en marcha del equipo). Finalmente cabe mencionar que en la memoria de este proyecto fin de carrera no se incluye los resultados de la experimentación con el prototipo de congelador diseñado ya que ha habido un retraso en la recepción de algunos componentes (generador de ultrasonidos, transductores de ultrasonidos, baño, placas exteriores del congelador) y por tanto en la fecha de entrega del PFC no está el congelador operativo. Además en el caso de que el congelador hubiera estado funcionando y se pudiera disponer de resultados de la experimentación de la congelación de diversos alimentos (como frutas, verduras, hortalizas, carnes o pescados) tampoco los hubiera podido incluir debido a los derechos de confidencialidad de los resultados por parte de las PYMEs en este tipo de proyectos.