Características de los diferentes gases en criogenia alimentaria

¿Qué es el frío criogénico?

La conservación de alimentos mediante criogenia reúne diferentes procesos y técnicas que permiten a la industria alimentaria satisfacer las expectativas de los consumidores que buscan productos de calidad y saludables para su alimentación pero también con un largo tiempo de conservación.
La criogenia utiliza principalmente nitrógeno o dióxido de carbono de calidad alimentaria con el fin de reducir la temperatura de los productos en tan solo unos minutos. Alternativa al frío mecánico, esta técnica permite una refrigeración o una congelación muy rápidos gracias a las temperaturas extremadamente bajas aplicadas.

Características de los fluidos criogénicos utilizados en la industria alimentaria

Los principales gases utilizados en la congelación criogénica son el nitrógeno líquido y el dióxido de carbono.

Nitrógeno (N₂) líquido

El nitrógeno líquido se produce en grandes cantidades a partir del aire en plantas de separación de aire y se almacena en recipientes específicos de gran volumen.
El nitrógeno líquido, en cuanto deja de estar en estas condiciones de equilibrio de presión-temperatura, se vaporiza y produce gases fríos con una gran capacidad de refrigeración.

El nitrógeno líquido es nitrógeno (N₂) almacenado en tanques aislados al vacío en forma líquida a -196 °C y 1,5 bar.
La energía frigorífica del nitrógeno líquido tiene dos orígenes:

• el cambio de estado cuando el nitrógeno pasa de líquido a gas (calor latente de aprox. 36 kcal/litro), y
• el calentamiento del nitrógeno gaseoso hasta -196 °C, que transfiere sus frigorías por convección a los alimentos (calor sensible de 40 kcal/litro cuando el nitrógeno alcanza los -20 °C).

Dióxido de carbono (CO₂) líquido

El CO₂ procede de fuentes naturales o es un subproducto de diversas industrias químicas. Se purifica completamente antes de licuarlo a presión, normalmente a 20 bares, lo que corresponde a una temperatura de equilibrio de -20 °C.
Tiene la particularidad de producir nieve carbónica y gas a una temperatura de -78,5 °C cuando se expande por debajo de una presión de 5,18 bar (punto triple). A continuación, la nieve carbónica se sublima, pasando directamente de estado sólido a gaseoso.

Su energía frigorífica tiene dos orígenes

• Cuando alcanza la presión atmosférica, se transforma en nieve carbónica y gas frío. La sublimación de la nieve carbónica libera unas 65 frigorías por kg de CO₂ líquido.
• Entonces, bajo el efecto del recalentamiento, el CO₂ gaseoso a -78 °C libera alrededor de 5 a 15 frigorías por kg de CO₂ líquido (a -20 °C).

Así, las cantidades de frigorías disponibles para cada uno de los dos fluidos criogénicos son similares. Por eso, en la práctica, se considera que 1 kg de CO₂ = 1 litro de nitrógeno = 1 unidad criogénica.

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¿Implementación en una aplicación industrial?

Los fluidos criogénicos son especialmente fáciles de implementar. En ambos casos,

• la instalación comprende un almacenamiento criogénico, una línea de transferencia, un equipo de aplicación con su sistema de extracción de gas y equipos de seguridad.
• Los fluidos se transportan en semirremolque hasta los lugares de almacenamiento puestas a disposición de los usuarios.

Equipo de aplicación

De manera genérica, se trata del equipo criogénico que se integra en el proceso agroalimentario para la aplicación en cuestión como el enfriamiento o la congelación.

Cada equipo implementa un sistema de transferencia de frigorías específicas, principalmente a través del contacto directo con el producto a procesar.
En la criogenia alimentaria, este contacto puede realizarse de varias maneras:

• por inmersión o pulverización en el caso del nitrógeno líquido, lo que permite helar una superficie, por ejemplo,
• por convección de gases fríos,
• por contacto, sólido/sólido en el caso de la nieve carbónica.

Se pueden citar las siguientes tecnologías como ejemplos: armarios criogenicos (también conocidas como armarios de congelación rápida) o, para la producción en continuo, túneles de alfombrilla o incluso de inmersión.

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Aplicaciones en la industria

El nitrógeno líquido y el CO₂ pueden utilizarse directamente para garantizar diversas funciones:

• helar o endurecer (crusting) un producto en la superficie, por ejemplo, proyectando nieve carbónica o pulverizando nitrógeno líquido,
• controlar la temperatura en mezcladoras, amasadoras, picadoras, etc. (especialmente para productos de carne y masas),
• Refrigerar o congelar en el núcleo
• congelar productos individuales (por ejemplo, dados de queso, taquitos de tocino, frutos rojos, etc.),
• dar forma (por ejemplo, producción de bolitas de fermento láctico por inmersión en nitrógeno líquido),
• triturar a baja temperatura para obtener granulometrías muy pequeñas,
• …

En el caso del CO₂ líquido, la mayor parte de las frigorías se encuentra en la nieve carbónica que, compactada en forma de hielo seco, tiene una excelente inercia térmica. Esta inercia es especialmente popular para garantizar un control de la temperatura «a largo plazo» (desde unos minutos hasta 48 horas) durante el transporte refrigerado por carretera, ferrocarril o aéreo.