¿Qué es la refrigeración de la habitación de los productos? ¿Cómo funciona la refrigeración de la habitación?


Por: Teo Spengler

El enfriamiento de la habitación es una forma común de enfriar frutas y verduras después de su cosecha. Como su nombre lo indica, la idea es enfriar los productos una vez recolectados. El enfriamiento de las frutas y verduras ayuda a prevenir daños por ablandamiento, marchitez, moho y bacterias.

Si no está familiarizado con las frutas y verduras de refrigeración de habitaciones, es posible que tenga preguntas como ¿qué es la refrigeración de habitaciones o cómo funciona la refrigeración de habitaciones? Siga leyendo para obtener una descripción general del sistema de refrigeración de la habitación.

¿Qué es Room Cooling?

No es fácil transportar productos frescos de los campos calientes en los que crecen al mercado mientras se mantiene alta la calidad y baja la tasa de deterioro. Y no es diferente en huertos o jardines traseros más grandes.

El enfriamiento de la sala es un sistema que enfría el producto después de su cosecha para garantizar que se mantenga la calidad hasta que el producto llegue al consumidor. Esta cualidad es igualmente importante para los cultivadores caseros.

El enfriamiento poscosecha es un paso crítico para preservar la frescura de muchos cultivos perecederos. El enfriamiento ayuda a evitar que las enzimas degraden los productos, retarda el marchitamiento y previene el moho. También reduce los efectos del etileno, un gas que acelera la maduración.

¿Cómo funciona la refrigeración de habitaciones?

El enfriamiento de la habitación es uno de una variedad de métodos que utilizan los productores para ayudar a enfriar los cultivos. El sistema de refrigeración de la sala implica la creación de una sala aislada con unidades de refrigeración que enfrían el espacio. Los productores cosechan el producto y luego lo colocan en la sala de enfriamiento para mantenerlo fresco.

El sistema de enfriamiento de la sala se puede usar para almacenar productos que se enfriaron previamente mediante algún otro método de enfriamiento más rápido, como enfriamiento por aire forzado, hidroenfriamiento, hielo o enfriamiento al vacío. También se puede utilizar como método de enfriamiento primario, que requiere una unidad de refrigeración más grande.

Ventajas de la refrigeración de habitaciones

Un sistema de refrigeración de habitaciones es uno de los métodos más utilizados para enfriar cultivos. No es el método más rápido de enfriar los productos y ha demostrado ser demasiado lento para algunos cultivos. A pesar de este hecho, la refrigeración de la habitación funciona bien en muchos casos. Una de las ventajas es que sirve tanto para bajar la temperatura del producto como para almacenarlo de forma segura.

Las frutas y otros cultivos que se enfrían en la sala funcionan mejor para productos que tienen una vida de almacenamiento relativamente larga. Es mejor para los productos que se almacenarán en la misma habitación en la que se enfriarán.

Algunas frutas que funcionan bien con el enfriamiento ambiental son las manzanas, las peras y los cítricos. El sistema de refrigeración de la habitación también funciona bien para patatas y batatas.

Por supuesto, no todos tenemos grandes salas refrigeradas diseñadas específicamente para nuestros productos. Entonces, ¿cómo pueden los jardineros domésticos enfriar sus frutas y verduras? La mayoría de nosotros tenemos aire acondicionado, lo que puede ayudar. También tenemos refrigeradores, donde la mayoría de estos productos se pueden enfriar de manera segura. La siguiente referencia, Almacenamiento de frutas y verduras frescas también puede ayudar.

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Almacenamiento en frío para frutas y verduras

El almacenamiento en frío de frutas y verduras es un tema particularmente complicado, ya que hay muchos factores, como la edad y el origen, que pueden afectar la forma en que se deben almacenar los productos frescos. Esta guía analiza por qué debería utilizar almacenamiento en frío para almacenar y distribuir sus productos frescos y los factores más importantes a considerar al utilizar el almacenamiento en frío para frutas y verduras.


Acerca de los hidroenfriadores

Un hidroenfriador produce agua fría y luego la pone en contacto con el producto. Al considerar un hidroenfriador como método para enfriar productos, es importante comprender los métodos de enfriamiento por agua que se utilizan y conocer los requisitos de empaque y apilado de productos.

Precaución. No todos los tipos de productos frescos pueden hidroenfriarse con éxito. Algunos son sensibles a la humedad, lo que promueve el crecimiento de organismos en descomposición. Para obtener una lista de productos agrícolas que pueden ser hidroenfriados, consulte la publicación de extensión AG 414-1, Métodos adecuados de manejo y enfriamiento poscosecha. Por supuesto, no importa qué método de enfriamiento se emplee, nunca se debe permitir que el producto se recaliente una vez que se haya enfriado.

Métodos de hidroenfriamiento

En la mayoría de los hidroenfriadores, una bomba hace que el agua enfriada entre en contacto con los productos calientes. Luego, el agua calentada se vuelve a enfriar y recicla. Para enfriar el agua, muchos hidroenfriadores tienen un sistema de refrigeración por compresión de vapor similar a un aire acondicionado o un refrigerador. Se puede pensar en un sistema de refrigeración como una bomba que mueve el calor. La capacidad de un sistema de refrigeración para mover calor se mide en toneladas. Una tonelada de refrigeración equivale a 12.000 Btu por hora.

Algunos hidroenfriadores no utilizan un sistema de refrigeración. En cambio, se usa hielo triturado o en trozos para enfriar el agua. Por lo general, grandes bloques de hielo que pesan hasta 300 libras se transportan en camiones desde una planta de hielo, se trituran y se agregan según sea necesario a un depósito de agua conectado al hidroenfriador. El costo de capital de un hidroenfriador de este tipo es mucho menor que uno con un sistema de refrigeración integral y puede ser preferido por los productores con una cantidad limitada de productos o una temporada de enfriamiento corta. Sin embargo, para hacer una comparación económica válida, se debe considerar el costo del hielo. Para un hidroenfriador de este tipo, debe estar disponible una fuente confiable de hielo a un costo razonable.

Consideraciones sobre el empaquetado y el apilado de productos agrícolas frescos

El diseño del paquete de productos y la disposición de apilamiento es fundamental para el proceso de transferencia de calor en el hidroenfriamiento. En el hidroenfriamiento se han utilizado con éxito diversos paquetes de productos. Estos paquetes incluyen cajas de madera atadas con alambre, cartones de cartón encerado, bolsas de malla de polietileno y contenedores a granel. Los paquetes paletizados se pueden hidroenfriar si se apilan cuidadosamente para permitir que el agua entre en los paquetes. Si el agua fluye alrededor y no a través de los paquetes, se producirá poco enfriamiento. Los productos en cajas de cartón encerado con tapas sólidas son particularmente difíciles de enfriar porque la tapa no permite la entrada de agua.

Las cajas de cartón con alambre y las cajas con un gran porcentaje de espacio abierto son más adecuadas para el hidroenfriamiento porque permiten una entrada suficiente de agua. Los productos en contenedores a granel de 20 bushel se enfrían especialmente bien porque el agua fría puede filtrarse fácilmente a través del producto.


Ficha técnica de tecnologías para el desarrollo hortícola

En muchos países en desarrollo, la tasa de pérdida poscosecha de frutas y hortalizas supera el 50 por ciento. El almacenamiento en frío puede reducir en gran medida estas pérdidas, aumentando los ingresos de los agricultores. El almacenamiento en frío es prácticamente inexistente debido al alto costo de los equipos y la falta de conocimiento sobre los beneficios de enfriar los productos. El control de la temperatura por sí solo puede prolongar la vida útil en semanas o incluso meses. Los agricultores que pueden almacenar sus productos por más tiempo pueden aprovechar mejores precios, ya que los precios del mercado pueden fluctuar drásticamente con el tiempo.

Cómo funciona CoolBot

El CoolBot fue desarrollado por Store It Cold como una forma asequible para que los pequeños productores enfríen los productos en sus granjas. El Horticulture Innovation Lab ha probado salas frías equipadas con CoolBot en tres continentes. El equipamiento:

  • Anula el indicador de temperatura de un acondicionador de aire, engañándolo para que trabaje más duro mientras evita que los componentes se congelen.
  • Convierte una habitación aislada y un acondicionador de aire de ventana económico y fácilmente disponible en una habitación fresca.
  • Reduce sustancialmente el costo de un ambiente de almacenamiento fresco para frutas, verduras, flores y otros productos.
  • Hace que el almacenamiento en frío sea una opción viable para los agricultores, las cooperativas y los grupos de mercado del mundo en desarrollo.

Beneficios

  • Los agricultores pueden almacenar productos para venderlos fuera de temporada cuando los precios son más altos.
  • La mejora de las posibilidades de almacenamiento en frío estabilizará los precios de las frutas y hortalizas, dando a los consumidores acceso a productos frescos y nutritivos durante todo el año.
  • Los agricultores están mejor protegidos de los precios erráticos del mercado.

Costos básicos

  • CoolBot ($ 299)
  • Aire acondicionado
  • Habitación aislada
  • Costos mensuales de electricidad

Estos costos están sujetos a variaciones locales. La identificación de opciones locales y efectivas para habitaciones aisladas es uno de los objetivos de un proyecto relacionado con el Laboratorio de innovación en horticultura.

¿Que sigue? Ampliar

Educación: Incrementar la capacitación poscosecha y el alcance directo a los agricultores.

Adopción: Trabaje con la industria, las cooperativas de agricultores, los mercados locales y regionales y los compradores a granel para adoptar CoolBot.

Inversión: Investigar opciones de inversión innovadoras para agricultores y grupos. Identificar emprendedores deseosos de promover CoolBot.


Ministerio de Agricultura, Alimentación y Asuntos Rurales


Agdex #: 736/20
Fecha de publicación: Agosto de 2014
Pedido#: 14-039
Última revisión: Noviembre de 2018
Historia: Reemplaza la hoja informativa de OMAFRA 98-031
Escrito por: H. Fraser

Como parte de brindar un servicio al cliente accesible, envíe un correo electrónico al Centro de Contacto de Información Agrícola ([email protected]) si necesita soportes de comunicación o formatos alternativos de esta publicación.

Tabla de contenido

1. Introducción

Esta hoja informativa describe cómo elegir, diseñar y administrar tres tipos de sistemas de enfriamiento de aire forzado (FAC) (Figura 1 y Tabla 1):

  • flujo de aire horizontal del túnel
  • flujo de aire vertical de columna
  • flujo de aire serpentino vertical / horizontal

2. ¿Por qué enfriar lo antes posible después de la cosecha?

Los cultivos hortícolas son organismos vivos después de la cosecha y deben permanecer vivos y sanos hasta que se procesan o consumen (Kader, 2002). La energía necesaria para mantenerse con vida proviene de las reservas de alimentos en el producto a través de un proceso llamado respiración. La energía térmica se libera durante la respiración. Sin embargo, la tasa de liberación depende del tipo de producto, madurez, lesiones y temperatura interna.

De estos factores, la temperatura del producto tiene la mayor influencia en la respiración. El enfriamiento rápido y uniforme inmediatamente después de la cosecha para eliminar el calor del campo ayuda a ralentizar la respiración y prolongar la vida útil. Como una guía aproximada, un retraso de una hora en el enfriamiento reduce la vida útil de un producto en un día. Aunque esto no es cierto para todos los cultivos, se aplica a cultivos muy perecederos durante el clima caluroso. Bajar la temperatura también reduce la tasa de producción de etileno y la pérdida de humedad, así como la propagación de microorganismos y el deterioro por lesiones.

Tabla 1. Ventajas / desventajas de los sistemas FAC

Ventajas Desventajas
Sistemas de flujo de aire horizontal de túnel Funciona con la mayoría de los tipos de contenedores si hay suficientes ventilaciones laterales De todos los sistemas FAC, requiere la mayor superficie de suelo por kg de producto refrigerado
No hay límite para el número total de pares de contenedores / paletas con ranuras laterales enfriados a la vez De todos los sistemas FAC, tiene la mayoría de los sitios donde el aire de refrigeración puede provocar un cortocircuito
El aire de refrigeración viaja solo el ancho de un palé (1-1,2 mo 40-48 pulg.) Se requiere espacio entre paletas y paredes o túneles adyacentes
Sistemas de flujo de aire vertical de columna Requiere un área de piso de rango medio por kg de producto enfriado Todos los lados de la paleta que no estén contra la pared de enfriamiento deben estar cubiertos para evitar que el aire se cortocircuite.
Adecuado para pequeñas explotaciones con una amplia variedad de productos para enfriar Solo apto para envases de plástico reutilizables con ranura inferior (RPC)
De todos los sistemas FAC, crea el menor número de sitios donde el aire de refrigeración puede provocar un cortocircuito De todos los sistemas FAC, el aire de enfriamiento viaja más lejos a través del producto, hasta aproximadamente 2 m (6.5 pies), enfriamiento lento
Sistemas de flujo de aire vertical / horizontal serpentino De todos los sistemas FAC, requiere la menor superficie de suelo por kg de producto enfriado Los contenedores deben tener rejillas de ventilación en el piso, todas las rejillas de ventilación laterales deben estar bloqueadas
El aire de refrigeración viaja solo a través de la profundidad del depósito (0,4-0,6 mo 15-24 pulg.) Algo de aire de refrigeración producirá un cortocircuito en los contenedores superiores
Lo mejor para enfriar productos a granel antes de empacar Las aberturas de la carretilla elevadora restringen el flujo de aire y limitan la distancia a la que se pueden apilar los contenedores de la pared

Figura 1. El aire frío refrigerado (flechas azules) pasa a través de los contenedores mediante ventiladores de alta capacidad en un plenum de pared falsa dentro de un almacenamiento en frío. Estos ventiladores crean un vacío parcial y extraen aire a través de aberturas ubicadas estratégicamente (sombreado verde) en el pleno. Los productos se enfrían principalmente por la acción convectiva del aire frío a alta velocidad, cuando recoge el calor del campo de los productos calientes (flechas moradas) a medida que pasa alrededor del producto. El aire calentado (flechas rojas) se vuelve a introducir en el almacenamiento en frío a las bobinas del evaporador del sistema de refrigeración para volver a enfriarlo.

Independientemente del sistema, los ventiladores extraen aire refrigerado a través del producto. El contacto convectivo del aire refrigerado de alta velocidad con los productos calientes crea un enfriamiento rápido, uniforme y predecible. Esto es diferente al enfriamiento de la sala donde los productos almacenados en cámaras frigoríficas se enfrían lentamente, de manera no uniforme e impredecible, principalmente por conducción. El enfriamiento de FAC generalmente requiere de 1 a 10 horas, mientras que el enfriamiento de la habitación requiere de 20 a 100 horas (Thompson, 2008). Sin embargo, dependiendo de qué tan perecedero sea el cultivo, los tiempos de FAC pueden variar de 0,75 a 6 horas en la mayoría de las granjas.

3. Sistemas de refrigeración por aire forzado

Hay tres tipos de sistemas FAC utilizados en la industria (Figura 1).

El sistema de flujo de aire horizontal del túnel (Figura 2) es el sistema FAC más común. El aire refrigerado viaja horizontalmente a través de los contenedores, así que alinee las aberturas laterales, si es posible. Las cestas de productos, como frutas de árbol, a menudo se empaquetan dentro de un contenedor de envío de cartón corrugado, lo que restringe el flujo de aire refrigerado. Los recipientes de plástico ahusados ​​o las cestas de fruta en estantes abiertos pueden dar como resultado el problema opuesto, permitiendo que demasiado aire refrigerado provoque un cortocircuito entre los recipientes con poca refrigeración.

Los contenedores ideales se apilan firmemente en todos los lados y llenan todo el espacio del palé. Esto minimiza el cortocircuito de aire. Los contenedores de cartón corrugado con aberturas de ventilación que se alinean o los contenedores de plástico reutilizables (ERT) en paletas funcionan bien. Muchos productores utilizan contenedores de plástico para manipular productos a granel. Los contenedores de entrada de montacargas unidireccionales son los mejores, ya que los contenedores de entrada de montacargas de dos vías permiten un cortocircuito del aire refrigerado.

La columna El sistema de flujo de aire vertical (Figura 3) es el sistema FAC menos común. Requiere contenedores de envío con ranuras en la parte inferior, como RPC. Es adecuado para productos a granel pequeños como uvas de mesa, champiñones, cerezas dulces o ciruelas. El aire frío se puede tirar verticalmente hacia arriba o hacia abajo a través de los contenedores. Este sistema también funciona para otros fines, como el enfriamiento / curado lento de uvas para vino procesado con un appassimento método, que seca y concentra azúcares y aromas.

Serpentina Los sistemas de flujo de aire horizontal / vertical (Figura 4) solo funcionan para contenedores con ranuras en el piso. La Figura 4 muestra parte de un sistema para seis columnas de seis contenedores de altura, colocadas firmemente una contra la otra. Se muestran dos columnas de contenedores enfriándose. Cada columna tiene un ventilador centrífugo independiente que extrae aire refrigerado a través de esa columna.

Cada columna de depósito en la Figura 4 tiene tres aberturas de ranura en una pared de enfriamiento. Estos se alinean perfectamente con las aberturas del montacargas de los contenedores 2, 4 y 6. Las aberturas del montacargas de estos contenedores están cubiertas con lonas, que "succionan" firmemente contra los contenedores. Como resultado, el aire refrigerado solo puede ingresar a las aberturas del montacargas de los contenedores 1, 3, 5 y la parte superior del contenedor 6.

El aire frío luego viaja verticalmente "hacia arriba" a través de las ranuras en el fondo de los contenedores 1, 3 y 5 y a través de sus productos, o verticalmente "hacia abajo" a través de los productos en los contenedores 2, 4 y 6 y a través de las ranuras en el fondo de estos contenedores. Finalmente, el aire viaja horizontalmente a lo largo de las aberturas del montacargas frente a las ranuras en la pared de enfriamiento entre los contenedores 1 y 2, 3 y 4, y 5 y 6. El nombre "serpentina" proviene del aire frío que serpentea en muchas direcciones. Las aberturas de la carretilla elevadora no son grandes, lo que puede restringir los flujos de aire, por lo que estos sistemas generalmente se limitan a solo una a tres columnas de contenedores apilados desde la pared de enfriamiento, dependiendo de los flujos de aire deseados.

Figura 2. Esto túnel El sistema de flujo de aire horizontal tiene ventiladores de alta capacidad dentro de un plenum (ubicado detrás de las tarimas) que extraen el aire refrigerado (flechas azules) de la sala de manera horizontal a través de las cajas de productos. El aire calentado (flechas violetas y luego rojas) viaja a través de un "túnel" creado entre las paletas y hacia el plenum, donde se dirige de regreso a la sala de almacenamiento (flechas rojas) hacia las bobinas del evaporador para ser enfriado nuevamente. Los palets se enfrían por pares. Las láminas de plástico succionan con fuerza contra las cajas y el túnel. Las láminas se colocan en su lugar con cables sujetos al techo.

Figura 3. Esto columna El sistema de flujo de aire vertical utiliza RPC con ventilaciones inferiores. El aire frío (flechas azules) se tira verticalmente hacia abajo desde la parte superior de la pila (flechas violetas y luego rojas) a través de una paleta especialmente diseñada utilizando un ventilador de alta capacidad ubicado en la base (no se muestra). Los ERT funcionan bien porque tienen fondos completamente ventilados, se apilan en capas alternas, encajan perfectamente en un palet estándar y se ajustan tan firmemente entre sí que no hay puntos donde el aire frío pueda cortocircuitarse. Los cuatro lados verticales de la pila deben cubrirse con lonas (no se muestran) para obligar al aire frío a viajar verticalmente. (Foto cortesía del Dr. Bernard Goyette, Centro de Investigación e Innovación de Vineland, Vineland)

Figura 4. Esto serpentina El sistema de flujo de aire horizontal / vertical tiene ventiladores centrífugos dentro de carcasas de metal sobre un pleno de madera contrachapada. Estos ventiladores extraen el aire refrigerado a través de la fruta de árbol "caliente" en contenedores de plástico. Cada pila de seis contenedores es independiente. Tres aberturas de montacargas frente a las ranuras de la pared están cerradas con cubiertas. Esto obliga al aire frío a entrar por las tres aberturas restantes del montacargas y viajar hacia arriba o hacia abajo a través de la fruta a través de las ranuras en el piso del contenedor. A medida que el aire se calienta (flechas moradas), se dirige de regreso a la sala de almacenamiento (flechas rojas) hacia los serpentines del evaporador para volver a enfriarlo. Los contenedores están apilados firmemente para que el aire no pueda cortocircuitarse a través de las rejillas de ventilación laterales de los contenedores. Si faltan pilas, se instala una lona para evitar cortocircuitos. Esta lona se puede ver cubriendo los lados de la columna derecha de contenedores. El sistema que se muestra aquí está en construcción, ya que se instalará un acolchado de espuma alrededor de las ranuras. (Foto de Hugh Fraser, OMAFRA)

4. 7/8 tiempo de enfriamiento

7/8 tiempo de enfriamiento se refiere al tiempo necesario para eliminar siete octavos (87,5%) de la diferencia de temperatura entre la temperatura inicial del producto y la temperatura del medio de enfriamiento (para los sistemas FAC, el medio de enfriamiento es aire refrigerado). Se mide desde el momento en que el producto se coloca por primera vez en el enfriador de aire forzado. Lograr un tiempo de enfriamiento de 7/8 garantiza que se haya eliminado la mayor parte del calor del campo, que se haya reducido la frecuencia respiratoria del producto y que el producto esté muy cerca de su temperatura de mantenimiento óptima. En teoría, el producto nunca alcanza la temperatura del medio refrigerante. Sin embargo, el tiempo de enfriamiento de 7/8 está destinado a que el producto se acerque lo más posible a la temperatura del medio de enfriamiento.

Figura 5. Relación tiempo-temperatura para enfriar productos.

La Figura 5 muestra un producto con una temperatura interna inicial de 32 ° C (89,6 ° F) que se enfría con aire refrigerado a 0 ° C (32 ° F). Se necesitan 9 horas para que el producto alcance los 4 ° C (39,2 ° F), lo que representa una caída del 87,5%. Por lo tanto, el tiempo de enfriamiento de 7/8 es de 9 h.

En teoría, 7/8 de tiempo de enfriamiento es tres veces la mitad del tiempo de enfriamiento. Por lo tanto, los productos que tarden 9 horas en enfriarse a 4 ° C (39,2 ° F) deberían tardar 3 horas en alcanzar los 16 ° C (60,8 ° F). Esto rara vez es cierto, ya que las condiciones de enfriamiento y las temperaturas en un almacenamiento en frío rara vez permanecen constantes. Sin embargo, esta relación de la curva de enfriamiento ayuda a predecir cuándo los productos alcanzarán una cierta temperatura. La Tabla 2 enumera otras relaciones útiles.

Independientemente del medio de enfriamiento (aire o agua) o método (aire forzado, enfriamiento de la habitación, hidroenfriamiento, etc.), el producto se enfría rápidamente al principio y luego lentamente con el tiempo (Figura 5). Varios factores afectan la velocidad de enfriamiento en un sistema FAC:

  • la densidad aparente del producto en un contenedor (el producto se enfría más rápido si se empaqueta con menos densidad)
  • el contenedor, orientación y ventilación (el producto se enfría más rápido si el aire pasa uniformemente por él)
  • la proporción de volumen a área de superficie (los productos con proporciones pequeñas se enfrían más rápido, por ejemplo, las cerezas se enfrían más rápido que los melones)
  • la distancia que recorre el aire de enfriamiento a través del producto (el producto se enfría más rápido si la distancia es más corta)
  • flujo de aire por peso (L / s / kg o CFM / lb) (el producto se enfría más rápido con flujos de aire más altos si la refrigeración es adecuada)

Tabla 2. Relaciones para estimar 7/8 tiempos fríos. Por ejemplo, si 3/8 de tiempo de enfriamiento son 2 horas, 7/8 de tiempo de enfriamiento son aproximadamente 2 x 4.5 = 9 horas

5. ¿El enfriamiento por aire forzado debe estar en una habitación separada?

Es mejor enfriar los productos en una sala de FAC dedicada antes de sacarlos para empaquetarlos y / o almacenarlos a más largo plazo. De lo contrario, es probable que la temperatura del aire de la habitación aumente después de agregar cada lote de productos frescos calientes, especialmente con sistemas de refrigeración de tamaño insuficiente. Como resultado, los productos fríos que ya están en la habitación podrían sudar y aumentar ligeramente su temperatura. Sin embargo, una sala FAC separada no siempre es asequible. Un compromiso es crear un área FAC que tenga mucha más refrigeración. Esto ayuda a reducir las fluctuaciones de temperatura.

6. ¿Qué productos se pueden enfriar con aire forzado?

La mayoría de los productos se pueden enfriar con aire forzado. Sin embargo, algunos productos deben tener tiempos de enfriamiento más cortos de 7/8 (consulte la Tabla 3).

Cultivos con muy alta perecibilidad

Estos cultivos tienen tasas de respiración muy altas y / o se marchitan muy rápidamente a las temperaturas de cosecha, por lo que necesitan tiempos de enfriamiento breves de 7/8. Dependiendo del cultivo, a menudo se hidroenfría, se congela o se enfría al vacío. Sin embargo, todos estos cultivos se pueden enfriar con aire forzado con éxito, siempre que se haga rápidamente con tasas de flujo de aire altas y aire que tenga una humedad relativa alta. Se deben usar flujos de aire muy altos de al menos 2-6 L / s / kg (2-6 CFM / lb) de producto, con el objetivo de lograr 7/8 tiempos de enfriamiento de 0,75-1,5 horas. Vigile los signos de marchitamiento. Si la humedad relativa del aire de enfriamiento es superior al 80% y el período de enfriamiento es breve, la pérdida de humedad es insignificante (Thompson, 2008).

Cultivos con alta perecibilidad

Estos cultivos tienen altas tasas de respiración, pierden humedad a las temperaturas de cosecha y deben enfriarse rápidamente tan pronto como sea posible después de la cosecha. Las tasas de flujo de aire deben ser de al menos 1,25-4 L / s / kg (1,25-4 CFM / lb) de producto y 7/8 tiempos de enfriamiento de 1-2,5 horas. Los frijoles rojos solo deben enfriarse a 4 ° C-7 ° C (39.2 ° F-44.6 ° F), dependiendo de la variedad. De lo contrario, pueden sufrir lesiones por frío.

Cultivos con perecibilidad moderada

Aunque estos cultivos son menos perecederos que los ya enumerados, se recomienda que se enfríen rápidamente tan pronto como sea posible después de la cosecha. Las tasas de flujo de aire deben ser de al menos 0.5-1.5 L / s / kg (0.5-1.5 CFM / lb) de producto con 7/8 tiempos de enfriamiento de 2-6 horas.

Los melones y las calabazas de verano son sensibles a las lesiones por frío, así que evite usar aire refrigerado muy frío. Los melones deben enfriarse a 2 ° C-5 ° C (34 ° F-41 ° F) y la calabaza de verano a 7 ° C-10 ° C (45 ° F-50 ° F).

Tabla 3. La perecibilidad relativa de las frutas y verduras frescas debido a las altas tasas de respiración y / o la rapidez para marchitarse recomienda 7/8 tiempos de enfriamiento y flujos de aire FAC

1 Cultivos que se marchitan rápidamente, se recomiendan 7/8 tiempos de enfriamiento breves
2 Los flujos de aire más altos se corresponden con tiempos de enfriamiento más cortos de 7/8.
Cuadro adaptado de Thompson, 2008.

7. ¿Cuáles son los componentes de un enfriador de aire forzado?

Hay seis componentes de un enfriador de aire forzado exitoso: ventilador, conductos, contenedores, un método de prevención de cortocircuitos, un sistema de refrigeración y equipo de monitoreo.

1. Ventilador

El ventilador alimenta el sistema FAC (Figura 6), con flujo de aire medido en litros por segundo (L / s) o pies cúbicos por minuto (CFM). Pueden ser centrífugos (jaula de ardilla) o de flujo axial. Muchos productores optan por ventiladores centrífugos porque suelen ser más eficientes y silenciosos. La extracción de aire a través de los contenedores de frutas y verduras pone mucha carga en un ventilador, lo que reduce su flujo de aire. Por esta razón, seleccione ventiladores según el flujo de aire a una presión estática de funcionamiento.

La presión estática es la diferencia entre la presión de la corriente de aire en el pleno de FAC y la presión de la corriente de aire justo antes de que ingrese al FAC (es decir, la diferencia en la presión de la corriente de aire aguas abajo frente a aguas arriba del producto). Es una medida de la carga contra la que debe trabajar el ventilador FAC. Es difícil predecir la presión estática porque se ve afectada por muchos factores:

  • áreas de entrada de aire en contenedores
  • alineación de ventilación
  • la distancia que el aire debe recorrer a través de los productos
  • la densidad del producto en los contenedores
  • restricciones de conductos

Para la mayoría de los sistemas FAC, las presiones estáticas varían de 10 a 25 mm (0,4 a 1,0 pulg.) De manómetro de agua. Por ejemplo, cada uno de los ventiladores centrífugos de 1,1 kW (1,5 hp) de la Figura 4 suministra 2,313 L / s (4,900 CFM) a un manómetro de agua de 10 mm (3/8 pulg.) De presión estática. Por lo tanto, para seis contenedores de 225 kg (500 lbs) de productos cada uno, la tasa de flujo de aire es de 1,7 L / s / kg (1,6 CFM / lbs) de productos, que es una tasa de flujo de aire adecuada para cultivos moderados a muy perecederos (en este caso, melocotones).

Duplicar las tasas de flujo de aire por kilogramo de producto acelera la tasa de enfriamiento, pero no reduce el tiempo de enfriamiento a la mitad. Por lo general, es más importante aumentar la refrigeración de la sala de almacenamiento y hacer un mejor trabajo para prevenir los cortocircuitos de aire que simplemente aumentar las tasas de flujo de aire. Para los sistemas de flujo de aire horizontal de túneles (Figura 2), pueden ser necesarios refuerzos en lonas que se extienden a través de túneles anchos para evitar que la lona sea succionada hacia el túnel si las presiones estáticas son muy altas.

2. Conductos

Para reducir cargas innecesarias en el ventilador, diseñe el suministro de aire frío y los espacios de retorno de aire caliente (Figura 1) para mantener la velocidad del aire por debajo de 5 m / s (1,000 pies / min). Asegúrese de que el aire no se restrinja en ningún lugar a lo largo de su camino, excepto mientras viaja a través del producto. La relación es:

Q = A x V o A = Q ÷ V, donde:

  • Q es la tasa de flujo de aire, medida en L / s (CFM)
  • A es el área de la sección transversal perpendicular al flujo de aire, medida en m 2 (pies 2)
  • V es la velocidad del aire, medida en m / s (ft / min)

Por ejemplo, para determinar la sección transversal necesaria si el caudal de aire es de 5.000 L / s (5 m 3 / s) y la velocidad del aire es de 5 m / s:

Por lo tanto, proporcione al menos 1 m 2 de sección transversal por cada 5,000 L / s (o 5 m 3 / s) de flujo de aire (1 pie 2 / 1,000 CFM) en todos los espacios de suministro de aire frío y espacios de retorno de aire caliente. Estos espacios difieren según el sistema FAC y los flujos de aire.

3. Contenedores

El diseño del contenedor y el sistema de ventilación pueden hacer o deshacer un sistema FAC. Los contenedores ideales tienen paredes rectas (sin forma cónica), por lo que los contenedores encajan bien entre sí. También tienen ventilaciones que:

  • ocupan el 25% del área perpendicular a la dirección del flujo de aire (Vigneault & Goyette, 2002)
  • se distribuyen uniformemente a lo largo de la trayectoria del flujo de aire
  • alinearse a lo largo del camino de enfriamiento
  • están diseñados como ranuras largas en lugar de orificios redondos para que los productos no los taponen
  • no están restringidos por revestimientos, bandejas o materiales de empaque

4. Método de prevención de cortocircuitos

La prevención del cortocircuito del aire de refrigeración es una característica fundamental, pero a menudo se pasa por alto, de un buen sistema FAC. El aire toma el camino de menor resistencia, por lo que se deben taponar incluso las grietas pequeñas. El diez por ciento del aire en un sistema bien diseñado y operado puede cortocircuitarse, mientras que más del 30% del aire puede cortocircuitarse en sistemas mal diseñados y mal operados (Thompson, 2008).

Sacar aire con un ventilador es más eficaz que soplarlo. Tirar de aire succiona las sábanas o lonas contra los contenedores, evitando que el aire frío se escape y provoque un cortocircuito en el ventilador.

Hay muchos lugares para que el aire provoque un cortocircuito, que incluyen:

  • aberturas para montacargas
  • contenedores de envío que no se ajustan bien a los lados o la parte superior o que no se ajustan a las dimensiones de la paleta
  • áreas donde los pallets / contenedores encajan contra la pared de enfriamiento en sistemas de túnel o serpentín FAC
  • áreas entre contenedores en la parte superior de paletas y lonas sueltas en sistemas de túnel FAC

Un medidor de presión estática de $ 50 de los proveedores de ventilación agrícola mide la carga de presión estática contra la que debe trabajar un ventilador entre los espacios de suministro de aire frío y los espacios de retorno de aire caliente. A medida que se tapan los orificios de cortocircuito, aumentan las presiones estáticas, lo que indica que los ventiladores están trabajando más debido a que se extrae más aire a través del producto, lo que ofrece más resistencia. Use celofán o cintas ligeras para verificar la presencia de huecos o agujeros, ya que serán absorbidos incluso por los más pequeños.

Los métodos habituales para prevenir los cortocircuitos son:

  • instalación de juntas de espuma o de puerta entre paletas / contenedores y paredes de enfriamiento
  • Asegurarse de que los contenedores de envío llenen los pallets por completo para que no haya espacios entre los pallets.
  • Asegurarse de que las lonas se ajusten cómodamente a los contenedores o contenedores.
  • Instalación de parachoques acolchados en el piso contra los que las paletas se tocan para evitar cortocircuitos a través de las aberturas de la carretilla elevadora

5. Sistema de refrigeración

Nunca se puede tener demasiada refrigeración en una cámara frigorífica. Debido a que el producto comienza a enfriarse inmediatamente una vez que comienza el FAC, la pendiente inicial de la curva de enfriamiento en la Figura 5 es muy pronunciada. La cantidad de refrigeración necesaria al inicio del enfriamiento puede ser muy grande. La fórmula para la refrigeración requerida en kJ / h (Btu / h) es:

kJ / h (Btu / hr) = 2.08 x (A-B) x C x D ÷ E, donde:

  • 2.08 = Logaritmo natural de 1/8
  • A = Temperatura del producto, medida en ° C (° F)
  • B = Temperatura del medio refrigerante (aire), medida en ° C (° F)
  • C = Peso del producto que se enfría, medido en kg (lbs)
  • D = Calor específico del producto: 3,77 kJ / kg / ° C (0,9 Btu / lb / ° F)
  • E = 7/8 tiempo de enfriamiento, medido en horas

Adaptado de la fórmula de la tasa de enfriamiento momentáneo (Thompson, 2008).

La operación que se muestra en la Figura 4 tiene un sistema de flujo de aire horizontal / vertical serpenteante con 36 contenedores. Cada contenedor tiene capacidad para 225 kg (500 libras) de melocotones, por lo que hay un total de 225 kg x 36 = 8.100 kg (18.000 libras) cuando el sistema está completamente cargado. ¿Qué capacidad de enfriamiento se requiere para enfriar los melocotones de 28 ° C (82 ° F) a 3.5 ° C (38 ° F) en 3.5 horas, usando aire de enfriamiento a 0 ° C (32 ° F)?

Esto representa un tiempo de enfriamiento de 7/8 de 3,5 h.

El peor de los casos es si las seis columnas de contenedores se mueven al enfriador al mismo tiempo, que contiene productos a 28 ° C. De la fórmula anterior, la refrigeración momentánea al comienzo del enfriamiento en el peor de los casos sería:

2,08 x (28 ° C - 0 ° C) x 8,100 kg x 3,77 kJ / kg / ° C ÷ 3,5 horas

= 598,136 kJ / hr, o 141.1 kJ / s, o 141.1 kW de refrigeración

(2.08 x (82 ° F - 32 ° F) x 18,000 lbs x 0.9 Btu / lb / ° F ÷ 3.5 hr = 481,371 Btu / hr de refrigeración)

Utilizando un término industrial de sistema imperial, una tonelada de refrigeración equivale a 3,5 kW (12.000 Btu / h). Por lo tanto, 141,1 kW ÷ 3,5 kW / tonelada equivale aproximadamente a 40 toneladas de refrigeración. Es poco probable, y de hecho indeseable, cargar todo el FAC con productos calientes al mismo tiempo, por lo que instalar tanta refrigeración sería innecesario y costoso. Si este sistema se cargara uniformemente a lo largo del tiempo, habría algunas frutas que se enfriaron parcialmente y otras frutas que se enfriarían casi por completo, de modo que solo el 50% de la cantidad de refrigeración sería realmente necesaria. Sin embargo, la carga uniforme es difícil de lograr y se producen cuellos de botella en el mundo real. En cambio, como una guía aproximada, diseñe la instalación para 2/3 de la tasa de refrigeración momentánea al comienzo del enfriamiento:

141,5 kW x 2/3 = 94 kW, o aproximadamente 27 toneladas de refrigeración

(481,371 Btu / h x 2/3 = 320,247 Btu / h, o aproximadamente 27 toneladas de refrigeración)

En este nivel de refrigeración menor, la temperatura del aire de la habitación puede aumentar levemente cuando los productos frescos comienzan a enfriarse, pero se recuperará gradualmente. Por supuesto, esta es solo la cantidad de refrigeración por encima de la cantidad requerida para hacer frente al calor que proviene de otras partes del área de almacenamiento, como a través de las paredes, el techo y las puertas de apertura y cierre, etc.

No instale conductos para llevar aire caliente del ventilador FAC directamente a las bobinas del evaporador del sistema de refrigeración o para tomar aire frío de las bobinas del evaporador directamente para producir que se enfríe. In most cases, evaporator coils and fans were not designed for this direct connection. Warmed air should be directed to within 3-5 m (10-16 ft) of evaporator coils. Cold air from the evaporator coils should also be directed at least 3-5 m (10-16 ft) away from the FAC unit. Since evaporator coils must cool air below the desired room air temperature, air directly off the coils might cause cold injury to produce. The storage refrigeration system should be designed to provide a high relative humidity (at least 80%, and preferably over 90%) to help prevent wilting produce during FAC.

6. Monitoring equipment

Proper monitoring is critical to the success of a FAC system. It is important to know the following:

  • the temperatures of the incoming cold air and outgoing warm air in the FAC system
  • the relative humidity in the storage
  • the elapsed time produce has been on the FAC system
  • the static pressure fans must work against during FAC

Periodically record internal temperatures of several pieces of produce, especially if you have little experience with FAC systems. This becomes less necessary with experience. Check temperatures by probing the produce centre with good measuring equipment that give an instantaneous digital readout. Make sure you discard any produce you have probed! "Hot" produce temperatures in the field may not be the same as surrounding air temperatures in the field. Likewise, "cold" produce temperatures in cold storage may not be the same as surrounding air temperatures in cold storage. Large produce like cantaloupe takes longer to warm up or cool down than small produce like plums.

Figure 6. Sensors monitor "warm" air temperatures (°F) exiting the column of bins in the serpentine horizontal/vertical airflow system in Figure 4. At the time of this picture, cold air entering Forced Air Fan #4 was 35.6°F (2°C) and the internal temperatures of three individual, equally sized pears being monitored were 59°F (15°C), 67°F (19°C) and 68°F (20°C) along the cooling path, averaging 64.4°F (18°C). Fruit started at about 71.6°F (22°C), so the temperature at Fan #4 (51.2°F 10.7°C) is about halfway between the cold air entering at 35.6°F (2°C) and the average internal temperature of cooling fruit at 64.4°F (18°C). With experience, one can make good predictions about internal fruit temperatures at any time within the bins. (Photo by Hugh W. Fraser, OMAFRA )

It is time-consuming to monitor produce temperature but easy to monitor temperatures of cold air entering and warm air exiting the FAC system (Figure 6). Warm air will be about mid-way between the temperature of cooling air entering the FAC system and current produce temperature. Produce that is closest to the incoming cold air cools more quickly than produce downstream, because the air warms as it passes over the produce. Over time, however, downstream produce will gradually catch up and there will be little difference in temperature throughout the stack, especially with high airflow rates. Decisions can be made about when to remove produce from the FAC to prevent running equipment longer than needed, save on electricity, prevent needless adding of heat from motors into the cold storage and prevent the produce from drying out.

8. Cost-benefit considerations

Removing field heat rapidly and uniformly after harvest is critical for many crops to help maintain shelf life - but at what cost? Every situation is different, but as an example, suppose the system described in the "Refrigeration" section was analyzed with these assumptions:

  1. A grower already needs more refrigeration because his/her produce is not cooling rapidly enough. No extra cold storage building is necessary.
  2. A serpentine horizontal/vertical airflow system is added to the existing cold storage at $150,000 fixed cost that includes:
    • 27 tons of additional refrigeration
    • a custom-made strong plywood plenum with bumper padding around the FAC slot openings
    • high-capacity forced-air cooling fans
    • associated wiring, sensors, timers and controls
  3. 36 bins (8,100 kg) of peaches are cooled per batch, with 2.5 batches, on average, every day, over an 8-week (56-day) season. FAC is used 50 of 56 days. Therefore, 8,100 kg/batch x 2.5 batch/day x 50 days ? 1,000,000 kg
  4. Extra annual operating costs for hydro, maintenance, insurance, etc. over previous expenses = $5,000/year
  5. Fixed cost of $150,000 FAC system amortized over 15 years, at 5.5%, recognizing that the system could last 25-30 years = $15,000/year
    • Total annual costs: $15,000 + $5,000 = $20,000
    • Total cost/kg/year over the 15-year life of the FAC system = $20,000/1,000,000 kg = .02/kg/year (0.9¢/lb/year)

There are at least three ways to look at the question of whether the benefits of forced-air cooling will offset costs:

  1. Will improved quality lead to increased demand for your produce and a higher selling price? A 3-L basket of peaches weighs 2 kg, so you'd have to receive at least 5¢ more per basket of fruit to pay for the FAC (2.5¢/kg x 2 kg/basket). If this was the case, your produce would need to be distinguishable from your competitors' produce. Increased demand for your produce can also lead to less produce being simply left in the field because of a lack of market.
  2. If you don't use a FAC system, will the resulting poor quality lead to decreased demand for your produce and ultimately fewer sales? Consumers continue to demand high-quality produce, and if they cannot find that quality from you, they'll go elsewhere. The quality bar continues to rise, and ways to maintain that quality can quickly become the new norm.
  3. How does your current quality stack up against your competition, both inside and outside Ontario? If the market demands produce with a shelf life of X days, does your produce measure up? The average wholesale price for Ontario peaches from 2008-2012 was $1.35/kg. So, if you stored produce for X days in your cold storage, you'd need at least 1.85% less spoilage to pay for FAC (2.5¢/kg ÷ $1.35/kg x 100%). That is one out of every 54 peaches. If a 3-L basket holds 12 peaches, this is about one peach out of every four baskets. If you, or your buyers, currently discard this much produce because of poor shelf life, FAC may be part of the solution.

9. Conclusions

Cold storage removes heat from produce through a combination of conduction and convection. Conduction is the transfer of heat between objects in physical contact with each other, while convection is the transfer of heat between an object and a fluid such as cold air. Convection is more efficient and quicker. However, convection cannot occur in a cold storage unless we "force" cold air to move around the produce. Forced-air cooling is the most flexible and efficient method for removing field heat quickly, but it can only be accomplished by careful design and operation.

Referencias

Kader, A.A. 2002. Postharvest Technology of Horticultural Crops, Publication 3311, Third Edition, University of California, 4:39-42.

Thompson, J.F., F.G. Mitchell, T.R. Rumsey, R.F. Kasmire, C.H. Crisosto. 2008. Commercial Cooling of Fruits, Vegetables and Flowers, Publication 21567, Revised Edition, University of California, 1:2-3, 2:14, 5:33, 7:38.

Vigneault, C., B. Goyette. 2002. Design of plastic container openings to optimize forced-air precooling of fruits and vegetables. Applied Engineering in Agriculture, 18(1):73-6.


Abstract

Fondo

Precooling is a critical step in the postharvest cold chain. Studies of the precooling of fruit and vegetables are based on the strong interactions between modelling, engineering, physiology and commercial outcomes. In recent years, new progress in precooling has been achieved. These achievements include different cooling strategies, research into precooling mechanisms, and numerical simulations. This review aims to provide the most recent information about precooling and promote its application in the fruit and vegetable industry.

Scope and approach

Different precooling strategies are evaluated with respect to the cooling rate, cooling uniformity, and multiscale simulation. An overview of mathematical modeling approaches used to quantitatively describe precooling processes for computer-aided designs is provided. The effect of precooling on fruit quality at the physiological and molecular levels is outlined.

Key findings and conclusions

Numerical simulations have become widely used to improve the precooling performance. Cooling homogeneity, in particular, has attracted increasing attention in recent studies because of the substantial effects of cooling homogeneity on the precooling efficiency and produce quality. The spatial scale of numerical simulations of the precooling process has started to become more precise and specific. Recent numerical simulations have focused on the bin and package scale. Models of transport processes at multiple spatial scales are investigated using multiscale modeling. Moreover, the effect of precooling on produce quality has recently received increasing attention. In addition, the investigation of the effect of precooling on fruit at the metabolomic and genomic levels has become an emerging trend and has provided deeper insights into the molecular mechanisms underlying the effect of precooling treatments on fruit.

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