Método para el calentamiento uniforme de productos, en el que los productos se calientan en un tubo calentador por un campo alterno electromagnético,

particularmente un campo de AF, por el que se calientan primeras zonas de los productos más intensamente que segundas zonas y en el que las primeras zonas se refrigeran al menos antes o durante el calentamiento en el campo alterno por medios y/o mediadas adicionales para la transmisión de calor y/o las segundas zonas se calientan por medios y/o medidas adicionales para la transmisión de calor, evacuándose sobrecalentamientos en el tubo calentador por la transmisión del calor en un portador térmico

Método para el calentamiento uniforme de productos.

Campo técnico de aplicación

La invención se refiere a un método para el calentamiento uniforme de productos, particularmente para la homogeneización del perfil de temperatura en productos alimenticios, farmacéuticos y/o cosméticos durante el calentamiento en un campo alterno electromagnético de alta frecuencia.

Los métodos de calentamiento se necesitan, entre otras cosas, para desinfectar y, de este modo, conservar alimentos o productos farmacéuticos. Son ejemplos la pasteurización o esterilización de alimentos como, por ejemplo, conservas en vasos o latas.

Estado de la técnica

Se conocen métodos para el calentamiento de productos mediante intercambiador de calor o autoclave de vapor. De este modo, se calienta, por ejemplo, leche durante la pasteurización en intercambiadores de calor de placas, se mantiene durante un tiempo definido a temperatura de pasteurización y, a continuación, se refrigera de nuevo. Este método está establecido y se ha demostrado eficaz desde hace tiempo para alimentos líquidos.

Las latas o vasos de conserva con verduras, frutas, platos preparados, cocidos o con contenidos similares se calientan casi exclusivamente en autoclaves y se conservan de este modo. Se introduce vapor caliente con temperaturas superiores a 120ºC a la autoclave. El vapor transmite la energía por condensación al lado externo de las latas. Desde ese lugar, se produce un calentamiento casi exclusivamente a través de conducción de calor, de manera que los productos han alcanzado solamente después de 30 a 60 minutos la temperatura final deseada en el centro de la conserva.

Algo comparable es válido en el calentamiento de artículos en trozos en sustancias matrices líquidas como, por ejemplo, de trozos de carne en salsas o de frutas en preparaciones de fruta o confituras. Estas suspensiones se tienen que calentar durante mucho tiempo, debido a que en el interior de los trozos de sólidos también se tiene que alcanzar la temperatura deseada y el calor se transmite por conducción de calor. Esto conduce a que el producto se tiene que calentar durante mucho tiempo y, de este modo, se producen empeoramientos masivos del sabor, del contenido de vitaminas, así como de la consistencia y el color de los productos. Debido a esto, los alimentos conservados en latas tienen solamente una inferior calidad de consumición y presentan modificaciones pronunciadas en comparación con el producto fresco inicial, por ejemplo, las frutas. A partir del documento US 4091119A se conoce un método similar.

Los productos que se tienen que calentar con el objetivo de la pasteurización, esterilización o por otros motivos son, entre otros:

• Sólidos y artículos en trozos en una fase líquida circundante (por ejemplo, pescado o carne en salsas, frutas en agua o zumos, mermelada con trozos de fruta, preparaciones de fruta para productos lácteos, líquidos con trozos de proteína, etc.),

• Alimentos, productos farmacéuticos y productos cosméticos envasados como líquido, sólido o suspensión en envases como blisteres, láminas, tubos, cubiertas de salchicha, intestinos, envases poliméricos y otros,

• Líquidos y pastas, salsas, cremas, espumas viscosos o pastosos y/o de contenido de sólidos y otros sistemas de varias fases que, debido a la composición heterogénea y/o contenidos de sólidos y/o gas, no se pueden calentar, o solamente de forma muy heterogénea, en intercambiadores de calor de placas o intercambiadores de calor de tubos convencionales,

• Sustancias que conducen a incrustaciones, depósitos, daños térmicos y similares en las superficies del intercambiador de calor sobrecalentados, así como

• Sustancias que son muy sensibles a la temperatura como, por ejemplo, productos farmacéuticos, disoluciones de infusión, alimentos médicos líquidos u otras sustancias, que se tienen que calentar de forma particularmente uniforme y con cuidado.

En la presente solicitud de patente, las sustancias y mezclas de sustancias que se han mencionado se denominan productos.

Un planteamiento para acortar el tiempo de calentamiento y, de este modo, la mejora de la calidad de los productos se representa por el calentamiento rápido, penetrante con campos alternos electromagnéticos. Además del calentamiento por microondas, cuya reducida profundidad de penetración de 5 a 20 mm no es suficiente para un calentamiento uniforme de los productos que se han mencionado, se ofrece con esta finalidad sobre todo el uso de un campo alterno de alta frecuencia (calentamiento de AF). Los calentadores de AF habituales consisten en dos electrodos que se disponen de forma paralela, a los que se aplica un campo alterno eléctrico con una frecuencia de, a modo de ejemplo, 27,14 MHz y una tensión de 2 a 10 kV. Estos campos son capaces de penetrar profundamente en los sólidos y suspensiones líquidos eléctricamente conductivos y calentar los mismos. En el caso ideal de un desarrollo totalmente uniforme del campo electromagnético, se pueden calentar sustancias uniformemente.

El objetivo del calentamiento de AF es un calentamiento rápido y uniforme y, de este modo, con cuidado, de sustancias sensibles a la temperatura, que no son accesibles, o solamente difícilmente, para un calentamiento convencional en intercambiadores de calor.

Un calentamiento de AF se selecciona en muchos casos para calentar productos uniformemente a través de todo el corte transversal, por ejemplo, con el objetivo de la pasteurización, esterilización o la preparación. Sin embargo, se muestra que en calentadores de AF, que configuran en aire un campo electromagnético homogéneo durante el funcionamiento con los productos que se han mencionado, se producen parcialmente extremas heterogeneidades del campo y la temperatura. Los productos se calientan de forma muy heterogénea, lo que anula la ventaja del calentamiento penetrante y puede conducir a daños considerables del producto.

De este modo, se muestran, por ejemplo, en el caso de sólidos envasados, particularmente en los bordes de los envases, en el lado externo y en sitios particularmente delgados de los productos temperaturas excesivas pronunciadas. Se pueden producir en estos sitios sobrecalentamientos y daños de los productos. En este caso, las zonas internas de los sólidos se calientan muchas veces solamente de forma insuficiente, a pesar de las temperaturas altas que dañan los productos de las zonas externas.

Los mismos efectos se pueden observar también con la utilización de tubos calentadores de AF, en los que se colocan electrodos en el exterior de un tubo no conductivo (por ejemplo, de vidrio de sílice). A través del tubo se pueden transportar para el calentamiento líquidos o suspensiones altamente viscosas, pastosas. En este caso, se muestran daños pronunciados sobre todo en las paredes del tubo. En este lugar, se producen sobrecalentamientos intensos. En el centro del tubo se consiguen solamente temperaturas insuficientes, a pesar de las altas temperaturas en la pared del tubo. De este modo, se producen problemas similares con heterogeneidades de la temperatura en el corte transversal del tubo y con la formación de depósitos en la pared del tubo como en el caso de intercambiadores de calor de tubos convencionales que se calientan desde el exterior.

Otra desventaja de un calentamiento no uniforme se da por la modificación de la conductividad eléctrica en los sitios mas calientes. Los sitios calientes presentan en muchos casos una conductividad eléctrica aumentada, por lo que se calientan en muchos casos todavía más rápidamente en el campo de AF. Este procedimiento puede conducir a la producción de denominados "puntos calientes", debido a que se calientan los sitios calientes de forma desproporcionada. De este modo, las heterogeneidades de la temperatura se potencian cada vez más.

A pesar de los ensayos para la homogeneización del campo eléctrico y la densidad de energía entre los electrodos por el ajuste de la geometría de los electrodos, no se consigue evitar sobrecalentamientos y heterogeneidades de la temperatura con los métodos conocidos de acuerdo con el estado de la técnica. Las temperaturas casi siempre están considerablemente elevadas en los lados externos de los productos, mientras que en sitios en el interior de los productos a menudo existen temperaturas considerablemente inferiores. Esto es válido particularmente para sólidos que se calientan, por ejemplo, de forma envasada en el campo de AF, y para líquidos y suspensiones de alta viscosidad en tubos calentadores de AF.

Por lo tanto, las desventajas...

1. Método para el calentamiento uniforme de productos, en el que los productos se calientan en un tubo calentador por un campo alterno electromagnético, particularmente un campo de AF, por el que se calientan primeras zonas de los productos más intensamente que segundas zonas y en el que las primeras zonas se refrigeran al menos antes o durante el calentamiento en el campo alterno por medios y/o mediadas adicionales para la transmisión de calor y/o las segundas zonas se calientan por medios y/o medidas adicionales para la transmisión de calor, evacuándose sobrecalentamientos en el tubo calentador por la transmisión del calor en un portador térmico.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el tubo calentador está configurado como tubo de cubierta doble con un volumen interno y un volumen externo y se introducen los productos en el volumen interno y a través del volumen externo fluye el portador térmico o los productos se introducen en el volumen externo y a través del volumen interno fluye el portador térmico.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que como portador térmico se utiliza un medio que no se calienta por el campo alterno o al menos de forma menos intensa que los productos.

4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el portador térmico se templa.

5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que durante el calentamiento de productos con una proporción de líquido hasta una temperatura diana, particularmente de productos acuosos, se ajusta una presión, con la que la temperatura de ebullición de la proporción de líquido corresponde aproximadamente con la temperatura diana.