Surgelazione/Raffreddamento di Alimenti

Stima indicativa del carico frigorifero e dei consumi teorici di N₂ e CO₂ liquidi.

Guida alla compilazione

Selezionare alimento e modalità: produzione continua in kg/h (predefinita) oppure lotto in kg. Inserire le temperature medie del prodotto, non quella del forno: forno a 180 °C non significa croissant a 180 °C. Per il raffreddamento ad ambiente inserire la temperatura ambiente desiderata come Tf.

Dati del prodotto

AlimentoModalità di calcoloProduzione [kg/h]Temperatura iniziale [°C]Temperatura finale [°C]

Dati indicativi, non misure del prodotto del cliente. Profili standard: −40…+40 °C; prodotti da forno stimati: −40…+100 °C.

Proprietà dell'alimento

Acqua [% massa]Proteine [% massa]Inizio congelamento [°C]

cₚ stimato sopra il congelamento— kJ/(kg·K)

cₚ sensibile stimato sotto il congelamento— kJ/(kg·K)

Profili standard: Chen/Miles. Prodotti da forno: composizione e inizio congelamento ipotizzati; calore sensibile sopra Tc da Choi–Okos, sotto Tc e ghiaccio da Chen/Miles. Il cₚ sopra Tc è la media nell’intervallo selezionato. Grassi in cristallizzazione, evaporazione e variazioni della ricetta non sono inclusi.

01Raffreddamento e congelamento del prodottoEnergia sensibile e formazione progressiva di ghiaccio

Potenza frigorifera sul solo prodotto— kW

— kJ/kg ·

Raffreddamento sopra l'inizio congelamento— kW

Formazione del ghiaccio — calore latente— kW

Raffreddamento sotto l'inizio congelamento— kW

Ghiaccio formato nel passaggio Ti → Tf— kg/h

Acqua del prodotto congelata a Tf— %

Anche a −18 °C una parte dell'acqua può restare non congelata: sali e zuccheri concentrati abbassano il punto di congelamento, mentre una parte dell'acqua è legata ai solidi. Abbassando la temperatura aumenta il ghiaccio; prolungare il tempo alla stessa temperatura non implica congelare tutta l'acqua. Per un prodotto già congelato si conta soltanto il ghiaccio aggiuntivo. La percentuale è una stima del modello, non una misura del lotto.

02Consumi indicativi N₂ / CO₂Confronto teorico del liquido alimentato

Pressione N₂ liquido [bar(a)]

Temperatura di saturazione dell'azoto— °C

Pressione CO₂ liquida [bar(a)]

Capacità frigorifera netta CO₂ liquida— kJ/kg

Condizioni del tunnel e consumi documentati — facoltativi

Temperatura gas in uscita [°C]Consumo aggiuntivo documentato [kg azoto/kg alimento]Fonte e condizioni dei dati di processo

Gas in uscita: campo vuoto assume Tf; un valore diverso richiede una fonte. N₂: fra saturazione e Ti; CO₂: fra −40 °C e Ti; massimo +100 °C per forno, +40 °C per gli altri profili. Uscita atmosferica a 1,01325 bar(a). Aggiuntivo N₂ vuoto: zero; solo perdite/avviamenti documentati non già conteggiati.

N₂ liquido — fabbisogno ideale— kg/h≈ — L/h

N₂ per kg di alimento— kg/kg

CO₂ liquida — fabbisogno ideale— kg/h≈ — L/h

CO₂ per kg di alimento— kg/kg

CO₂: riferimento modificabile 20 bar(a), liquido saturo. Consumo riferito al liquido alimentato, non ai kg di neve carbonica. Sono inclusi nel bilancio ideale la laminazione e il gas di flash; nessuna resa neve empirica.

Evaporazione — calore latente— kJ/kg

Riscaldamento del gas — calore sensibile— kJ/kg

Capacità frigorifera teorica totale— kJ/kg

Ipotesi della stima teorica

N₂ e CO₂ liquidi saturi alla pressione di alimentazione, gas in uscita a pressione atmosferica e a Tf salvo dato documentato; scambio ideale interamente sfruttato. Sono consumi teorici indicativi, non consumi garantiti della macchina. Esclusi imballaggi, attrezzature, dispersioni e avviamento. L’aggiuntivo documentato riguarda solo N₂.

Metodo, fonti e limiti

Modello preliminare Chen/Miles: xs = 1 − xw; xb = 0,4 · xp; xi(T) = (xw − xb) · (1 − Tc/T) sotto Tc, altrimenti 0. cᵤ = 4,19 − 2,30 · xs − 0,628 · xs³; cᵦ = 1,55 + 1,26 · xs. Q = m · [cᵤ · ΔTᵤ + cᵦ · ΔTᵦ + Lf · (xi(Tf) − xi(Ti))], con Lf = 333,6 kJ/kg di acqua. ΔTᵤ e ΔTᵦ sono gli intervalli sopra e sotto Tc.

m: massa del prodotto [kg]; Ti/Tf: temperature iniziale/finale [°C]; Tc: inizio congelamento [°C]; T: temperatura in °C nel rapporto Tc/T, mai in kelvin; xw/xp/xs/xb/xi: frazioni massiche di acqua, proteine, solidi, acqua legata e ghiaccio [kg/kg prodotto]; cᵤ/cᵦ: calori specifici sensibili [kJ/(kg·K)]; Q: energia [kJ]; Lf: calore latente di fusione dell'acqua [kJ/kg acqua].

Prodotti da forno: scenari di ricetta esplicitamente ipotizzati, non dati misurati. Sopra Tc si integra Σ xᵢ cₚ,ᵢ(T) con i polinomi di Choi–Okos (ASHRAE 2018, tabelle 1–2); sotto Tc si conserva l’approssimazione Chen/Miles. Nessun doppio conteggio del calore di congelamento. Limite applicativo +100 °C scelto per la stima sensibile del prodotto; non modella il raffreddamento evaporativo appena sfornato.

Per entrambi i fluidi: M = Q / (hu − hl); V = 1000 M / ρl. hu: entalpia gas in uscita a Tu e 1,01325 bar(a); hl e ρl: entalpia e densità liquido saturo in alimentazione (CoolProp). Per N₂, hu − hl = Lv + (hu − hv). Per CO₂ si usa direttamente la differenza netta: il latente di sublimazione da solo non rappresenta il liquido acquistato. In continuo: kg fluido/h = kg fluido/kg alimento × kg alimento/h; potenza = q specifico × kg alimento/h / 3600. Nel lotto: kg fluido = consumo specifico × kg alimento.

ASHRAE Refrigeration 2018 — Thermal Properties of Foods, SI, §5/7/8, Eq. 3/4/8/15/18, Table 3

Riferimento di processo: AGA Frigoscandia, CRYOFREEZE General, Manual 0110-0-001-B, gennaio 1986, pp. 1–4 (documento fornito dal proprietario). Usato per distinguere pressione di alimentazione, uscita gas e consumi aggiuntivi; i coefficienti storici delle macchine non sono applicati.

Stima preliminare, senza validazione sul processo. I profili da forno hanno composizione e Tc ipotizzati, con incertezza maggiore soprattutto nel congelamento; non rappresentano farciture. Dominio −40…+40 °C standard / −40…+100 °C forno. Non calcola tempi, temperatura al cuore, qualità, sicurezza alimentare o conformità della surgelazione. I consumi reali richiedono dati o prove dell’impianto.