Componentes del sistema de vacío
Un sistema de enfriamiento por vacío bien diseñado consta de tres componentes principales: (1) la cámara de vacío, (2) el sistema de bombas de vacío y (3) el captador de agua (condensador). Cada uno establece un límite sobre los demás: la cámara define cuánto vapor debe manejarse, el captador de agua elimina la mayor parte y el sistema de bombas se encarga de lo que queda más los gases no condensables que se filtran.
Selección de la bomba de vacío
La bomba debe dimensionarse para evacuar el volumen de la cámara y soportar la carga continua de vapor de agua durante el enfriamiento. Para el enfriamiento de productos frescos (≤660 Pa), las bombas de paletas rotativas de una etapa son suficientes. Para el enfriamiento de alimentos (temperatura inicial de 80-90°C), se recomienda un sistema de dos etapas con una bomba de anillo de agua como respaldo de una bomba de paletas rotativas.
La diferencia proviene de la carga de vapor. Los alimentos calientes liberan grandes volúmenes de vapor de agua al inicio del ciclo, y ese vapor está caliente; una bomba de anillo de agua tolera la humedad como primera etapa, mientras que la bomba de paletas rotativas desarrolla la presión final. En el enfriamiento de productos frescos, la carga de vapor es menor y más fría, por lo que una etapa es suficiente.
No debe añadirse una bomba Roots a ninguna de las dos aplicaciones. A la presión objetivo de ≤600 Pa utilizada para el preenfriamiento de productos frescos y el enfriamiento rápido de alimentos, una etapa Roots no aporta ninguna ganancia en la velocidad de bombeo efectiva, porque ese rango lo maneja la bomba de respaldo. Una bomba Roots combinada con una bomba de paletas rotativas pertenece a aplicaciones de alto vacío, como la liofilización, donde la presión de funcionamiento es ≤30 Pa. Añadir una etapa de refuerzo a un sistema de enfriamiento aumenta el costo y el mantenimiento sin mejorar el ciclo.
Diseño del captador de agua
El captador de agua debe tener una superficie suficiente para condensar el vapor de agua evaporado. El área requerida depende de la tasa máxima de eliminación de humedad. Una regla general es 1 m² de superficie de captador por cada 100 kg de vapor de agua por hora. Se aplican dos condiciones adicionales: la superficie del captador debe mantenerse por debajo del punto de rocío del vapor que recibe, y la escarcha que se acumula en ella reduce tanto el área libre como la transferencia de calor, por lo que la descongelación y el drenaje son cuestiones de diseño más que de mantenimiento.
Cámara y puntos prácticos de fallo
El volumen de la cámara debe considerarse junto con la densidad de carga, porque el volumen libre que debe evacuarse es la cámara menos el producto. La estanqueidad merece la misma atención que el dimensionamiento de la bomba: una junta que ya no sella deja entrar aire de forma continua, y la bomba entonces consume su capacidad en aire en lugar de en vapor de agua. Cuando un ciclo se vuelve más lento, el orden práctico de comprobación es la junta de la puerta, después las juntas de las válvulas y, por último, las soldaduras de la cámara. Las boquillas de pulverización y las líneas de drenaje también deben formar parte de la lista de inspección rutinaria, ya que una obstrucción altera tanto el suministro de humedad como la trayectoria del vapor.