Las necesidades de hielo se pueden calcular, si se conocen las condiciones operativas. Estas condiciones suelen ser variables y no repetitivas. Por lo tanto, habrá que realizar una serie de ensayos, en las condiciones operativas, para establecer las proporciones correctas de pescado y hielo que permitirán enfriar el pescado y mantener las temperaturas de refrigeración durante todo el período de almacenamiento.
Los valores calculados para el uso de hielo representan una información valiosa en las fases de planificación y diseño, y ayudan también a comprender mejor los efectos relativos de los diversos elementos que influyen en la velocidad de fusión del hielo. Además, al haber examinado todas las posibilidades y calculado las necesidades de hielo, se podrá dar un juicio mejor fundado a la hora de seleccionar el equipo y los procedimientos que se han de utilizar.
Para determinar las necesidades de hielo, es preciso calcular la cantidad requerida para enfriar el pescado y también la cantidad necesaria para mantenerlo refrigerado durante todo el período de almacenamiento. Además, hay que tener en cuenta las posibles pérdidas y otros imprevistos, a fin de determinar el volumen total de hielo que habrá que fabricar.
La masa de hielo necesaria para enfriar el pescado desde la temperatura inicial hasta la temperatura final de conservación puede calcularse a partir de una expresión que equipara el calor absorbido por el hielo, en el miembro izquierdo de la ecuación, con el calor perdido por el pescado, en el miembro derecho de la misma.
| (Mh) (Lh) = (Mp) (Cep) (ti-tf) | (4) |
donde Mh = la masa de hielo que se funde (kg)
Lh = el calor latente de fusión del hielo (80 kcal/kg)
Mp = la masa del pescado (kg)
Cep = el calor específico del pescado (kcal/kg°C)
ti = la temperatura inicial del pescado (°C)
tf = la temperatura final del pescado (°C)
Partiendo de la ecuación (4), la necesidad de hielo será, pues:
El calor específico del pescado magro es de aproximadamente 0,8 kcal/kg °C, valor que debe utilizarse cuando se trate de una mezcla de especies o cuando exista la posibilidad de que todo el pescado sea de tipo magro. Sin embargo, el valor del calor específico puede calcularse también de forma más precisa, teniendo en cuenta las variaciones en el contenido de aceite del pescado, y este valor perfeccionado puede utilizarse cuando la composición de la captura sea razonablemente homogénea.
| Cep = 0,5 XI + 0,3 Xs + 1,0 Xa | (6) |
| donde Cep = el calor específico del pescado (kcal/kg) | |
| XI | = la proporción de lípidos (aceite) de la masa |
| Xs | = la proporción de sólidos de la masa |
| Xa | = la proporción de agua de la masa |
Para ilustrar el efecto del contenido de lípidos sobre la cantidad de hielo requerida para la refrigeración, utilizaremos la siguiente comparación entre pescado magro y graso. Ejemplo (1): 100 kg de pescado magro con un 1 % de lípidos, 19 % de sólidos y 80 % de agua a una temperatura inicial de 20°C.
Cep = (0,5 × 0,01) + (0,3 × 0,19) + (1,0 × 0,8) = 0,862 kcal/kg°C
Ejemplo (2): 100 kg de pescado graso con un 21 % de lípidos, 19 % de sólidos y 60 % de agua a una temperatura inicial de 20°C.
Cep = (0,5 × 0,21) + (0,3 × 0,19) + (1,0 × 0,6) = 0,762 kcal/kg°C
El cálculo más exacto para el pescado graso arroja sólo una pequeña reducción de la necesidad de hielo; por lo tanto, dado que en la mayoría de las especies el contenido de aceite es variable, es recomendable tratar todo el pescado como si fuera magro.
Incluso cuando se trata de una única partida de pescado conservada en recipientes idénticos, es probable que haya variaciones en las velocidades de fusión del hielo, lo que dificulta el cálculo exacto del hielo requerido. Si los recipientes están apilados, por ejemplo, puede haber diferencias en cuanto a la fusión entre los que se hallan arriaba, abajo, a los lados y en el centro de la pila.
A pesar de las dificultades obvias y de las probables inexactitudes, el cálculo de la velocidad de fusión del hielo puede ser útil en la fase de planificación, para establecer comparaciones entre diferentes opciones y para obtener estimaciones preliminares de las cantidades, los costos y el equipo.
Dado que sería difícil identificar los recipientes que ocuparán los lugares más favorables en la pila, conviene tratarlos todos de la misma manera, partiendo del supuesto de que todos están plenamente expuestos al aire circundante.
Como primer paso, se puede calcular la transferencia térmica mediante la sencilla expresión siguiente:
| q = A.U.(to - tc) kcal/día | (7) |
siendo q = el calor que entra en el contenedor (kcal/día)
A = el área de superficie del contenedor (m2)
U = el coeficiente general de transferencia térmica (kcal/día m2 °C)
to = la temperatura fuera del contenedor (°C)
tc = la temperatura dentro del contenedor (°C)
Este cálculo global de la transferencia de calor puede tener que efectuarse por partes, por ejemplo si la tapadera y la base del contenedor son de materiales diferentes o tienen distinto espesor. Los valores calculados para las diversas superficies se suman luego para obtener la transferencia térmica total.
El calor que entra derrite el hielo; por lo tanto:
| q = Lh. mh kcal/día | (8) |
donde q = el calor requerido para fundir el hielo (kcal/día)
Lh = el calor latente de fusión del hielo (fijado normalmente en 80 kcal/kg)
mh = la masa de hielo fundido (kg/día)
Con objeto de desarrollar una expresión matemática para la velocidad de fusión del hielo durante el período de almacenamiento, suponemos que la fusión del hielo dentro de los contenedores se deba solamente a la transferencia de calor desde el aire circundante. En esta condición estacionaria, las cantidades (7) y (8) deben ser iguales, de lo que se deriva que:
| Lh. mh = A.U. (to - tc) | (9) |
Por consiguiente, la cantidad de hielo necesaria será:
Si los contenedores de pescado quedan expuestos directamente al sol durante el período de almacenamiento, este cálculo, que se basa únicamente en la conductancia de calor debida a la diferencia entre las temperaturas interna y externa, dará lugar a una subestimación del hielo requerido. La inclusión del elemento de fusión del hielo por el calor irradiado dificulta enormemente el cálculo. Por lo tanto, si no es posible proteger los contenedores de la luz solar directa o de cualquier otra fuente que irradie calor, los valores calculados para las necesidades de hielo deberán aumentarse o utilizarse con precaución.
El cálculo de las velocidades de fusión del hielo rara vez da una indicación exacta de la cantidad de hielo necesaria, ya que con frecuencia no es fácil obtener datos fidedignos sobre los materiales y las condiciones. Por ejemplo, las irregularidades en la construcción de los contenedores pueden afectar seriamente al “coeficiente de transferencia térmica efectiva” de los mismos. Por otra parte, incluso cuando los datos son razonablemente exactos, las variaciones en las condiciones ambientales durante el período de almacenamiento dificultan el cálculo de las velocidades de fusión del hielo, que cambian constantemente.
Las necesidades de hielo se pueden calcular de manera más exacta efectuando pruebas de fusión con objeto de determinar el coeficiente general de transferencia térmica del contenedor. Este tipo de prueba se puede llevar a cabo utilizando hielo solo, y los resultados serán igualmente válidos para las mezclas de hielo y pescado.
Los contenedores se llenan con hielo y se pesan con precisión antes de comenzar la prueba, que debería efectuarse a una temperatura ambiente constante. Esto puede no ser factible durante todo el período que dura la prueba, pero sí es posible mantener unas temperaturas razonablemente constantes durante lapsos más breves, entre las distintas mediciones de la pérdida de peso, y sacar luego un promedio que se utilizará en los cálculos. Se observarán diferencias notables entre los contenedores situados en el interior de la pila y los que se hallan en la periferia, con superficies expuestas al medio ambiente.
Una parte de la fusión inicial se deberá al enfriamiento del contenedor y, según cuál sea el material de fabricación de éste, una parte del agua de fusión puede ser absorbida y no arrojar una pérdida de peso mensurable. Si el peso del contenedor y del hielo se controla con frecuencia durante el período de la prueba, la pauta de fusión del hielo puede ser parecida a la que aparece en la Figura 6, que presenta una pérdida de peso bastante constante después del enfriamiento inicial.
Figura 6. Fusión del hielo durante el almacenamiento
Para asegurarse de que las mediciones de la fusión del hielo se relacionen con la entrada de calor, en los cálculos deberá sólo el intervalo de tiempo comprendido entre “X” e “Y” en la Figura 6, durante el cual la tasa de pérdida de peso es constante.
La relación entre la fusión del hielo y la entrada de calor está dada por la ecuación (9):
| Lh. mh = A.U. (to - tc) | (9) |
Esta expresión puede reordenarse de modo que dé el coeficiente general de transferencia térmica U, como sigue:
siendo U = el coeficiente general de transferencia térmica
(kcal/día m2 °C)
Lh = el calor latente de fusión del hielo (80 kcal/kg)
mh = la fusión de hielo por día (entre “X” e “Y”, Fig.6)
(kg/día)
A = el área de superficie del contenedor (m2)
to = la temperatura fuera del contenedor (°C)
tc = la temperatura dentro del contenedor (°C)
Nota: Si la medición de mh no abarca un día completo, la tasa diaria puede calcularse de la siguiente manera:
| donde mh | = la velocidad de fusión del hielo (kg/día) |
| (Mx - My) | = la pérdida de peso debida a fusión entre “X” e “Y” (kg) |
| (x - y) | = el intervalo de tiempo entre “X” e “Y” (horas) |
En estas pruebas de fusión del hielo hay que adoptar las medidas necesarias para eliminar toda el agua de fusión del contenedor antes de cada pesaje.
Al término de cada período de almacenamiento se puede efectuar una verificación final para comprobar si se está empleando suficiente hielo, observando la cantidad remanente en cada contenedor. Es importante no sólo que quede hielo, sino también que esté distribuido de manera uniforme, de modo que enfríe todo el pescado del recipiente. Un control más complejo consiste en vigilar la temperatura del pescado. A menudo es posible identificar el pescado más vulnerable, por ejemplo el que se halla cerca de las paredes de los contenedores situados en la parte externa de la pila, pudiendo colocarse termómetros en esos lugares. Sin embargo, durante la manipulación y el transporte puede variar la posición relativa de los recipientes en lo que respecta a su vulnerabilidad a la entrada de calor; por lo tanto, la única forma de obtener una indicación definitiva sobre la calidad de la práctica de refrigeración es llevando a cabo controles aleatorios de la temperatura y una serie de pruebas.
Si hay que introducir alguna modificación en el empleo de hielo en esta etapa, la única manera de hacerlo es cambiando la relación pescado/hielo, con lo cual cambiará también el número de contenedores necesario para conservar el pescado disponible.
La cantidad de hielo necesaria para mantener el pescado fresco reviste mayor importancia económica en los países tropicales, donde el clima más cálido acelera la fusión del hielo. El hielo necesario para enfriar el pescado desde la temperatura inicial es una cantidad fija, que no es posible reducir (Fig. 7), pero durante el posterior período de almacenamiento se puede ahorrar mucho hielo recurriendo al aislamiento y a la refrigeración.
Figura 7.
Otra ventaja del uso del aislamiento es que ayuda a estabilizar las condiciones de almacenamiento, facilitando así la predicción y el mantenimiento de las cantidades correctas de hielo.
El aislamiento puede efectuarse de distintas maneras, y la elección del sistema dependerá principalmente de las condiciones locales. Por ejemplo, se puede aislar cada caja por separado, o bien almacenar las cajas en contenedores aislados de mayor tamaño o en almacenes refrigerados.
Una caja de tamaño estándar de uso corriente en los climas templados contiene aproximadamente 30 kg de pescado y 15 kg de hielo. El aislamiento de este tipo de recipientes no sólo resultaría oneroso, sino que además supondría una pérdida importante de espacio de almacenamiento. Por lo tanto, las cajas aisladas suelen ser más grandes y, en la mayoría de los casos, requieren alguna forma de manipulación mecánica.
El efecto del tamaño unitario sobre las necesidades de hielo y de espacio de almacenamiento se ilustra mediante la siguiente comparación entre dos contenedores de diferente tamaño:
| Volumen interno, caja A | 0,275 × 0,66 × 0,38 = 0,069 m3 |
| Volumen interno, caja B | 0,55 × 1,32 × 0,76 = 0,55 m3 |
La caja B tiene un volumen 8 veces mayor que el de la caja A, por lo que contendrá 8 veces más pescado que ésta.
Si ambas cajas se aíslan dejando las paredes con un espesor de 0,035 m, el área superficial de cada una de ellas será:
| Caja A | 1,47 m2 |
| Caja B | 5,06 m2 |
La caja B tiene un área de superficie 3,44 veces mayor que la de la caja A; por consiguiente, la velocidad de fusión del hielo será 3,44 veces más alta.
| Capacidad (pescado) | Fusión comparativa | Indices de fusión (por unidad de peso) | |
|---|---|---|---|
| Caja A | 1 | 1 | 1 |
| Caja B | 8 | 3,44 | 0,43 |
Esta comparación indica que aunque la velocidad de fusión del hielo en la caja B es 3,44 veces mayor que la de la caja A, el índice de fusión por unidad de peso de pescado es mucho menor debido a la disminución área superficial/peso de pescado.
Pueden establecerse asimismo comparaciones de las necesidades de espacio de almacenamiento y los costos de las cajas. En el ejemplo mencionado, se requerirían 8 cajas pequeñas para dar cabida a la misma cantidad de pescado que se puede almacenar en una sola caja grande. Teniendo en cuenta las dimensiones externas de las cajas, el espacio requerido para las cajas más pequeñas sería aproximadamente un 25% mayor. Además, como el área de superficie de las 8 cajas pequeñas equivale a más del doble de la de una caja grande, el costo en materiales también sería más alto. Y en vista de que la profundidad a la que se almacenan el pescado y el hielo se duplica efectivamente en la caja grande, habrá que considerar también si el pescado está en condiciones de resistir el aplastamiento. En el Capítulo 9 figura más información sobre el almacenamiento en contenedores.
En los países tropicales, además de las temperaturas ambientales más altas, otros factores pueden elevar la necesidad de hielo.
El sistema de recogida y comercialización hace necesario a veces separar el pescado del hielo, para pesarlo y clasificarlo; si se aplica el procedimiento correcto, habrá que descartar el hielo viejo y utilizar otro nuevo para volver a enfriar el pescado. En los países tropicales es aconsejable asimismo preenfriar el agua que se emplea en la elaboración, a fin de evitar aumentos indeseables de la temperatura del pescado, que acelerarían su descomposición. Además, al mantener el pescado en frío en esta etapa se obvia la necesidad de reenfriarlo posteriormente. En los sistemas más modernos, el preenfriamiento del agua se puede efectuar mediante un sistema de refrigeración mecánico y un permutador térmico, pero un método más sencillo consiste simplemente en añadir hielo al agua del estanque de suministro.
Las cantidades de hielo que aparecen en el Cuadro 3 son cifras típicas para contenedores no aislados y tienen en cuenta las pérdidas que ocurren durante la distribución del hielo. Por lo tanto, las cantidades aplicadas efectivamente al pescado en cada etapa serán menores. En general, para los camarones y otras especies de mariscos valiosos se utiliza más cantidad de hielo, a fin de protegerlos mejor contra posibles retrasos u otros imprevistos, aun cuando el enfriamiento que necesitan es prácticamente el mismo. Las cifras del Cuadro 3 sobre las necesidades de hielo en las diferentes etapas de la manipulación y elaboración sólo constituyen una orientación para las condiciones reinantes en los climas tropicales, pudiendo requerir modificaciones en cualquiera de los dos sentidos como resultado de la experiencia.
El Cuadro 3 muestra asimismo que un sistema de recogida, comercialización y transporte que exija el pesaje y/o inspección periódicos del pescado aumentará considerablemente los costos del enfriamiento con hielo. Por lo tanto, convendría estudiar la posibilidad de basar las inspecciones en muestras solamente, o, mejor aún, de eliminar algunas de las etapas que hacen necesario repetir el enfriamiento.
| Aplicación | Pescado | Camarón |
|---|---|---|
| A bordo del pesquero | 1,0 : 1 | 2,0 : 1 |
| Recogida de pesqueros artesanales | 1,5 : 1 | 1,5 : 1 |
| Reenfriamento en el centro de acopio | 1,5 : 1 | 1,5 : 1 |
| Reenfriamento para almacenamiento refrigerado | 1,0 : 1 | 1,0 : 1 |
| Elaboración | 2,0 : 1 | 4,0 : 1 |
Basándose en las cifras del Cuadro 3 y en una operación típica, se puede establecer la necesidad total de hielo de la siguiente manera:
| Aplicación | Relación hielo/pescado |
|---|---|
| Pesca y recogida | 1,5 : 1 |
| Reenfriamiento en el centro de acopio | 1,5 : 1 |
| Elaboración y refrigeración del agua | 2,0 : 1 |
La relación total hielo/pescado en esta operación es, pues, de 5,0:1.
