Historia de la refrigeración

La importancia de la refrigeración en la conservación de alimentos

La necesidad de la refrigeración en la conservación de los alimentos tiene que ver con dos conceptos básicos:

• La actividad bacteriana se desarrolla entre los 5 ºC y los 65 ºC aproximadamente, dependiendo principalmente del tipo de bacteria y humedad ambiente. La bacteria de la listeria desafortunadamente sigue activa hasta a valores próximos a los 0 ºC
• El otro elemento de desarrollo de microorganismos depende de la fracción de agua libre presente en el medio.

De aquí resulta evidente que cualquier medio utilizado para reducir las temperaturas a niveles, digamos inferiores a 4 ºC, ralentiza la proliferación de estos elementos nocivos

¿Qué es la reducción de la fracción de agua libre?

El secado y la salazón, por ejemplo, han representado históricamente la solución para conservar alimentos reduciendo la cantidad de agua contenida en los alimentos. Estos procesos provocan la reducción de la fracción libre de agua.

En las regiones del extremo norte las poblaciones indígenas descubrieron que la rápida congelación de carnes y pescados, expuestas a temperaturas ambientes del orden de los -20 ºC, mejoraban considerablemente la calidad de los productos a consumir debido a que la congelación transforma una alta porción del agua contenida en los alimentos en hielo asegurando así un reducido contenido de agua en estado líquido o libre.

¿Conoces el punto vítreo?

Un paso más hacia la excelencia en la conservación es la consecución de una temperatura que nos aproxime al denominado punto vítreo. En este punto, a muy bajas temperatura y dependiendo de los alimentos, entre -40 ºC (Helados) y -80 ºC (Pescado y Carne) la presencia de agua libre es prácticamente nula y se obtiene así un potente efecto bactericida y virucida. A estas temperaturas también se interrumpe la práctica totalidad de la actividad enzimática.

Esta es la razón de realizar sistemas de congelación y conservación del atún rojo, y otras especies preciadas, que permitan alcanzar temperaturas de -60 ºC. Con esto se garantiza mantener todas las calidades organolépticas y de color al mismo nivel que los ejemplares recién pescados.

Historia de la refrigeración

Hoy en día refrigeración es sinónimo de congeladores y refrigeradores presentes en nuestros domicilios. Pero la utilización del frío remonta a la época de los egipcios, griegos y romanos que comenzaron a utilizar cuevas naturales para almacenar y conservar nieve y hielo en los periodos templados o cálidos del año con el fin de conservar alimentos. De esta manera, permite a reyes y nobles poder disfrutar de alimentos y bebidas frías en sus castillos y mansiones.

Existen muchas fuentes que describen como se construían estos pozos de nieve, en lugares sombríos y frescos, utilizando paja y serrín para su conservación. La nieve almacenada se prensaba para compactarla y permitirle una más larga conservación.

En aquellas épocas esta actividad generaba trabajo y algo de riqueza entre la cadena de personas que desarrollaban esta actividad. Desde los “boleros” que recogían la nieve, los “guardas” que vigilaban los pozos y los “arrieros” que transportaban durante las horas más frías, la cotizada nieve, para reducir al máximo su descongelación.

A lo largo de la historia de la refrigeración, también se desarrollaron técnicas para permitir la congelación superficial de agua contenida en vasijas especiales de barro. Las láminas de hielos que se formaban en la superficie se añadían al hielo ya almacenado en los vecinos pozos.

¿Cómo comenzó a obtenerse la refrigeración del medio?

La refrigeración de un medio se puede obtener por varios métodos:

Químicos y Físicos

En el primer caso hablamos de reacciones endotérmicas donde la combinación de dos o más compuestos químicos para reaccionar absorben energía externa bajando la temperatura. Por ejemplo, mezclas de agua con nitrato sódico y potásico u otra mezcla que resultó muy interesante de hielo y sal.

A título de ejemplo citar a la estadounidense Nancy Johnson que inventó en el 1843 la primera heladera a manivela. Se trataba de una cesta de madera cilíndrica que contenía una olla de metal en su interior. En el espacio formado entre cesta de madera y la olla se ponía una mezcla de hielo y cloruro sódico que tenía, oportunamente agitada, la función de enfriar las paredes de la olla a temperaturas de -16 ºC y conseguir así un excelente helado.

Pero las primeras aplicaciones fueron anteriores y datan del siglo XVI. El médico español establecido en Roma, Blas Villafranca, ya se dedicaba a enfriar bebidas utilizando mezclas refrigerantes.

El desarrollo científico de esta técnica se debe en el siglo XVII a Robert Boyle y al astrónomo Philippe Laire. Además, citar que en 1715, Daniel Fahrenheit, fijó el termómetro utilizando una mezcla de nieve y nitrato de amonio. Más tarde, en 1760 un científico de nombre Von Braun consiguió congelar mercurio a -40 ºC.

Procesos físicos

En estos procesos se aprovecha el calor latente de vaporización para, utilizando un término coloquial, “generar frío”.

Se cita el Médico y Químico William Cullen que en 1748 consiguió producir hielo mediante la vaporización a la atmosfera de éter etílico. Debido a los altos índices de explosividad de este compuesto hubo numerosos accidentes debido a los vapores liberados.

Michael Faraday experimentó con la licuación y evaporación de otros gases entre los cuales destaca el anhídrido carbónico (R744), de amplio uso común.

Posteriormente se utilizaron otros refrigerantes tales como:

• Propano, conocido en la actualidad como R290.
• Butano (R600a), que ahora es de uso generalizado en frigoríficos domésticos.
• Amoníaco R717.

Como comentario, estos procesos implicaban la pérdida del vapor generado a la atmosfera durante el enfriamiento.

¿Cómo surgieron los primeros sistemas de refrigeración?

Otra vez un médico, John Gorrie, con el objetivo de refrescar habitaciones de enfermos afectados por fiebre amarilla. En 1842 ideó y construyo el primer sistema de ciclo cerrado. Este sistema, estaba basado en la re-compresión mecánica de los gases refrigerantes evaporados y en 1851 obtiene la patente de una máquina para hacer hielo.

En todos los sistemas de refrigeración de ciclo cerrado que utilizan refrigerantes, se trata de realizar una caída de presión que permita la expansión del refrigerante líquido. Es oportuno explicar que esta depresión se puede obtener o bien en la fase de aspiración de un ciclo con compresor mecánico o por medio de la absorción de un vapor por medio de una sustancia absorbente. Surgiendo los primeros sistemas de producción de hielo por medio de una máquina de absorción desarrollada por Ferdinand Carré a mediados del siglo XIX. Estos últimos sistemas son conceptualmente más sencillos y no necesitaban de energía eléctrica para funcionar, pudiendo el vapor suministrar la energía necesaria para regenerar el fluido absorbente (agua) y liberar el fluido refrigerante (amoniaco).

Este sistema continuó, con variante y mejoras hasta 1950, cuando, por su menor eficiencia respecto a la compresión mecánica se dejó de usar.

Pero, debido a la posibilidad de usar energía alternativa como el calor residual o la energía solar, se volvieron a reintroducir con diferentes sistemas como agua o bromuro de litio en sistemas a temperatura positiva. De esta manera se afianzaban los primeros sistemas en la historia de la refrigeración.

En lo que concierne los sistemas a compresión mecánica Jacob Perkins patentó en 1834 la primera máquina de hielo. Este es un sistema de refrigeración basado en compresión, expansión, evaporación y condensación, utilizando éter etílico como gas refrigerante. Pero la gran disponibilidad de hielo natural a bajo precio procedente de EEUU hizo que el proyecto no tuviera éxito comercial.

Sobre esta base el ingeniero francés Charles Tellier, apoyándose en los trabajos anteriores, ideó la primera máquina frigorífica industrial funcionando con éter metílico. Inicialmente pensada para producir hielo, pero inmediatamente se destinó el invento a construir sistemas de refrigeración para la conservación de alimentos utilizando amoniaco como gas refrigerante. Este sistema funcionó con éxito en la fábrica de chocolate Menier en Paris.

Quién si supo traer provecho de los estudios anteriores fue Carl Von Linde que en 1875 produjo su primera máquina de compresión utilizando alcohol metílico como gas refrigerante. Un año después produjo su primer sistema de compresión utilizando amoniaco como gas refrigerante. En 1877 sustituyo el compresor vertical de origen con un compresor horizontal de doble efecto. Una veintena de años después el 75 % de los productores de hielo en EEUU utilizaban maquinas con el mismo sistema.

¿Cómo se expandió la refrigeración?

Entre los primeros frigoríficos domésticos citar el General Electric Audiffren realizado utilizando los estudios de un monje francés de nombre Marcel Audiffren y que datan del 1911. Estos refrigeradores empleaban como gas refrigerante el anhídrido sulfuroso utilizando un compresor hermético.

También cabe citar otro aparato que se atribuye a Fred W Wolf (1913) y comercializado con la marca Domelere. El precio era exorbitante casi 1000 dólares de la época, el doble de un Ford T. En 1918 Frigidaire y Kelvinator comenzaron su producción industrial modificando la estructura original y añadiendo esta última compañía un termostato para la regulación de la temperatura. Todavía faltaban unos años para tener una estructura monobloc, aunque ya se vendían más de un millón de unidades a pesar de la peligrosidad por fuga, de los gases refrigerantes hasta entonces utilizados. En efecto los gases refrigerantes usados como el formiato de metilo, el dióxido de sulfuro o el anhídrido sulfuroso resultan tóxicos, corrosivos e inflamables

El gran impulso a la implantación de los frigoríficos domésticos se debe a que en 1931 DuPont incorporó, como gases refrigerantes los CFC’s, más conocidos como “Freones”. Todos los gases refrigerantes hasta entonces utilizados eran en gran medida, tóxicos, venenosos, con un índice muy alto de explosividad. En el caso del CO2, trabajaban a muy alta presión. Esta aportación abrió en su momento la posibilidad de realizar sistemas de refrigeración doméstica prácticamente exentos de riesgos, con dimensiones y costes asumibles para las familias americanas de clase media. De aquí la implantación de la refrigeración doméstica en gran parta del mundo.

Evolución y desarrollo

Como siempre ocurre, en este caso en la historia de la refrigeración, el desarrollo científico permitió su evolución e implantación.

En este caso, los factores apremiantes han sido la aparición de la máquina a vapor y su posterior implantación en sistemas generadores de energía eléctrica y su distribución, sobre todo en zonas urbanas. Pero lo que impulsó más el desarrollo e implantación de los sistemas de refrigeración por compresión mecánica fue la llegada de la electricidad.

El primer frigorífico apareció en España en 1952, no conozco su precio, pero comentar que en 1962 un frigorífico costaba en España 11.000 Pesetas, cuando el sueldo medio rondaba las 3000.

¿Qué esta ocurriendo con los “freones”? 

Los “freones” que tanto beneficio han aportado al desarrollo de la refrigeración, sobre todo comercial y domésticas, se han revelado prejudiciales por el medioambiente y por dos razones básicas:

La presencia de cloro en su formulación produce graves daños a la capa de ozono e inclusive muchos de los HFC de reciente introducción tienen un alto poder de efecto hibernadero por la presencia de moléculas de carbono.

En 1987 se elabora el protocolo de Montreal para la eliminación gradual de clorofluorocarbonos (CFC) e hidroclorofluorocarbonos (HCFC).

Con el protocolo de Kioto 1997 se establece un compromiso jurídicamente vinculante de reducción o limitación de emisiones. Que entró en vigor en febrero de 2005, estableciendo la reducción de emisiones netas de gases de efecto invernadero para los principales países desarrollados y economías en transición, con un calendario de cumplimiento.

Posteriormente, en el protocolo de Paris entró en vigor el objetivo de limitar el calentamiento mundial por debajo de 2 ºC, preferiblemente a 1,5 ºC en comparación con los niveles preindustriales.

A nivel europeo existe la denominada F-Gas, que con los sucesivos desarrollos y propuestas de ley en fase de estudio tiende a proponer en la práctica la eliminación del uso de gases halogenado en los aparatos de nueva construcción a partir del 2025.

La industria de la refrigeración está respondiendo a este reto con el desarrollo basado en gases refrigerantes naturales con índices PCA prácticamente nulo. Al mismo tiempo se está reduciendo el contenido de gas refrigerante en los sistemas de refrigeración.

Intarcon punta su futura producción en gases como el amoniaco y el propano (R290) con características de rendimiento extremadamente elevados y funcionamiento con presiones reducidas sin excluir el anhídrido carbónico para aplicaciones en baja temperatura.