Resumen

El ritmo de vida actual se ve reflejado en que las personas sean hombres o mujeres se dediquen al trabajo la mayor cantidad de su tiempo, ello influye en la preocupación que genera al alimentarnos sanamente, puesto que nuestros hábitos alimenticios van cambiando, haciendo que como consumidores exista una demanda de alimentos con el menor tiempo de preparación y cocción.

Con el avance de la tecnología, podemos observar en los centros comerciales que los envases ya no solo contienen alimentos sino se han desarrollado diseños con el fin de mantener los alimentos frescos por más tiempo.

La búsqueda de envases que permitan ofrecer productos higienicamente frescos han llevado a la diversificación de los métodos de envasado, los materiales y los tipos de tratamiento de conservación. A esto se le une el interés de los consumidores por la seguridad alimentaria, lo que ha hecho que en el momento actual, este tema sea centro de atención de todos los agentes que intervienen en la industria alimentaria.

Un tipo de conservación es el envasado al vacío que consiste en evitar el contacto de los alimentos con el oxígeno del ambiente con tal de impedir reacciones de oxidación y el crecimiento de microorganismos.

El funcionamiento de una bomba de vacío es extraer moléculas de gas de un volumen sellado, creando un vacío parcial. La bomba de vacío fue inventada en 1650 por Ott von Guericke, estimulado por el trabajo de Galileo y también Torricell, usando los Hemisferios de Magdeburgo (estos fueron diseñados en 1656)

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Algunas amas de casa que adquieren alimentos en un establecimiento de ventas no toman en cuenta un factor importante, por ejemplo la manipulación de la carne que ha pasado por diversos procesos, pues puede haber salido de un matadero a una sala de despiece o directamente ha llegado a una carnicería. Puede haber perdido la cadena de frío, haberse almacenado en una cámara sucia, haber estado en contacto con otras carnes “sucias” como pollo, así que puede que nuestra carne no se encuentre en las mejores condiciones microbianas para sufrir un envasado al vacío.

Además esto conlleva a la proliferación de diversas enfermedades y que nuestro alimento cuente con microbios que puedan alterar la salud de los miembros de la familia o también al no poder conservar dichos alimentos desechamos los productos haciendo que esto afecte a nuestra economía.

Antecedentes

En que consiste la conservación al vacío.

La conservación al vacío consiste en evitar el contacto de los alimentos con el oxígeno, con tal de impedir las reacciones de oxidación y el crecimiento de los microorganismos, principales causantes del mal estado de los alimentos.

Los factores que afectan al estado de los alimentos son: ·

• Los microorganismos que consisten en mohos, levaduras y bacterias cambian la estructura química de los alimentos. En algunos casos, dichos cambios pueden ser beneficiosos (yogur, vinagre…), pero en la mayoría de las veces generan sustancias tóxicas ·
• La temperatura es un elemento determinante para el crecimiento microbiano, el frío retarda su crecimiento ·
• El medio nutritivo son las sustancias que componen un alimento que facilitan la proliferación de la flora bacteriana, a más nutrientes más microorganismos pueden crecer ·
• El oxígeno, su presencia es esencial para la multiplicación de gran parte de los microorganismos y de las reacciones de oxidación, causantes de la pérdida de sabor, vitaminas y características de los alimentos ·
• La humedad es un factor que favorece la multiplicación de los microorganismos ya que también necesitan agua para vivir. A bajas temperaturas la mezcla de aire y agua es el causante de las quemaduras producidas por el hielo en alimentos congelados ·
• La luz altera el color, degrada las grasas y destruye las vitaminas A1, B2 y C · El tiempo es el factor que se suma a los otros.
• El factor tiempo determina el grado de contaminación

Sugerencias para envasar al vacío.

• Envasar exclusivamente los productos más frescos posible pescados 1 día, carnes máximo 3) ya que de no ser así si su proceso de contaminación ha empezado, lo único que se conseguirá al conservarlos es el avance de este proceso.
• Envasar los productos con la mayor rapidez posible y con las mínimas manipulaciones.
• Envasar, a una baja temperatura, con el fin de: reducir la posibilidad de contaminación de los alimentos, reducir la densidad de los líquidos de los alimentos y evitar que se escapen, evitar deformar los alimentos al envasarlos, ya que la diferencia de presión puede modificar la forma.
• Realizar la conservación en cámaras frigoríficas con una temperatura constante, sin oscilaciones importantes Conservar los alimentos correctamente etiquetados, con fecha de envasado y nombre del producto.
• No descongelar los alimentos con agua caliente, a no ser que sean líquidos Consumir los alimentos perecederos una vez calentados o descongelados.

Beneficios.

Alimentación de calidad: El sabor y los nutrientes (proteínas, vitaminas, …) de la comida se mantienen de 3 a 5 veces más · La comida mantiene su textura y apariencia sin absorber olores · Los alimentos con contenido alto en aceites no se vuelven rancios.

Seguridad: Los insectos no pueden crecer, característica muy importante para alimentos orgánicos · Los alimentos se protegen de la humedad que luego se convierte en hielo especialmente en alimentos congelados.

Ahorro:  Los alimentos duran más · Posibilita la compra a escala, aprovechamiento de ofertas o compra de tamaños más grandes · Se reducen los deshechos y alimentos estropeados · Se genera menos efectos en el medio ambiente.

Comodidad: · Permite la preparación de alimentos con anterioridad · Las compras se pueden hacer más espaciadas · Sistema limpio y hermético (sin derrames), adecuado para el transporte · Fácil almacenaje de los congelados, en lo relativo a tiempo y a orden.

Cocina de calidad: Permite cocinar manteniendo propiedades · La cocina al vacío a baja temperatura, es un sistema fácil e higiénico que mantiene la textura, el color y los nutrientes (proteínas, vitaminas, grasas, hidratos de carbono, …) para mejorar el sabor y olor de los platos · Acelera el proceso de maceración, dado que el vacío acelera la absorción del líquido.

¿Cómo conservar los alimentos?

Verduras.

Los vegetales deben ser calentados y enfriados antes de su conservación. Para ello se pueden hervir brevemente en agua o calentar en el microondas. De esta manera se para la acción de los encimas que afectan al color, sabor y textura. Para congelarlos se recomienda pre-congelarlos durante una o dos horas, hasta que sean sólidos, de esta manera no se deforman al realizar el vacío. Para descongelarlos hay que poner la bolsa un día antes en la repisa baja de la nevera, de forma que se descongele de forma progresiva Vegetales como el brócoli y la coliflor generan gases, por lo que solo se pueden guardar en el congelador, no en la nevera. Los vegetales de hojas, como las espinacas se deben limpiar y secar antes de poner al vacío. NUNCA guardar setas al vacío.

Frutas.

Las frutos que se quieran congelar deben ser precongelados de forma separada, para evitar que se congelen en bloque y luego no se puedan separar. Las frutas y verduras como manzanas, peras, plátanos, patatas… tienen que ser pelados para envasarlos al vacío y posteriormente guardadas en el congelador o nevera.

Carnes y pescados

Precongelar la carne y el pescado durante unas horas, para mantener la forma del alimento y que no salgan líquidos durante el vacío.

En caso de que no se puedan precongelar colocar un papel en el extremo de la bolsa, para absorber los líquidos que sobresalgan durante el proceso de vacío.

Para congelar los alimentos tienen que estar en perfecto estado, ya que en caso contrario el proceso de degradación se puede acelerar.

Atención: La carne de res se puede oscurecer con el envasado al vacío, hecho que no es signo de un mal estado

Entre otros alimentos.

Bomba de vacío.

Una bomba de vacío extrae moléculas de gas de un volumen sellado, creando un vacío parcial.  La bomba de vacío fue inventada en 1650 por Otto von Guericke, estimulado por el trabajo de Galileo y Torricelli, usando los Hemisferios de Magdeburgo.

Las aplicaciones del vacío tanto en la industria como en los laboratorios de investigación son numerosas y variadas.  Las bombas de vacío trabajan solamente en un rango de presiones limitado; por ello la evacuación de los sistemas de vacío se realiza en varias etapas, usándose para cada una de ellas una clase de bomba diferente.

El funcionamiento de una bomba de vacío está caracterizado por su velocidad de bombeo, y la cantidad de gas evacuado por unidad de tiempo. Toda bomba de vacío tiene una presión mínima de entrada, que es la presión más baja que puede obtenerse, y también, un límite superior a la salida o presión previa.  Si la presión previa aumenta por encima de este valor, el bombeo cesa.

Existen actualmente varios tipos de bombas de vacío, los más utilizados son:

• Rotativas de paletas.
• Bomba de membrana o de diafragma.
• De Canal Lateral.

Muchos procesos de microelectrónica, como la deposición de films finos por CVD, así como, plasma etching, sputtering y evaporización, son realizadas en cámaras de vacío en regímenes de presión reducida y o en ambiente con flujo de gases.

Es importante por tanto, para la mejor comprensión de estos procesos el conocimiento de la terminología de vacío.

Comportamiento de los gases en el vacío

Las moléculas del gas en una cámara se movilizan de forma aleatoria sin ninguna dirección preferencial (tal como lo vemos en la figura a continuación), pues en estado gaseoso, las moléculas son más independientes una de la otra. El estado del gas es descrito por las siguientes características: especie y masa del gas, el volumen de la cámara que contiene el gas, la presión y la temperatura del gas.

La presión ejercida por el gas sobre las paredes de la cámara es causada por las colisiones de las moléculas del gas con las respectivas paredes.

El comportamiento del gas en vacío puede ser descrito utilizando el concepto de “gas ideal”.

Un gas ideal es un gas cuyo estado es tal que el volumen total de todas las moléculas es despreciable comparado con el volumen de la cámara en que están contenidas y la energía de atracción entre las moléculas es despreciable comparada con la energía térmica promedio del gas.

En un gas ideal el volumen, la presión y la temperatura están relacionadas por:

p.V = cte , si T = cte ; ley de Boyle y Mariott

p/T = cte , si V = cte ; ley de Gay-Lussac

V/T = cte, si p = cte ; ley de Gay-Lussac

En un gas ideal las moléculas gaseosas son tratadas como si fueran minúsculas esferas de masa m moviéndose en direcciones aleatorias. La figura anterior ilustra el movimiento molecular del gas en una cámara de volumen V, conteniendo N moléculas.

La densidad n de moléculas en el gas es n  = N/V.

Debido al gran número de colisiones entre las moléculas y de estas con las paredes internas de la cámara, las velocidades están continuamente cambiando de dirección y valor.

Bombas de vacío para refrigeración

En la mayorparte de los equipamiento de refrigeración salvo la refrigeración electrónica o refrigeración por absorción, circula un gas refrigerante en alta presión. Este gas, que muchos conocen como Freon, debe ser lo más puro posible.

La actual forma como se logra insertarlo en un aparato de refrigeración, de forma de mantener la pureza, es evacuando antes el aire y la humedad que existen en las tubulaciones para solo entonces colocar el gas refrigerante. Para ello se utiliza una bomba de vacío.

La bomba de vacío tiene un funcionamiento bastante parecido con una bomba de agua, solo que en vez de agua extrae agua y humedad que se contiene. Cuanto más potente sea una bomba de vacío más rápido está logrará alcanzar un nivel adecuado para la colocación de gas refrigerante en el aparato.

La elección de una bomba de vacío es realizada en términos de su flujo en CFM (pies cúbicos por minuto). Las más comúnmente encontradas son las de las siguientes capacidades:

• 1,5 CFM, bomba de vacío para sistemas domésticos
• 3 a 5 CFM bomba de vacío para sistemas comerciales
• 10 a 15 CFM bomba de vacío para sistemas de gran porte

El envasado al vacío consiste en la eliminación total del aire dentro del envase, sin que sea reemplazado por otro gas. Este método de envasado se emplea actualmente para distintos tipos de productos: carnes frescas, carnes curadas quesos, etc. En menor medida se utiliza en panadería otros productos con una consistencia blanda, ya que la aplicación de vacío puede provocar una deformación en el producto. En los productos envasados a vacío, en los que estos siguen evolucionando, al continuar con sus actividades respiratorias se produce una disminución del porcentaje de oxígeno, con lo que aumenta el vació y se produce un aumento en la concentración de dióxido de carbono y vapor de agua. En las piezas de carne envasadas mediante este sistema se produce un cambio de color (pardeamiento) que puede producir un cierto rechazo en el consumidor. Otro de los inconvenientes que puede presentar este tipo de envasado es la acumulación de exudado en el propio envase. Una modificación del envasado al vació es el skin package, en el que la pieza a envasar se deposita sobre la bandeja inferior, formada a partir de un rolo del film de la propia máquina. El producto a envasar se recubre con un film superior, también a partir de un rollo. A continuación mostramos una maquina selladora y el proceso de sellado

Objetivo

Construir una bomba de vacío para la conservación de alimentos caseros.

Justificación

Es preocupante saber que algunos alimentos pasan por diversos procesos, ya que puede ocasionar que estén contaminados.
Por esa razón nos proponemos a construir una bomba de vacío, que consiste en conservar los alimentos caseros de una forma eficaz y duradera.
Con la presente investigación, pretendemos brindar diversos beneficios para que los alimentos conserven su frescura hasta cinco veces mas tiempo.
Las personas podrán ahorrar dinero, puesto que los alimentos duraran mas tiempo, por lo que desecharemos menos. Además las personas podrán adquirir grandes cantidades de un precio menor y volver a envasar al vacío los alimentos en casa, dividiéndolos en porciones.

Hipótesis

Si logramos construir una bomba de vacío para la conservación de alimentos caseros, entonces podremos conservar los alimentos de una forma eficiente.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales.

• Motor compresor de 12 voltios con su respectiva manguera.
• Transformador entrada 127 voltios salida 12 voltios.
• Acrílico transparente de 37.8 cm de largo por 27.5 cm de ancho, de 9 milímetros de grosor.
• Pegamento para PVC.
• 4 abrazaderas pequeñas.
• Cable de 2×2 calibre 14.
• 2 espigas de 1/8 NPT para aire comprimido.
• Taladro grande con brocas de ¼, 5/16, ½ y 5/8.
• Machuelos de 1/8 , ¼ NPT y ¾ NF.
• Conector para sellar cable.
• Cinta de aislar.
• 24 tornillos cabeza de gota con tuerca de ¼ x ¾ de largo.
• Cinta cojín para sellado de acrílico con caja.
• Caja de acero inoxidable rectangular.
• Manguera de 5 y 9 milímetros.
• Vacuometro con conexiones (codo y niple de ¼ NPT).
• Llave de 7/16 desarmador plano y pinzas.
• Bolsas ziploc.

Procedimiento.

1. Realizar 24 perforaciones con la broca de ¼ en los bordes y en el centro de la caje de acero inoxidable y el acrílico.
2. Fabricación de barreno de 5/8 para meter machuelo y hacer rosca de ¾ para conector de cable.
3. Fabricación de barrenos de 5/16 para meter machuelo y hacer rosca de 1/8 NPT para colocar 2 espigas (una espiga va en el interior de la caja y la otra en la parte superior)
4. Fabricación de barreno de ½ para meter machuelo de ¼ NPT para colocar niple del vacuometro.
5. Retirar 2 centímetros de cubierta plástica de los cables del motor, el cable de 2×2 calibre 14 y el transformador.
6. Unir los cables del motor con el cable de 2×2 calibre 14 y agregar cinta de aislar.
7. Pasar el cable por debajo del conector para sellar cable .
8. Unir el cable de 2×2 con el transformador y agregar cinta de aislar.
9. Conectar la manguera del motor en la espiga que quedo por debajo y apretar con una abrazadera.
10. Adherir la cinta cojín por todos los bordes de la caja de acero inoxidable.
11. Colocar enzima de la caja el acrílico de forma que coincidan las perforaciones e introducir los 24 tornillos y apretar muy bien sus tuercas conla llave de 7/16 y ayudarse con el desarmador plano.
12. En la espiga que quedo por arriba del acrílico conectar una manguera y agregar una abrazadera.
13. Finalmente introducir el alimento que desea conservar en una bolsa ziploc sellarla pero dejar un pequeño orificio por donde entrara la maguera, y esperar a que se comprima la bolsa.

Cada vez que se inserten espigas y el conector para sellar cable se tiene que agregar pegamento para PVC.

Galería Método

Resultados

Se obtuvo una bomba de vacío que es capaz de generar -0.1 atmósferas,  gracias a esto se pudo generar un vacío dentro de la caja de acero inoxidable y realizando una compresión dentro de una bolsa sellable en donde se encuentra el alimento.

Galería Resultados

Discusión

El envasado al vacío a diferencia de otros métodos de conservación este evita el contacto con el oxígeno, que está lleno de microorganismos, que son los principales causantes de la descomposición de los alimentos.

Esta bomba de vacío es similar a las bombas comerciales, ya que esta realiza la misma función que las otras.

Conclusiones

En virtud al resultado obtenido podemos decir que para generar un vacío correcto, es necesario que el motor esté dentro de la caja de acero inoxidable y que esta caja este perfectamente sellada, ya que si no se siguen estos pasos no se generará el vacío y prácticamente no podrá conservar el alimento.

Esta conservación al vacío consiste en evitar el contacto de los alimentos con el oxígeno, con tal de impedir las reacciones de oxidación y el crecimiento de los microorganismos, principales causantes del mal estado de los alimentos.

Bibliografía

ALFA. Conservación doméstica de alimentos al vacío, disponible en http://www.itsimagical.hk/pdfs/47745_1.pdf, consultado el 12/12/2016

José Carlos López Arenales. SISTEMAS DE VACÍO, disponible en http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/ing/pim/14.pdf, consultad el 12/12/2016

La guía de física. Bomba de vacío, disponible en http://fisica.laguia2000.com/conceptos-basicos/bomba-de-vacio, consultado el 15/12/16

USMP. Tecnología de Envasado y Conservación de Alimentos , disponible en http://www.usmp.edu.pe/publicaciones/boletin/fia/info49/articulos/Envasado%20y%20Conservacion%20de%20Alimentos%20(1).pdf, consultado en 02/02/17

Summary

The current rhythm of life is reflected in the fact that people, either men or women, are engaged in work most of their time, this influences the concern that comes from eating healthily, since our eating habits are changing, having us, as consumers, demanding for food with the least preparation and cooking time.

With the advancement of technology, we can observe in shopping centers that the containers no longer contain only food, but it have been developed new packaging designs in order to keep food fresh for longer.

The searching for packagings to offer hygienically fresh products has led to the diversification of packaging methods, materials and types of conservation treatment. This is linked to the interest of consumers concerning food security, which has made this issue the focus of attention for all agents involved in the food industry.
One type of preservation is vacuum packaging which consists in avoiding the contact of food with the oxygen of the environment in order to prevent oxidation reactions and the growth of microorganisms.

The operation of a vacuum pump is to extract gas molecules from a sealed volume, creating a partial vacuum. The vacuum pump was invented in 1650 by Ott von Guericke, stimulated by the work of Galileo and also Torricell, using the Magdeburg Hemispheres (these were designed in 1656).

Research Question

Problem approach

Some housewives who purchase food in a commercial establishment do not take into account a major factor, for example the handling of meat that has gone through various processes, since it leaves the slaughterhouse to a cutting plant or directly arrives to a butcher’s. It may have lost the cold chain, been stored in a dirty chamber, been in contact with other “dirty” meats like chicken, so our meat may not be in the best microbial conditions to undergo vacuum packaging.

In addition, this problem leads to the proliferation of several diseases and provokes that our food acquires microbes which can affect the health of our family members as well as, since we cannot keep such food for a long time, we discard these products affecting our economy.

Background

En que consiste la conservación al vacío.

La conservación al vacío consiste en evitar el contacto de los alimentos con el oxigeno, con tal de impedir las reacciones de oxidación y el crecimiento de los microorganismos, principales causantes del mal estado de los alimentos.

Los factores que afectan al estado de los alimentos son: ·

• Los microorganismos que consisten en mohos, levaduras y bacterias cambian la estructura química de los alimentos. En algunos casos, dichos cambios pueden ser beneficiosos (yogur, vinagre…), pero en la mayoría de las veces generan sustancias tóxicas ·
• La temperatura es un elemento determinante para el crecimiento microbiano, el frío retarda su crecimiento ·
• El medio nutritivo son las sustancias que componen un alimento que facilitan la proliferación de la flora bacteriana, a más nutrientes más microorganismos pueden crecer ·
• El oxígeno, su presencia es esencial para la multiplicación de gran parte de los microorganismos y de las reacciones de oxidación, causantes de la pérdida de sabor, vitaminas y características de los alimentos ·
• La humedad es un factor que favorece la multiplicación de los microorganismos ya que también necesitan agua para vivir. A bajas temperaturas la mezcla de aire y agua es el causante de las quemaduras producidas por el hielo en alimentos congelados ·
• La luz altera el color, degrada las grasas y destruye las vitaminas A1, B2 y C · El tiempo es el factor que se suma a los otros.
• El factor tiempo determina el grado de contaminación

Sugerencias para envasar al vacío.

• Envasar exclusivamente los productos más frescos posible (pescados 1 día, carnes máximo 3) ya que de no ser así si su proceso de contaminación ha empezado, lo único que se conseguirá al conservarlos es el avance de este proceso.
• Envasar los productos con la mayor rapidez posible y con las mínimas manipulaciones.
• Envasar, a una baja temperatura, con el fin de: reducir la posibilidad de contaminación de los alimentos, reducir la densidad de los líquidos de los alimentos y evitar que se escapen, evitar deformar los alimentos al envasarlos, ya que la diferencia de presión puede modificar la forma.
• Realizar la conservación en cámaras frigoríficas con una temperatura constante, sin oscilaciones importantes Conservar los alimentos correctamente etiquetados, con fecha de envasado y nombre del producto.
• No descongelar los alimentos con agua caliente, a no ser que sean líquidos Consumir los alimentos perecederos una vez calentados o descongelados.

Beneficios.

Alimentación de calidad: El sabor y los nutrientes (proteínas, vitaminas, …) de la comida se mantienen de 3 a 5 veces más · La comida mantiene su textura y apariencia sin absorber olores · Los alimentos con contenido alto en aceites no se vuelven rancios.

Seguridad: Los insectos no pueden crecer, característica muy importante para alimentos orgánicos · Los alimentos se protegen de la humedad que luego se convierte en hielo especialmente en alimentos congelados.

Ahorro:  Los alimentos duran más · Posibilita la compra a escala, aprovechamiento de ofertas o compra de tamaños más grandes · Se reducen los deshechos y alimentos estropeados · Se genera menos efectos en el medio ambiente.

Comodidad: · Permite la preparación de alimentos con anterioridad · Las compras se pueden hacer más espaciadas · Sistema limpio y hermético (sin derrames), adecuado para el transporte · Fácil almacenaje de los congelados, en lo relativo a tiempo y a orden.

Cocina de calidad: Permite cocinar manteniendo propiedades · La cocina al vacío a baja temperatura, es un sistema fácil e higiénico que mantiene la textura, el color y los nutrientes (proteínas, vitaminas, grasas, hidratos de carbono, …) para mejorar el sabor y olor de los platos · Acelera el proceso de maceración, dado que el vacío acelera la absorción del líquido.

¿Cómo conservar los alimentos?

Verduras.

Los vegetales deben ser calentados y enfriados antes de su conservación. Para ello se pueden hervir brevemente en agua o calentar en el microondas. De esta manera se para la acción de los encimas que afectan al color, sabor y textura. Para congelarlos se recomienda pre-congelarlos durante una o dos horas, hasta que sean sólidos, de esta manera no se deforman al realizar el vacío. Para descongelarlos hay que poner la bolsa un día antes en la repisa baja de la nevera, de forma que se descongele de forma progresiva Vegetales como el brócoli y la coliflor generan gases, por lo que solo se pueden guardar en el congelador, no en la nevera. Los vegetales de hojas, como las espinacas se deben limpiar y secar antes de poner al vacío. NUNCA guardar setas al vacío.

Frutas.

Las frutos que se quieran congelar deben ser precongelados de forma separada, para evitar que se congelen en bloque y luego no se puedan separar. Las frutas y verduras como manzanas, peras, plátanos, patatas… tienen que ser pelados para envasarlos al vacío y posteriormente guardadas en el congelador o nevera.

Carnes y pescados

Precongelar la carne y el pescado durante unas horas, para mantener la forma del alimento y que no salgan líquidos durante el vacío.

En caso de que no se puedan precongelar colocar un papel en el extremo de la bolsa, para absorber los líquidos que sobresalgan durante el proceso de vacío.

Para congelar los alimentos tienen que estar en perfecto estado, ya que en caso contrario el proceso de degradación se puede acelerar.

Atención: La carne de res se puede oscurecer con el envasado al vacío, hecho que no es signo de un mal estado

Entre otros alimentos.

Bomba de vacío.

Una bomba de vacío extrae moléculas de gas de un volumen sellado, creando un vacío parcial.  La bomba de vacío fue inventada en 1650 por Otto von Guericke, estimulado por el trabajo de Galileo y Torricelli, usando los Hemisferios de Magdeburgo.

Las aplicaciones del vacío tanto en la industria como en los laboratorios de investigación son numerosas y variadas.  Las bombas de vacío trabajan solamente en un rango de presiones limitado; por ello la evacuación de los sistemas de vacío se realiza en varias etapas, usándose para cada una de ellas una clase de bomba diferente.

El funcionamiento de una bomba de vacío está caracterizado por su velocidad de bombeo, y la cantidad de gas evacuado por unidad de tiempo. Toda bomba de vacío tiene una presión mínima de entrada, que es la presión más baja que puede obtenerse, y también, un límite superior a la salida o presión previa.  Si la presión previa aumenta por encima de este valor, el bombeo cesa.

Existen actualmente varios tipos de bombas de vacío, los más utilizados son:

• Rotativas de paletas.
• Bomba de membrana o de diafragma.
• De Canal Lateral.

Muchos procesos de microelectrónica, como la deposición de films finos por CVD, así como, plasma etching, sputtering y evaporización, son realizadas en cámaras de vacío en regímenes de presión reducida y o en ambiente con flujo de gases.

Es importante por tanto, para la mejor comprensión de estos procesos el conocimiento de la terminología de vacío.

Comportamiento de los gases en el vacío

Las moléculas del gas en una cámara se movilizan de forma aleatoria sin ninguna dirección preferencial (tal como lo vemos en la figura a continuación), pues en estado gaseoso, las moléculas son más independientes una de la otra. El estado del gas es descrito por las siguientes características: especie y masa del gas, el volumen de la cámara que contiene el gas, la presión y la temperatura del gas.

La presión ejercida por el gas sobre las paredes de la cámara es causada por las colisiones de las moléculas del gas con las respectivas paredes.

El comportamiento del gas en vacío puede ser descrito utilizando el concepto de “gas ideal”.

Un gas ideal es un gas cuyo estado es tal que el volumen total de todas las moléculas es despreciable comparado con el volumen de la cámara en que están contenidas y la energía de atracción entre las moléculas es despreciable comparada con la energía térmica promedio del gas.

En un gas ideal el volumen, la presión y la temperatura están relacionadas por:

p.V = cte , si T = cte ; ley de Boyle y Mariott

p/T = cte , si V = cte ; ley de Gay-Lussac

V/T = cte, si p = cte ; ley de Gay-Lussac

En un gas ideal las moléculas gaseosas son tratadas como si fueran minúsculas esferas de masa m moviéndose en direcciones aleatorias. La figura anterior ilustra el movimiento molecular del gas en una cámara de volumen V, conteniendo N moléculas.

La densidad n de moléculas en el gas es n  = N/V.

Debido al gran número de colisiones entre las moléculas y de estas con las paredes internas de la cámara, las velocidades están continuamente cambiando de dirección y valor.

Bombas de vacío para refrigeración

En la mayor parte de los equipamiento de refrigeración salvo la refrigeración electrónica o refrigeración por absorción, circula un gas refrigerante en alta presión. Este gas, que muchos conocen como Freon, debe ser lo más puro posible.

La actual forma como se logra insertarlo en un aparato de refrigeración, de forma de mantener la pureza, es evacuando antes el aire y la humedad que existen en las tubulaciones para solo entonces colocar el gas refrigerante. Para ello se utiliza una bomba de vacío.

La bomba de vacío tiene un funcionamiento bastante parecido con una bomba de agua, solo que en vez de agua extrae agua y humedad que se contiene. Cuanto más potente sea una bomba de vacío más rápido esta logrará alcanzar un nivel adecuado para la colocación de gas refrigerante en el aparato.

La elección de una bomba de vacío es realizada en términos de su flujo en CFM (pies cúbicos por minuto). Las más comúnmente encontradas son las de las siguientes capacidades:

• 1,5 CFM, bomba de vacío para sistemas domésticos
• 3 a 5 CFM bomba de vacío para sistemas comerciales
• 10 a 15 CFM bomba de vacío para sistemas de gran porte

El envasado al vacío consiste en la eliminación total del aire dentro del envase, sin que sea reemplazado por otro gas. Este método de envasado se emplea actualmente para distintos tipos de productos: carnes frescas, carnes curadas quesos, etc. En menor medida se utiliza en panadería otros productos con una consistencia blanda, ya que la aplicación de vacío puede provocar una deformación en el producto. En los productos envasados a vacío, en los que estos siguen evolucionando, al continuar con sus actividades respiratorias se produce una disminución del porcentaje de oxígeno, con lo que aumenta el vació y se produce un aumento en la concentración de dióxido de carbono y vapor de agua. En las piezas de carne envasadas mediante este sistema se produce un cambio de color (pardeamiento) que puede producir un cierto rechazo en el consumidor. Otro de los inconvenientes que puede presentar este tipo de envasado es la acumulación de exudado en el propio envase. Una modificación del envasado al vació es el skin package, en el que la pieza a envasar se deposita sobre la bandeja inferior, formada a partir de un rolo del film de la propia máquina. El producto a envasar se recubre con un film superior, también a partir de un rollo. A continuación mostramos una maquina selladora y el proceso de sella

Objective

To build a vacuum pump for home food preservation.

Justification

It is worrying to know that in the elaboration of some food, it goes through several processes where it can be contaminated. For this reason we propose to build a vacuum pump for preserving homemade food in an effective and lasting way.

Alongside with the present research, we intend to obtain several benefits, so the food retain its freshness up to five more times. People will be able to save money, since food will last longer and we will waste the least. In addition, people will be able to purchase large quantities of food at a lower price and re-vacuum the food at home, dividing them into smaller portions.

Hypothesis

If we can build a vacuum pump for home food preservation, then we can conserve food efficiently.

Method (materials and procedure)

Materials.

• 12-volt compressor motor with its respective hose.
• Input transformer 127 volts output 12 volts.
• Transparent Acrylic 37.8 cm long by 27.5 cm wide, 9 mm thick.
• PVC glue.
• 4 small clamps.
• 2×2 14 gauge cable.
• 2 1/8 NPT spigots for compressed air.
• Large drill with ¼, 5/16, ½ and 5/8 drill bits.
• Taps 1/8, 1/4 NPT and ¾ NF.
• Connector to seal cable.
• Insulating tape.
• 24 cap screws with ¼ x ¾ long nut.
• Cushion tape for acrylic sealing with box.
• Rectangular stainless steel case.
• Hose of 5 and 9 millimeters.
• Vacuometer with connections (elbow and nipple of ¼ NPT).
• 7/16 flat screwdriver wrench and forceps.
• Ziploc bags.

Process.

1. Perform 24 holes with the ¼ drill bit at the edges and at the center of the stainless steel and acrylic cage.
2. Manufacture 5/8 drill to insert thread and screw ¾ for cable connector.
3. Manufacture of 5/16 drill holes to thread and 1/8 NPT thread to fit 2 pins (one tang goes inside the box and the other at the top)
4. ½-hole drilling to insert ¼ NPT lug to place nipple of the vacuometer.
5. Remove 2 inches of plastic cover from the motor cables, the 2×2 gauge 14 wire and the transformer.
6. Attach the motor cables with the 2×2 14 gauge cable and add insulation tape.
7. Thread the cable under the connector to seal cable.
8. Attach the 2×2 cable to the transformer and add insulation tape.
9. Connect the engine hose to the remaining pin and tighten with a clamp.
10. Attach the cushion tape to all edges of the stainless steel case.
11. Place enzyme from the acrylic box to match the holes and insert the 24 screws and tighten your nuts tightly with the 7/16 wrench and help with the flat screwdriver.
12. On the spigot above the acrylic, connect a hose and add a clamp.
13. Finally introduce the food you want to keep in a ziploc bag seal it but leave a small hole through which the hose enters, and wait for the bag to compress.

Each time you insert pins and the connector to seal cable you have to add PVC glue.

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Results

It was obtained a vacuum pump that is capable of generating -0.1 atmospheres, thanks to this it was possible to generate a vacuum inside the stainless steel box and making a compression inside a sealable bag where the food is kept.

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Discussion

The vacuum-packing, unlike other methods of preservation, avoids the contact between the food and the oxygen, which is full of microorganisms and are the principal causes of the decomposition of the food.

This vacuum pump is similar to the commercial bombs, since this one performs the same function as the others.

Conclusions

Due to the result obtained, we can say that to generate a correct vacuum, it is necessary that the motor is inside the stainless steel box and that this box is perfectly sealed, since if these steps are not followed, the vacuum will not be generated and practically will not be able to conserve the food.

This vacuum conservation consists in avoiding the contact of food with oxygen, in order to prevent oxidation reactions and the growth of microorganisms, the main cause of poor food status.

Bibliography

ALFA. Conservación doméstica de alimentos al vacío, avaliable at http://www.itsimagical.hk/pdfs/47745_1.pdf, reviewed on 12/12/2016

José Carlos López Arenales. SISTEMAS DE VACÍO, avaliable at http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/ing/pim/14.pdf, reviewed on 12/12/2016

La guía de física. Bomba de vacío, avaliable at http://fisica.laguia2000.com/conceptos-basicos/bomba-de-vacio, reviewed on 15/12/16

USMP. Tecnología de Envasado y Conservación de Alimentos , avaliable at http://www.usmp.edu.pe/publicaciones/boletin/fia/info49/articulos/Envasado%20y%20Conservacion%20de%20Alimentos%20(1).pdf, reviewed on  02/02/17