Envases en el sector frutícola de exportación

En su continuo proceso de mejoramiento tecnológico, el sector exportador hortofrutícola ha incorporado diferentes conceptos, entre los cuales ha tenido gran importancia el desarrollo de envases apropiados para el transporte.

ENVASES EN EL SECTOR FRUTICOLA DE EXPORTACION
ALGUNOS DESARROLLOS RECIENTES

En su continuo proceso de mejoramiento tecnológico, el sector exportador hortofrutícola ha incorporado diferentes conceptos, entre los cuales ha tenido gran importancia el desarrollo de envases apropiados para el transporte.
El sector ha incorporado significativos avances en lo que se refiere a materiales y diseños, para cumplir con las leyes y reglamentos de los países de destino, así como para garantizar una operación eficiente en las etapas iniciales y criticas como son la cosecha, el enfriamiento, la conservación en frío, y el transporte. En el caso de la fruta de exportación, el mismo sistema envase-embalaje debe permanecer con el producto a lo largo de toda la cadena de frío desde la central frutícola hasta el puerto de destino. Esto implica que el sistema debe reunir condiciones suficientes para una amplia gama de requerimientos: debe tener una presentación atractiva, ser estable frente a cambios de temperatura y humedad, debe cumplir las regulaciones ambientales del país de destino, debe proteger el producto contra daños causados por golpes y por su propio peso, debe evitar la proliferación de microorganismos, limitar la pérdida de humedad producto, y posibilitar el enfriamiento de este en forma rápida y uniforme. Esta multiplicidad de requerimientos ha motivado un significativo esfuerzo de investigación en el país durante la década, en el cual han estado involucrados diversos sectores: los productores de envases, el sector exportador hortofrutícola, las instituciones gubernamentales de fomento de la investigación, y las universidades.
La gran mayoría de los envases de fruta de exportación se fabrican en madera y cartón corrugado. Los diseños iniciales correspondían a los usados en EE.UU., que resultaban generalmente inapropiados debido a que el empaque usado en el producto chileno, apropiado para mantener el producto durante el transporte marítimo, dificultaba enormemente las operaciones de enfriamiento. A fines de la década de los 80, predominaba el envase de madera, pero debido a crecientes restricciones impuestas por los países de destino, el énfasis se desplazo hacia los envases de cartón, sin eliminar los envases de madera. Con el establecimiento de productores de envases tecnificados en Chile, pudo comenzar un trabajo de creación de envases adaptados a las características del sector exportador nacional.
En este articulo se describen algunos de los avances desarrollados durante los años 90 en el diseño de envases usados en la cadena de frío.
A comienzos de la década los envases se especificaban priorizando las ventajas respecto a la protección mecánica del productor sobre la base de criterios como la carga máxima de apilamiento y la deformación máxima que experimenta la caja antes de colapsar.
Paulatinamente se introdujeron en el sector otros criterios. La fruta de exportación debe ser enfriada hasta temperaturas suficientes para garantizar su condición (O a 4°C). El proceso de enfriamiento rápido es la parte más crucial de la cadena de frío, ya en que las etapas posteriores (conservación en frío y transporte) no se realiza propiamente un enfriamiento de la fruta, sino que solo se evita que esta eleve su temperatura. En el caso de la fruta palletizada, el enfriamiento rápido por aire forzado permite bajar la temperatura de la fruta desde el nivel ambiente a la temperatura meta, lo cual se logra en tiempos de 12 a 14 horas mediante la circulación de aire frío a través del pallet en un túnel o cámara de prefrío. En cambio, en la conservación y el transporte, solo se pretende asegurar que la fruta ya enfriada no entre en contacto con fuentes de calor mediante la circulación de aire frío alrededor de los pallets. Por lo tanto en estas operaciones una capa de aire frío interpuesta entre las paredes y los pallets impedirá que las ganancias de calor a través de las paredes del recinto eleven la temperatura de la fruta.

RESISTENCIA ESTRUCTURAL Y BAJA RESISTENCIA AL FLUJO DE AIRE
Los tiempos empleados en la operación de enfriamiento rápido por aire forzado dependen fuertemente del tipo de envase, del producto, de las características del túnel y de la temperatura del aire. Mientras mayor sea la velocidad de paso del aire y mientras más directo sea el contacto de este con la fruta, mayor será la rapidez del enfriamiento. De esta forma, los productores de envases enfrentan la tarea de desarrollar envases que conjuguen las cualidades difíciles de compatibilizar, de alta resistencia estructural y baja resistencia al flujo de aire. Mientras mayor sea el área de intersticios que presenta la cara de un envase expuesta al flujo de aire, mayor será el caudal de aire frío que ingrese al pallet. En estudios empíricos se ha determinado que un área de perforaciones inferior al 3% del área frontal total del envase limita considerablemente el caudal de aire.
Las cajas de madera con ochavados, dominantes a principios de los años 90, tienen dimensiones de 30 cm de ancho, 50 de largo y 14 de alto (en lo sucesivo las dimensiones se citaran siempre en ese orden). La resistencia al apilamiento es proporcionada por la madera de los cabezales, de 1,4 cm de espesor. Con este diseño, incidiendo el aire en forma paralela a la dimensión mayor, el área de perforaciones correspondía a solo un 0,9% de área frontal total. El aire en estos envases ingresa por los ochavados y en pequeña cantidad por pequeña cantidad por los intersticios que dejan el fondo y la tapa. Este diseño fue mejorado a principios de los 90 creándose las cajas con esquineros, las cuales poseen cabezales delgados, y la resistencia al apilamiento es proporcionada por 4 esquineros verticales de madera. Con este diseño, y con el aire incidiendo sobre la dimensión mayor, el porcentaje de área libre aumentaba a 26%.
A su vez, los diseños iniciales de cajas de cartón, de dimensiones externas similares a las de las cajas de madera, se caracterizaron por una alta resistencia al flujo de aire, causada por la necesidad de no debilitar la resistencia al apilamiento por perforaciones. En consecuencia, el área de perforaciones era extremadamente pequeña. Nuevos diseños, concebidos mediante una intensa labor de pruebas por parte de la industria de producción de envases, han conducido a que hoy existan envases de cartón menos resistidos al flujo de aire que los actuales envases de madera. Este logro se basa en producir diseños con mayor numero y área de perforaciones en las caras frontales y laterales, lo cual se ha hecho posible por reforzamientos de las paredes o esquinas.
También se ha comprobado que una reducción de la altura de la caja permite aumentar el número de cajas en un pallet, lo que aumenta el número de intersticios con lo cual se logra una menor resistencia al flujo de aire. Esta ultima modificación se ha aplicado también en las cajas de madera.

MENOR ALTURA
En los nuevos envases de madera y cartón, la altura ha sido disminuida de 14 cm a 12 cm, manteniendo la capacidad total de 8,2 kg. Estos envases tienen dimensiones básales de 40 x 50 cm en lugar de gas dimensiones tradicionales cajas de madera con ochavados la resistencia al paso de aire se ha reducido hasta en un 30% con respecto al modelo anterior de 30x50x14. Una caja de cartón de diseño vigente presenta resistencias al paso de aire disminuidas hasta en un 40% respecto al antiguo envase de madera. Para interpretar las cifras anteriores (que se incluyen en forma más completa en el Gráfico 1) debe tenerse en cuenta que la resistencia de envases palletizados al flujo de aire se caracteriza por la curva de caída de presión a través del pallet versus la velocidad de aire que lo atraviesa. Las variables que intervienen en esta curva son:
V, velocidad de aproximación del aire al pallet, en m/s. Su valor multiplicado por el área frontal del pallet entrega el caudal volumétrico de aire que ingresa.
DP, diferencia o caída de presión producida en el aire por su paso a través del pallet, en Pascales. Las cifras de disminución de resistencia dadas en el párrafo anterior corresponden a valores de caída de presión producida por los diferentes envases para una misma velocidad de aproximación de aire.
La disminución de la resistencia al paso de aire de los envases redunda en un menor requerimiento de energía por los ventiladores en el interior de un túnel de enfriamiento rápido, o en un mayor caudal de aire a través de los pallets en una instalación existente. Sin embargo, debe tenerse en cuenta, que un aumento de caudal, o una disminución de la resistencia al flujo de aire no garantizan por sí solos un aumento en la rapidez o en la uniformidad del enfriamiento.

DIFERENCIAS DE ENFRIAMIENTO EN EL PALLET.
El enfriamiento de la fruta se desarrolla en el tiempo, y se puede caracterizar por curvas de temperatura de pulpa versus tiempo (Gráfico 2), cuya forma se aproxima a una exponencial decreciente, en que la temperatura de aire baja rápidamente en las fases iniciales, haciéndose mucho más lenta la disminución de temperatura en las etapas finales.
Por efecto del calentamiento de 6 a 7ºC que experimenta el aire al pasar a través del pallet, las zonas de este que quedan "aguas abajo" en la dirección del flujo de aire, se enfrían más lentamente. Por esta razón se pueden desarrollar grandes diferencias de temperatura entre las frutas ubicadas cerca de las caras frontal y posterior del pallet, las cuales, según el envase, pueden llegar a ser de 10°C. Si se interrumpe un enfriamiento cuando las temperaturas de pulpa frontales indican que se ha alcanzado la meta, se deja el resto de la tarea de enfriamiento a la cámara de conservación, tarea para la cual no esta diseñada.
El Gráfico 2 muestra curvas de enfriamiento de uva en envases de madera y cartón usados actualmente, obtenidas en una instalación piloto de enfriamiento existente en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile, y construida en el marco del proyecto Fondef 2-36. Puede observarse que la caja de cartón, aunque hace posible un enfriamiento decididamente mas rápido de la fruta en las cajas frontales que la de madera, es levemente mas lenta en enfriar la fruta cerca de la salida del aire, por lo cual al avanzar el proceso se desarrollan mayores diferencias entre las temperaturas de la pulpa de las caras anterior y posterior del pallet en el envase de cartón,
En resumen, las cajas de cartón proporcionan un enfriamiento aparentemente mas rápido (si solo se mide la temperatura en las cajas frontales) mientras que las de madera producen un enfriamiento más uniforme según la longitud de la caja y del pallet. La causa de este comportamiento radica sin duda en el mayor espesor de los cabezales de una caja de madera, que dificultan el contacto directo de la fruta con el aire frío que incide frontalmente a estos envases. Como se vio en el Gráfico 1, la caja de cartón admite un mayor caudal de aire (para una disminución de presión dada) que la de madera, sin embargo esto se refleja con nitidez en una mayor rapidez y uniformidad del enfriamiento.
Las diferencias radican en la forma en que el aire barre el empaque. En el caso de la uva, cada envase contiene aproximadamente 8,2 kg de uva, cada racimo está envuelto en una bolsa plástica perforada, se dispone de un pad esponja en el fondo, una envoltura de cartón corrugado, un generador de S02 en la parte superior, y, envolviendo todo lo anterior, una bolsa camisa exterior en contacto con la superficie interior de la caja. Todos estos materiales forman una barrera muy fuerte que se opone a la evacuación de calor al exterior. En el interior de la bolsa, el calor debe conducirse hacia el exterior, para ser evacuado por convección, o barrido por aire frío, desde la superficie de la bolsa. Esta, por lo tanto, debe ser suficientemente aireada en lo visible en todas sus caras, especialmente las de mayor superficie, que son las caras básales. Los envases que posibilitan aireación parcial de la bolsa son poco favorables, especialmente si las superficies aireadas están muy distantes entre sí. La conducción de calor hacia el exterior del envase se ve favorecida si el espesor de este es pequeño en la dirección de evacuación de calor.
Las cajas de cartón en general presentan aberturas o perforaciones. Estas sin embargo muchas veces son perforaciones frontales, que en repetidas oportunidades quedan bloqueadas por la carga. No es fácil en estos envases introducir espaciadores que permitan barrer con aire frío las caras superior e inferior de la bolsa (que son las caras de mayor área y que además están a la menor distancia). Sin embargo, en la caja de madera, dado que cerca de las caras superior e inferior de la caja hay intersticios formados por el fondo y la tapa del envase, el aire puede pasar a través de estos barriendo las caras superior e inferior del paquete. Teniendo este caras superior e inferior, que son de gran área, relativamente frías a una distancia de a lo mas 12 cm, la conducción a través del paquete de uva se ve facilitada, lo que explica la menor diferencia de temperatura de pulpa cerca de las caras delanteras y traseras del pallet en este envase.
Debe notarse que los experimentos descritos en el Gráfico 2 son muchos más breves que los observados en instalaciones industriales. Por estas razones los ensayos descritos y la información derivada de estos solo tienen utilidad si se estudian en forma comparativa los resultados para los diferentes envases. Los nuevos envases de altura reducida, sean de madera o de cartón, presentan indudables ventajas respecto a los anteriores, ya que permiten que la capa de fruta contenida en su interior sea de menor espesor, lo que facilita la evacuación del calor por conducción desde el interior del empaque.
No obstante lo anterior, los cambios introducidos en el diseño de envases no han entregado disminuciones significativas en los tiempos requeridos para el enfriamiento rápido. Es también improbable que los cambios que se produzcan en el futuro logren reducciones decisivas en estos tiempos mientras se mantenga la tecnología actual de enfriamiento por aire forzado. Las mejoras apuntan más bien a asegurar mayor uniformidad de temperaturas en la carga, lo cual se refleja beneficiosamente en la condición de la fruta en el puerto de destino.

UNIFORMIDAD DE TEMPERATURAS EN LA CARGA
Un procedimiento eficiente para uniformar la temperatura de la carga en el prefrío consiste en invertir la dirección del flujo de aire luego de cierto tiempo de operación. El objetivo es permitir que el aire frío proveniente del evaporador comience a incidir sobre las caras interiores de los pallets, sin mover estos. Esta disposición de flujos requiere un diseño de carpa apropiado para permitir paso de aire en las direcciones convenientes en cada caso, hacia el pasillo del túnel al inicio del enfriamiento y desde el pasillo hacia fuera después de cierto número de horas de operación. La práctica anterior esta bastante generalizada en la industria, habiéndose constatado esto en recientes visitas a diversas centrales frutícolas.
Las cajas de cartón correctamente utilizadas presentan buenas características para el prefrío, debido a la respuesta generalmente rápida de las temperaturas exteriores, que bajan a una tasa más rápida que en otros envases, como ya se explicó. Esta mayor rapidez relativa ha sido observada en ensayos de planta piloto, y la hemos confirmado también en instalaciones industriales. Otra ventaja es la rápida respuesta de estas cajas a la inversión del flujo, con la cual se logra una aceptable uniformidad de temperaturas en tiempos relativamente pequeños.
Por las decisiones tomadas en dos prefríos industriales que hemos monitoreado da la impresión de que es costumbre en la industria realizar la inversión del flujo - las 9 o 10 horas de operación, práctica indudablemente derivada de la operación con cajas de madera. Dado que las cajas de cartón combinan buenas características de enfriamiento de las cajas exteriores con malas características en cuanto a uniformidad de temperaturas hacia el interior del pallet, se estima que para estas cajas la inversión debería realizarse antes (por ejemplo a las 7 u 8 horas). Además de la razón recién explicada esto permite mantener durante toda la operación una diferencia de temperatura apreciable entre la fruta y el aire, lo que facilita la operación. Incluso puede concebirse la idea de cambiar la dirección de flujo 2 o 3 veces durante la operación de enfriamiento, lo que reforzaría la uniformidad de este.
Como conclusión de este estudio, es posible inferir que, dado que en la industria coexisten envases de características diferentes en su respuesta a la aplicación de frío, el sector debe estar en pleno conocimiento de esas características para adaptar a ellas sus prácticas operativas. Los mejoramientos en los envases rinden plenamente rehusados cuando se combinan con mejoramientos en la tecnología y en la práctica operativa del enfriamiento.v

Fuente: Agroeconómico/Fundación Chile/Mayo 2001. Publicado en la Circular Nº44/01 de CAFI ( cafi@overnet.com.ar ).