Quand doit-on choisir une cellule de refroidissement rapide ?

Dans toute cuisine où l’on a opté pour une liaison froide, il est recommandé d’abaisser la température au cœur des aliments de + 65 °C à + 10 °C en moins de 2 heures. La cellule de refroidissement rapide est l’équipement idéal pour atteindre ces performances. Il ne s’agit pas d’une obligation, mais d’une bonne pratique de fabrication qui est recommandée si l’on veut refroidir des aliments cuits en toute sécurité et si on veut prouver que des procédures de sécurité sont appliquées conformément a l’arrêté royal relatif à l’hygiène des denrées alimentaires.

Cette bonne pratique provient, en fait, d’une réglementation qui s’applique aux établissements de transformation de la viande : arrêté royal relatif aux conditions générales et spéciales d’exploitation des abattoirs et d’autres établissements.

Il convient de noter que le choix de la liaison froide peut se faire pour l’ensemble des menus ou pour une partie seulement. Il existe, par exemple, certaines cuisines collectives qui proposent chaque jour des plats végétariens en plus du menu du jour, mais pour ne pas avoir à fabriquer chaque jour deux plats, les plats végétariens sont préparés un jour par semaine, par exemple, en liaison froide.

Choix du procédé de production du froid

Il existe deux procédés de production du froid dans une cellule de refroidissement rapide :

Les coûts d’utilisation d’une cellule de froid mécanique sont nettement (10 x) plus faibles que ceux d’une cellule de froid cryogénique. Ils sont d’environ 0,1 €/repas pour la seconde. Par contre les coûts d’investissement pour une cellule cryogénique sont nettement plus faibles que pour une cellule mécanique.

Pour une utilisation régulière de la cellule, la cellule mécanique sera donc beaucoup plus intéressante. Dans le seul cas d’une utilisation occasionnelle, une cellule cryogénique peut être intéressante.

En milieu hospitalier, l’azote liquide est souvent utilisé en quantité importante (génétique, laboratoire classique, …). Dans ce cas, il est intéressant de considérer l’option de refroidissement rapide cryogénique sachant qu’en exploitation les prix seront réduits par rapport à un usage exclusif pour la cuisine.

Lorsque le refroidissement rapide est utilisé régulièrement, il paraît risqué de n’avoir qu’une seule cellule. En cas de panne, la préparation est bloquée. On peut alors songer à investir dans une cellule de refroidissement mécanique principale et une deuxième cellule cryogénique de dépannage.

Parmi les fluides utilisés pour le froid cryogénique, vu la très faible température d’ébullition de l’azote, celui-ci est utilisé lorsque les distances à parcourir entre le lieu de stockage du fluide et le lieu de production du froid sont grandes.
Il faut cependant veiller à bien calorifuger les conduites.

Le dioxyde de carbone (CO2) sera utilisé lorsque ces distances sont plus courtes.

Précautions d’utilisation

Pour obtenir un fonctionnement satisfaisant et économique, on place les préparations sur les clayettes ou les supports prévus à cet effet, afin de favoriser la circulation de l’air, et d’utiliser la cellule à sa capacité nominale.

Capacité et puissance frigorifique des cellules

La capacité (kg) doit correspondre à celle des appareils de cuisson, c’est-à-dire qu’elle doit permettre de refroidir le nombre de repas qui peuvent être préparés en une seule fois par les autres appareils de cuisson.

Remarquons que le nombre de repas à refroidir ne correspond pas nécessairement à la totalité des repas du service. La liaison froide peut n’être utilisée que pour une partie des repas (Exemple : plats végétariens).

L’ensemble des mets préparés pourra ainsi être refroidi dès la fin de la cuisson. En effet, selon la réglementation, “la durée de refroidissement entre la fin de la cuisson et une température à cœur de 10 °C doit être inférieure ou égale à deux heures.”

D’autre part, la cellule pourra ainsi être utilisée à sa pleine capacité. Ce qui permet de travailler au meilleur rendement possible.

La puissance frigorifique de l’appareil dépend de la durée que prend le refroidissement ou la congélation, de la capacité désirée et de la température à atteindre.

Le besoin en frigories est donné par la quantité de chaleur qu’il faut retirer des aliments pour les faire passer de 65 °C à 10 °C (ou – 18 °C).

Le calcul ci-dessous est statique et purement théorique. Il est donné à titre indicatif. En réalité, pour correspondre à la réalité, le calcul devrait être fait en dynamique. Statique, le bilan ci-dessous néglige les apports de chaleur par conduction au travers des parois, relativement négligeables par rapport à la chaleur à extraire des aliments.

En refroidissement rapide.

Q = m x Cs x δt

  • Q = besoin en frigories (en kWh),
  • m  = poids des aliments dans la cellule (kg),
  • Cs= chaleur spécifique des aliments (kWh/kg°C),
  • δt = différence entre la température à l’entrée et à la sortie des aliments (10°C) (K).

En congélation rapide.

Q = (m x Cs x δt) + (m x Cl) + (P1 x Cs‘ x δt’)

Où :

  • Q = besoin en frigories (en kWh),
  • m  = poids des aliments dans la cellule (kg),
  • Cs = chaleur spécifique au-dessus de 0°C des aliments (kWh/kg°C),
  • Cl = chaleur latente nécessaire au changement d’état du constituant liquide des aliments (passage à l’état solide) (kWh/kg),
  • Cs‘ = chaleur spécifique en-dessous de 0°C des aliments (kWh/kg°C),
  • δt = différence entre la température à l’entrée des aliments et 0°C (K),
  • δt’ = différence entre 0°C et la température de sortie des aliments (-18°C) (K),

La puissance frigorifique de l’évaporateur.

P(W) = Q (kWh) / t (h)

  • t = temps maximum légal – temps nécessaire au conditionnement des aliments.

Temps maximum légal = 2 h pour le refroidissement de 65°C à 10°C et 3 h pour le passage de 10 °C à – 18 °C (congélation).

Exemple.

1. Soit une cellule de congélation rapide, d’une capacité de 20 kg; la congélation doit se faire en 4 h.

Q = 20 x 1,04 x 65 + 20 x 80 + 20 x 0,53 x 18 = 3 143 (Wh) (soit 157 Wh par kg)
P =  3 143  /  4 = 785 W (soit 40 W/ kg.)

2. Soit une cellule de refroidissement rapide, d’une capacité 20 kg; le refroidissement doit se faire en 1h30.

Q = 20 x 1,04 x 55 = 1 144 Wh (soit 57 Wh/kg.)
P = 1 144/1h30 = 762 W/h (soit 38 Wh/kg).

En réalité la puissance calculée ci-dessus en statique est une moyenne. Or, la puissance nécessaire varie en fonction du temps, selon une courbe d’allure exponentielle, et la puissance maximale est demandée à l’évaporateur en début de processus (c’est alors que les Δt sont les plus importants). La puissance frigorifique des cellules correspond donc à cette puissance maximale.

Voici les puissances électriques que nous avons relevées dans la documentation d’un fournisseur :

Remarque : entre la puissance frigorifique et la puissance électrique, il y a le COP.

Cellule à clayette – surgélation et refroidissement rapide
Capacité par cycle (kg) Puissance électrique installée (W)
7 2 100
15 2 280/450*
25 4 000/580*
50 6 100/580*

* version équipée sans groupe frigorifique (à distance).

Cellule à chariots – surgélation et refroidissement rapide
Capacité par cycle (kg) Puissance électrique installée (W)
En surgélation En refroidissement
65 65 3 200/900*
80 110 5 400/4 300*
160 220 9 600/6 600*
240 330 11 500*
320 440 14 000*
480 660 20 000*

* version équipée sans groupe non comprise l’alimentation du groupe frigorifique (à distance).