Conceptos Básicos de la Transferencia de Calor en el Procesado de Alimentos PDF

Conceptos Básicos de la Transferenciade Calor en el Procesado de Alimentos  INTRODUCCION El calentamiento y el enfriamiento son los procesos más habituales en una planta de procesado de alimentos. Unidades de Es común pasteurizaci...

Conceptos Básicos de la Transferenciade Calor en el Procesado de Alimentos  INTRODUCCION El calentamiento y el enfriamiento son los procesos más habituales en una planta de procesado de alimentos. Unidades de Es común pasteurización, esterilización, encontrar refrigeración, congelación, secado y evaporación.  INTRODUCCION Estos procesos son necesarios para prevenir la degradación de los alimentos por causas microbiológicas y enzimáticas, haciéndolos aptos y seguros para el consumo y alargando la vida útil de los mismos.  INTRODUCCION Algunas propiedades organolépticas deseables son adquiridas por los alimentos cuando son enfriados o calentados.  INTRODUCCION En estos procesos ocurre la transferencia de calor entre un producto y un agente calefactor o refrigerante, en forma de entrada de calor (para lograr la destrucción de microorganismos patógenos) o en forma de eliminación de calor (para lograr el retardo de las reacciones de deterioro).  CONCEPTOS BASICOS El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas.  CONCEPTOS BASICOS Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.  CONCEPTOS BASICOS TEMPERATURA INICIAL DE CONGELACIÓN El punto inicial de congelamiento es la temperatura a la que los cristales de hielo aparecen por primera vez en un punto, donde ambas fases, líquida (agua) y sólidos (cristales de hielo), coexisten en equilibrio.  CONCEPTOS BASICOS FRACCIÓN DE AGUA NO CONGELABLE Una de las características de un alimento congelado es la relación entre la fracción de agua no congelada y la temperatura. Esta relación es fundamental para el diseño del sistema de congelación y las instalaciones de almacenamiento de los alimentos congelados y representa un elemento clave en el establecimiento de la estabilidad del almacenamiento de los alimentos congelados.  CONCEPTOS BASICOS DENSIDAD DE LOS ALIMENTOS CONGELADOS El cambio gradual en la densidad se debe a la variación de la proporción de agua congelada en función de la temperatura. La magnitud del cambio en la densidad es proporcional al contenido de agua del producto  CONCEPTOS BASICOS CALOR ESPECÍFICO APARENTE El calor específico se define; como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura en un grado para una unidad de masa de un producto alimenticio. La unidad para el calor específico es por lo tanto, normalmente J / kg ºC.  CONCEPTOS BASICOS CONDUCTIVIDAD TÉRMICA La conductividad térmica de un producto alimenticio es la medida de su capacidad para conducir el calor y tiene por unidades: W/ m K.  CONCEPTOS BASICOS DIFUSIVIDAD TÉRMICA APARENTE La difusividad térmica es la medida de su capacidad para conducir el calor. Su 2 unidad típica es (m /s).  CALOR: UNIDADES DE MEDIDA La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es el Joule (unidad de medida). Otras unidades ampliamente utilizadas son el BTU y la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua a 1 atmósfera de presión para elevar su temperatura 1 °C. PROPIEDADES TERMICAS DE LOS ALIMENTOS Son claves y fundamentales en los procesos térmicos, ya que afectan directamente el diseño y operación de los equipos involucrados en los procesos Calor Especifico (Cp) Conductividad Térmica (K) Difusividad Térmica (α) Calor latente (ΔH)  FORMAS GEOMÉTRICAS Las formas geométricas utilizadas en los problemas de transferencia de calor, son las regulares, como placa infinita, esfera y cilindro infinito  Calor Específico Cp Es la cantidad de calor que se necesita para provocar un incremento en la temperatura de una sustancia por unidad de masa sin que tenga lugar un cambio de estado. Q Cp = m⋅ ΔT Unidades: J/(kg.ºC); BTU/(lbm.ºF).  Calor Específico Cp Depende de la composición del producto, humedad, temperatura y presión. En la mayoría de las aplicaciones se utiliza el calor especifico a presión contante cp, ya que su variación es menor al compararlo con el calor especifico a volumen constante cv.  Conductividad Térmica k Es una medida de la velocidad con la que el calor se transmite a través de una unidad de espesor de ese material cuando existe un gradiente de temperatura entre sus extremos. J W k= = s.m.°C m.°C  Conductividad Térmica k Otra unidad comúnmente empleada es BTU k= h. ft.°F Indica la facilidad con la que el calor atraviesa un cuerpo.  Conductividad Térmica k Tipo de Material Conductividad Térmica k Metales 50-400 W/m.°C Aleaciones 10-120 W/m.°C Agua 0,597 W/m.°C Aire 0,0251 W/m.°C Materiales Aislantes 0,035 -0,173 W/m.°C  Conductividad Térmica k En igualdad de condiciones sentimos más caliente o más frío un metal que la madera, porque el metal conduce el calor cientos de veces mejor que la madera. Sentimos más frío cuando nos sumergimos en agua a igual temperatura que el aire, en parte porque el agua conduce 20 veces mejor que el aire el calor que escapa de nuestro cuerpo.  Difusividad Térmica α Caracteriza la rapidez con la que varía la temperatura del material ante una solicitud térmica, por ejemplo, ante una variación brusca de temperatura en la superficie. Se determina mediante la siguiente relación: K α= ρ.cp  K Difusividad Térmica α α = ρ.c p La mayor difusividad térmica se obtiene en materiales con k muy elevado pero con calores específicos pequeños y densidades pequeñas. Los materiales con alta difusividad ajustan rápidamente su temperatura a la de sus alrededores.  CalorLatente ΔH Es la cantidad de energía necesaria para provocar un cambio de fase de la sustancia. ∆Hvap: cambio de fase líquido a vapor. ∆Hcong: cambio de fase líquido a sólido. Unidades: J/kg; BTU/lbm. CalorLatente ΔH