Conducción de calor en frutas

Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniería Civil Mecánica

Transferencia de Calor Proyecto 1

“Estudio de difusión de calor en proceso de régimen transitorio, para el congelamiento de Frutas”

José Alex Sandoval Contreras
_______________________________________________

Profesor Nelson Moraga B. Fecha de entrega: 17/05/2010 1Abstract
This report on the project N ° 1, the heat transfer course, is to analyze the heat conduction process in the transitional regime, for various simple geometries (plate cylinders and spheres). This study was performed on frozen fruit. Will be given analytical and numerical solutions, and then make a comparison between them.

Resumen
El presente informe, relativo al proyecto N°1, de laasignatura transferencia de calor, tiene como objetivo, analizar el proceso de conducción de calor, en régimen transitorio, para distintas geometrías simples (placas cilindros y esferas). Este estudio se realizo en base la congelación de frutas. Se darán soluciones analíticas y numéricas, para luego hacer una comparación entre estas.

2

Índice
Introducción Objetivo Principal SituaciónFísica Resultados Sólidos Semi-Infinitos Coordenadas Cartesianas - Parámetros Concentrados - Paredes Planas Grandes - Diferencias Finitas - MVF Fortran - MVF Ansys Coordenadas Cilíndricas - Parámetros Concentrados - Cilindro Largo - MVF Fortran - MVF Ansys Coordenadas Esféricas - Parámetros Concentrados - Esferas con Efectos Espaciales - MVF Fortran - MVF Ansys Discusión de Resultados ConclusionesBibliografía 4 4 4 7 7 8 8 9 10 12 14 15 15 16 17 19 20 20 21 22 24 25 26 27

-

-

-

3

Introducción
En la industria alimentaria, el proceso de congelación es una parte crítica del proceso productivo, ya que puede definir entre otras cosas, la calidad final del producto. También la congelación de los alimentos nos permite conservar por mucho más tiempo los alimentos frescos, pero porotra parte, si el proceso de congelación no es el adecuado, se puede llegar a dañar irreversiblemente el alimento. El uso del congelamiento bien suministrado, consigue mantener el sabor natural, olor y aspectos propios de los alimentos frescos, lo que conlleva a generar mejores productos y ser más competitivos en el mercado.

Objetivo principal
El objetivo principal de este proyecto, es lograr pormedio de métodos analíticos y numéricos, representar el proceso de congelación de algunas frutas, y realizar comparaciones de estos métodos.

Situación Física
El estudio estará enmarcado en la inmersión de una fruta en un fluido (aire), sujeta a convección libre en una cámara de congelación. Se asumirá que la convección es uniforme en toda la superficie de la fruta, y que esta llega a unatemperatura inicial dada. Asumiremos como razonable una pérdida energética de 6 W/m2*K en los muros de la cámara de congelación. Las dimensiones de esta son de 4x3x2.5 m3. Los paneles o muros están hechos poliuretano inyectado cubiertos de delgadas planchas de acero inoxidable AISI 316 de 0.35mm de espesor. Calcularemos el espesor del aislante asumiendo que sus superficies se encuentran a lassiguientes temperaturas: Tint: -18º C Entonces
q_A 6 W m
Dado
La 10cm
2

y

Text: 32º C

ka

0.023

W mK

Tint

255.15 K

Text

305.15 K

q_A

ka

Text La

Tint
La Find La 191.66667mm

4

En el mercado solo se encuentran planchas de poliuretano de 50, 80, 100, 150 y 200 mm entre otros espesores menores, entonces el espesor de aislamiento será de 200 mm. Calculo de lastemperaturas de las paredes de poliuretano utilizando el método de las resistencias térmicas.

La red de resistencias térmicas es:
Tint R conv int R1 Ra R2 R conv ext Text

Si consideramos que hint y hext son respectivamente 40 y 20 W/m2*K, entonces la temperatura real a que se encuentran las superficies del aislante son:
hint 40 W m K
2

hext

20

W m K
2

2

kinox

13.4...