almacenamiento y envasado de alimentos

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ALMACENAMIENTO Y ENVASADO
DE ALIMENTOS

2010
Propiedades termofísicas, refrigeración y congelado
de alimentos.

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PRINCIPIOS BASICOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR
Mecanismo
Radiación

ECUACIÓN
Q=σ A T4 (1)

Microondas
Estado
Conducción
(unidireccional)

Condición
Infrarrojo

X=λo/{2π(ε´ tan δ)1/2} (2)
Q = κA(θ 1-θ2)/x

estacionario
Estado transitorio
•

(3)dθ/dt= α d2θ/dx2 (4)
Q= hs A (θ1-θ 2) (5)

natural

Gr= ρ2gβλ∆T/µ2
Nu= K (Gr Pr)a

Convección

Nu= f(Re, Pr)= h l/ κ
•

forzada

Pr= c µ/κ
Re= cµ/κ

• COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR
En muchos casos de transferencia de calor involucran el paso a través de
diferentes materiales:
T

FILM
S
Tb1
Tf1
Tf2
Tb2

x

Q 1 x 1 
T -T =  + + 
b1 b2 A  h κ h 
2
 1

La suma de las resistencias al paso del calor constituyen el coeficiente global de

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transferencia de calor, U.

Q = U A (Tb1 – Tb2)
Fluidos de intercambio

Ejemplo

U (W m-1 K-1)

Agua caliente- aire
Líquido viscoso – agua caliente

Calefacción por aire
Paila (recipiente
encamisado)
Paila agitada
Evaporador
Evaporador
Planta de enfriamiento de
agua

10– 50
100

Líquido viscoso – agua caliente
Líquido viscoso – vapor
Líquido no viscoso – vapor
Amoníaco – agua

500
500
1000 – 3000
500

El intercambio de calor en fluidos que circulan a contracorriente es más
efectivo que a co-corriente, por lo que es más utilizado :
T2
T1

T2
T1

T1
T2

T2
Paralelo

Contracorriente

DondeT1 > T2
En el caso de calentamiento(enfriamiento) discontinuo (batch), el
tiempo se calcula a partir de:

t=

 T − Ti
ln h
UA  Th − T f


mc p






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Ejemplo 2:
En un intercambiador contracorriente se enfría leche desde 73°C a
38°C a razón de 2500Kg h-1. Se utiliza agua a 15°C, que sale del
intercambiador a 40°C. El tubo central (φ =2.5 cm; espesor 3mm) se
sabe tiene para este proceso los siguientes valoresde coef. de
transferencia:
hint.= 1200 Wm-2K-1
hext.= 3000 Wm-2K-1
Calcular tanto el valor de U como la longitud requerida de
tubo.
• TRANSFERENCIA DE CALOR EN ESTADO TRANSITORIO, POR
CONDUCCIÓN Y CONVECCIÓN
Cuando un alimento sólido es calentado o enfriado por un fluido, las
resistencias a la transferencia de calor son h y κ. Estas dos propiedades
térmicas están relacionadas por elnúmero de Biot:
Bi = h D/κ
.si:

importante)

Bi < 0.2 ⇒ hay control externo (film)
Bi > 0.2 ⇒ hay control interno (κ es más

el cálculo es complejo; pero existe gráfico adecuados para sólidos de
geometrías sencillas. en ellos se relacionan un factor de temperatura j,
el número de Fourier y el Bi, donde:
j=

Th − Ti
Th − T f

Fo= κ t/ρ cp D2
CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO EN ESTADOTRANSITORIO.
Depende de la relación entre las resistencias internas y externas, dada
por el número de Biot:

Bi = h l/ κ
a. resistencia interna despreciable (Bi< 0.1)

m cp ∆T = h A ∆T dt

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Que resulta por integración:

(T – Tm)/(To – Tm) = exp (-h A/ m cp) t= exp (-Bi/ Fo)
Donde:

Fo = κ t /(ρ cp l2) = α t / l2
Ejemplo A: Se descongela a 21°C un alimento enlatado (dimensiones
φ =5cm; L= 5 cm) inicialmente a –18°C. Estime la temperatura del
producto después de 30 min.
Datos: κ= 2W m-1 C-1; cp= 2.51 kJ Kg-1 C-1; δ= 961 Kg m-3; h= 5.7 W m-1 C1

Resultado:
Bi= 0.07
De la ecuación anterior:

(T – 21)/(-18 – 21) = exp (-Bi/ Fo)= 0.6
T = -2.4°C
b. Resistencia superficial despreciable. (Bi> 40)
Se obtiene el resultado de la solución de la ecuación general de latransferencia de
calor (analítica o gráfica).
c. Ambas resistencias finitas (0.1 < Bi < 40)
Soluciones similares a las anteriores. (Ver gráfico siguiente).
Ejemplo B: Se enfría una manzana de 21°C a 4°C en airea a 2°C.
Calcule cuánto tiempo tarda en estar el centro de la manzana a 4°C.
Datos: φ = 3cm; κ= 0.35 W m-1 C-1; cp= 3.56 kJ Kg-1 C-1; δ= 800 Kg m-3; h= 3400 W m1

C-1

Resultado:...