Ingenieria De Alimentos 2

Principios termodinámicos de termodiná transferencia de calor

1

Ingeniería de Alimentos II M.C. Héctor Ruiz Espinosa Otoño 2011

La inmensa mayoría de productos alimenticios procesados es sometido a un proceso térmico durante su elaboración.

Transferencia de calor en procesos alimenticios

Operaciones relacionadas
Los alimentos experimentan movimiento de calor a través o alrededorde ellos desde el crecimiento hasta su preparación para el consumo. ¿Ejemplos? Procesos directos e indirectos
Termizado Escaldado Pasteurizado UHT Evaporación Destilación Secado Horneado Freído Refrigerado/ Congelado

1

Objetivos de la transferencia de calor en sistemas alimenticios
Mejoramiento/ modificación de características funcionales/ sensoriales. Reducción de carga microbianaInactivación enzimática Reducción de agua libre Reducción de tasas de rxns; bacteriostático (↓T)

Calor
Calor: forma de energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a un diferencial de temperatura entre ellos. El calor tiende a fluir de un punto más frío a uno más caliente para buscar una Teq Fluido termodinámico: aquel que lleva a cabo un proceso termodinámico Sistema termodinámico
Abierto ycerrado

Tipos de calor
Calor sensible La transferencia de calor resulta en un cambio de temperatura No hay un cambio de fase asociado

Calor latente
La transferencia de calor resulta en un cambio de fase. No hay un cambio de temperatura asociado

2

Propiedades térmicas
Capacidad calorífica Conductividad térmica Difusividad térmica

Capacidad térmica té
Requerida en procesos detransferencia de calor sensible (sin cambio de fase) Habilidad de cierta cantidad de material de almacenar calor Unidades: KJ/Kg ºC, KJ/Kg K Dos formas de medirse:
A V constante (Cv) A P constante (Cp)
Más común en procesamiento de alimentos.

En función de la composición del producto

Valores de Cp en alimentos
Producto Agua Pepino Mantequilla Leche descremada Leche entera Tocino AguacateJamón ahumado Espárrago Cp experimental (KJ/Kg K) 4.19 4.10 2.15 4.02 3.90 2.01 3.01 2.72 3.94

www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-capacity-food-d_295.html

3

Valores aproximados de Cp por componente alimenticio

Cp de metales

Cambios en Cp por debajo del punto de congelación congelació

<
4

¿Cómo se obtiene experimentalmente el Cp? Cp?
DSC= Differential ScanningCalorimetry

Flujo de calor = W/g = J/s.g Tasa de calentamiento= ºC/s Dividiendo: FC/ TC = J.s / g.ºC.s = J/g ºC

Modelos matemáticos matemá para cálculos de Cp cá
Los más simples: basados en fracción másica de agua.
Por encima del punto de congelación (Siebel, 1982) Por debajo del punto de congelación (Siebel, 1982) Por encima del punto de congelación (Lamb, 1976)

Ajuste de modelo en alimentosselectos

5

Modelos con composición composició compleja de alimentos
Con grasa y sólidos no grasos
Charm, 1978

Con sólidos no grasos desglosados
c Heldman y Singh, 1981

Choi y Okos, 1986 Influencia de T

Coeficientes Cp para Choi y Okos (1986)

Problema 1
Compara los valores de Cp obtenidos con los modelos de Siebel, Charm y Heldman & Singh para un queso cheddar con la siguientecomposición.

Cp= 3.05 KJ/KgK DSC con q=10ºC/min

6

Conductividad térmica
Cantidad de calor conducida por un grosor conocido de cierto material, por diferencial de T de 1ºC

=

q x (T1-T2)

Conductividad térmica
Gran variabilidad
Material Metales Aleaciones Agua Aire Aislantes térmicos Conductividad (W/m ºC) 50 - 400 10 -120 0.597 0.0251 0.03 – 0.17

Conductividad térmicaAlimentos
Producto Manzana Huevo Cerdo Salmón Fresa Humedad (%) 85.6 75.1 73 90 T (ºC) 2-36 -10 6 4 14-25 Conductividad (W/m ºC) 0.393 0.97 0.488 0.502 0.675

7

Modelos para cálculo de K
Frutas con Xw>60% Cárnicos (0-60ºC) Sólidos y líquidos; coeficientes son componentes puros

Modelos para cálculo de K considerando T
Choi y Okos, 1986

Riedel, 1949

Coeficientes K y ρ para Choi y Okos...