Liofilizacion

“Año de la Infraestructura para la Integración”

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

TRANSFERENCIA DE MASA Y CALOR EN LA LIOFILIZACIÓN
CÁTEDRA : TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS II

CATEDRÁTICO:

Msc. VICTORIA ANCASI C.

INTEGRANTES : GAMARRA TENICELA, Lizbeth GARCÍA VENTOCILLA, David GÓMEZ VILA, José Luis MEJIA AGUIRRE, Lidia TOLEDORUIZ, Rider Miguel SEMESTRE : VIII
HUANCAYO – PERÚ 2005

Transferencia de calor por convección
El proceso más común de liofilización se basa en que los gases que rodean al material suministran a la superficie del sólido el calor de sublimación necesario.Después, el calor se transfiere por conducción a la superficie congelada. El flujo específico de calor a la superficie del material se verificapor convección, y una vez en le sólido seco, por conducción hasta la superficie de sublimación. El flujo de calor a la superficie es igual al que pasa por el sólido seco, suponiendo un estado seudo estacionario. k q = h(Te − ts ) = (Ts − Tf ) (2) ΔL Donde: • q es el flujo0 especifico de calor en W 8J/s) • h es el coeficiente externo de transferencia de calor en W/m2. k • Te esla temperatura externadel gas en ºC • Ts es la temperatura de la superficie del sólido seco en ºC • Tf es la temperatura del plano de sublimación o capa congelada en ºC, • K es la conductividad térmica dedl sólido en W/m.K • Δ L es el espesor de la capa seca en m. • La ecuación (2) puede expresarse como sigue:
q= 1 (Te − Tf ) 1 ΔL + h k

(2.1)

Transferencia de calor por conducción
La transferencia de calor porconducción en la liofilización se basa en la ley de Fourier que nos menciona que la transferencia de calor por conducción esta en relación directa al área de transferencia y a la diferencia de temperaturas del medio y del alimento (para esta caso); y en relación indirecta a la distancia que recorrerá el calor en el alimento.

q x = − kA
Donde:

dT dx

(3)

• qx es la rapidez detransferencia de calor (W) a lo largo del eje de referencia para este caso “x” • k es la conductividad térmica del alimento (W/m . K) • A es la sección transversal del alimento • dT es la diferencia de temperaturas del alimento y su entorno • x es el espesor del alimento • La ecuación (3) se puede modificar para obtener el flujo de calor
q' ' x = qx dT = −k A dx

(4)

Observaciones: • La ley deFourier implica que el flujo de calor es una cantidad direccional. • En particular, la dirección de qx es normal hacia el área A de la sección transversal. O de forma mas general, la dirección del flujo de calor siempre será normal hacia un superficie de temperatura constante, denominada superficie isotérmica (las superficies isotérmicas son planos normales a la dirección x). • La ley de Fourier no esuna expresión que deriva de principios fundamentales; es en cambio una generalización que se basa en pruebas experimentales. • Es una expresión que define una propiedad material importante, la conductividad térmica. • La ley de Fourier es una expresión vectorial que indica que el flujo de calor es normal a una isoterma y en la dirección de la temperatura decreciente. • La ley de Fourier se aplicaspara toda materia sin importar su estado. Sólido, líquido o gaseoso. Pero es de suponer que el calor no solo se transfiere en una sola dirección sino que esta se distribuye tridimensionalmente ya sea en coordenadas cartesianas, cilíndricas o esféricas. Para coordenadas cartesianas un planteamiento más general de la ley de Fourier es como sigue:

⎛ ∂T ∂T ∂T ⎞ q ' ' = −k∇T = −k ⎜ i ⎜ ∂x + ∂y + ∂z⎟ ⎟ ⎝ ⎠

(5)

Ecuación de difusión de calor
Ecuación de difusión para coordenadas cartesianas Grafico Nº 01

Conocida la ley de Fourier se puede obtener una ecuación general que nos indique la difusión del calor en un alimento cualquiera. Para lo cual se introduce conceptos de energía generada y energía almacenada. La energía generada por el alimento (q*) que es una manifestación de...