Propiedades Termofisicas

CÁLCULO DE PROPIEDADES TÉRMOFISICAS



INTRODUCCION


Los alimentos son sistemas complejos, siendo de origen biológico están sujetos a una gran variabilidad en su composición y estructura (Toledo,1991); sumado a lo anterior existen cambios en la composición que ocurren durante los procesos típicos de la industria alimentaria, tales como, congelación, evaporación, deshidratación, etc; estohace que se dificulte el conocer su comportamiento y sus propiedades físicas.
Entre las propiedades de alimentos más recurrentes, están las propiedades térmicas, íntimamente ligadas a los procesos térmicos. Las propiedades térmicas involucradas en los distintos procesos térmicos son: conductividad térmica, calor específico y difusividad térmica.
Aunque en la literatura se puedeencontrar cierta información experimental sobre las propiedades térmicas de algunos alimentos comunes, la inmensa cantidad de productos alimenticios, sus diferentes composiciones, y las diferentes temperaturas a que se llevan a cabo los procesos, hacen que las posibilidades de encontrar un valor adecuado sean reducidas.


Las propiedades térmicas de los alimentos se definen como:

Calorespecífico(Cp): Es la medida de la cantidad de energía que acompaña al cambio de una unidad de temperatura por unidad de masa. Sus unidades son (J/kgºC).

Conductividad térmica (k): Es igual al flujo de calor de un área cuando se incrementa la temperatura en una unidad y la distancia en una unidad de longitud. Sus unidades son (W/mºC).Difusividad térmica ((): Es la relación entre la conductividad térmica y el calor específico por su densidad. Sus unidades son (m2/s).

Debido a la necesidad de evaluar estas propiedades, se han propuesto muchas expresiones que permiten predecir las propiedades térmicas basándose en los componentes de los alimentos; entre estas están las ecuaciones de Siebel (1912), Dickerson (1969), y Charm (1978)para determinación del calor específico; Maxwell (1904), Riedel (1949), Earle (1966), Sweat (1974), Harper (1976), Rask(1989), Lind(1991), etc. para la conductividad térmica.

Choi y Okos (1987) estudiaron el efecto de la variación de la composición en las propiedades térmicas llegando a obtener correlaciones para los siguientes componentes: humedad, proteínas, lípidos, carbohidratos, fibrasy cenizas. Estas correlaciones están función únicamente de la temperatura a que está expuesto el alimento.

Las correlaciones encontradas para evaluar el calor específico en (J/kg°C), de los distintos componentes son los siguientes:


Cp proteínas = 2008,2 + 1208,9·10-3T – 1312,9·10-6T2
Cp lípidos= 1984,2 + 1473,3·10-3T – 4800,8·10-6T2
Cp carbohidratos = 1548,8 + 1962,5·10-3T –5939,9·10-6T2
Cp fibra = 1845,9 + 1930,6·10-3T - 4650,9·10-6T2
Cp cenizas = 1092,6 + 1889,6·10-3T – 3681,7·10-6T2


Para el agua sobre la congelación:

Cp agua = 4176,2 – 9,0862·10-5T + 5473,1·10-6T2

donde T es la temperatura del alimento en ºC

Siendo el Cp del alimento:
Cp alimento = ( Cpi·Xi

donde Xi = Fracción de componente del alimento

Para laconductividad térmica evaluada en (W/mºC), de los distintos componentes son las siguientes:

k agua = 0,57109 + 0,0017625T – 6,7376·10-6T2
k proteínas = 0,1788 + 0,0011958T - 2,7178·10-6T2
k lípidos = 0,1807- 0,0027604T - 1,7749·10-7T2
k carbohidratos = 0,2014 + 0,0013874T - 4,3312·10-6T2
k fibra = 0,18331+ 0,0012497T – 3,1683·10-6T2
k cenizas = 0,3296 + 0,001401T – 2,9069·10-6T2

Laconductividad térmica del alimento se calcula como:

kalimento = ( ki · Xvi

Donde Xvi es la fracción en volumen de cada componente del alimento y se determina de la fracción de masa Xi, de la densidad individual ((i) y de la densidad del alimento ((alimento):

Xvi = (Xi · (alimento /(i)


Las densidades individuales en (kg/m3) son obtenidas de las ecuaciones siguientes:

( agua...