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Principios de transferencia de calor en estado no estacionario

Enfriamiento y Congelación de Alimentos y Materiales Biologicos
by Carlos Roberto Plasencia Garcia on 11 December 2012

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Transcript of Principios de transferencia de calor en estado no estacionario

5.5B Enfriamiento de alimentos y de materiales biológicos El enfriamiento reduce la temperatura de los productos hasta el valor ideal para el almacenamiento en frío, que puede ser de -1.1°C hasta 4.4°C.

Estas velocidades de enfriamiento siguen las leyes de la conducción de calor de estado no estacionario.

El calor se elimina por convección en la superficie del material y por conducción de estado no estacionario, en el propio material Para eliminar este calor se utiliza el fluido que rodea al alimento o material biológico, que en muchos casos es aire enfriado. 5.5A Introducción Introduccion En la congelación de alimentos y de otros materiales biológicos, primero se verifica la eliminación del calor sensible por enfriamiento, para después eliminar el calor latente de congelación.

El calor latente de congelación del agua, que es de 335 Kj/kg (144 btu/lbm), es una porción considerable del total de calor de disolución de las sales, etc., pero casi siempre son pequeños. Riedel a construido graficas de entalpia-temperatura-composición para la congelación de muchos alimentos. Estas curvas muestran que la congelación no se verifica a una temperatura precisa, sino que ocurre en un intervalo de varios grados. Como consecuencia, no hay un punto de congelación definido con un solo calor latente de congelación. Puesto que en el proceso de congelación estado no estacionario hay un calor latente de congelación, las ecuaciones normales de conducción para estado no estacionario, así como las graficas que se incluye en este capitulo, no pueden usarse para predecir el tiempo de congelación .
La resolución analítica completa de la velocidad de congelación de alimentos y de materiales biológicos resulta muy difícil debido a la variación de las propiedades físicas con la temperatura, la variación del grado de congelación con respecto a la temperatura y otros factores. Por lo general se aplica a la solución aproximada de Plank. Enfriamiento y Congelación de Alimentos y Materiales Biológicos 5.5C Congelación de alimentos y de materiales biológicos Introducción Principios de Transferencia de Calor en Estado Estacionario A diferencia de muchos materiales inorgánicos y orgánicos que son relativamente estables, los alimentos y otros materiales biológicos se descomponen con bastante rapidez a temperatura ambiente.

Los microorganismos atacan todo tipo de alimentos, descomponiéndolos y haciéndolos inadecuados para su consumo.

A temperaturas bajas, la velocidad de crecimiento de los microorganismos se reduce si la temperatura es inferior a la óptima para su desarrollo. El agua desempeña un papel importante en esta velocidad de deterioro, y la mayoría de los materiales biológicos contienen agua.
Para alcanzar una temperatura suficientemente baja para que estas velocidades casi cesen, es necesario que se congele casi toda el agua.

El enfriamiento de materiales se basa en la eliminación del calor sensible y calor metabólico.

En la congelación de alimentos y materiales biológicos, la temperatura se reduce de tal manera que casi toda el agua se transforma en hielo. Esto ayuda a que los materiales puedan preservarse hasta por un año, mas o menos. El fluido que se usa para enfriamiento es un liquido que fluye sobre la superficie y los valores de h varían desde 280 hasta 1700 W/(m*m).

En algunos casos se usa un enfriador de contacto o de placa cuando el material esta en contacto con placas frías. Para esto se suman las resistencias del empaque que lo cubre:
Rt=Rp+Rc Cuando el alimento o material se empaca en cajas o se recubre con una película de plástico, es necesario considerar esa resistencia adicional. Donde Rp es la resistencia del empaque, Rc la resistencia de la película convectiva exterior, y Rt la resistencia total.
Entonces para cada resistencia:
Rc = 1 / hcA
Rp = ∆ x / kA
Rt = 1 / hA La principal fuente de error en el uso de las gráficas de estado no estacionario son los datos inadecuados de densidad, Cp, y conductividad térmica de los alimentos, mas la predicción del coeficiente convectivo. 2.- Solución aproximada de Plank para la congelación: Plank dedujo una solución aproximada para el tiempo de congelación, que suele ser suficiente para los propósitos de ingeniería. Las suposiciones implicadas de la deducción son las siguientes. Al principio, todo el material esta a la temperatura de congelación, pero sin congelarse. La conductividad térmica de la pieza congelada es contante. Todo el material se congela al punto de congelación, con un calor latente contante. En la figura se muestra el enfriamiento por convección de una pieza de espesor a m. En un instante dado t s, se ha formado un espesor de x m de capa congelada en ambos lados. La temperatura del medio ambiente es contante y equivalente a T1 K y la temperatura de congelación Tf, también es contante. Existe en el centro una capa sin congelar Tf. EQUIPO PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR INTERCAMBIADOR DE CALOR: Es un aparato cuyo propósito principal es la transferencia de energía entre dos fluidos.
Los cambiadores de calor generalmente se clasifican en 3 categorías:
Regenadores
Cambiadores de tipo abierto
Cambiadores de tipo cerrado o recuperadores Los generadores son cambiadores en los que fluyen, alternadamente, fluidos calientes y fríos a través del mismo espacio con la menor mezcla posible entre ambas corrientes Cambiadores de calor tipo abierto Son aparatos donde realmente ocurre la mezcla física de las dos corrientes de fluido. Es decir, dos fluidos, uno caliente y uno frio entran en cambiadores de calor de tipo abierto y salen como una sola corriente Cambiadores de tipo cerrado También llamados recuperadores las corrientes caliente y fría de fluido no entran en contacto directo entre si sino que están separadas por la pared de un tubo o por una superficie que puede ser plana o estar curvada de alguna maneraPor lo tanto el intercambio de energía se realiza de un fluido a una superficie por convección. Un recuperador se clasifica de acuerdo con su configuración y el numero de veces que una corriente de fluido pasa al atravesar el cambiador de calor
flujo paralelo flujo concurrente
Flujo contracorriente o contraflujo
Flujo cruzado Solo un paso El fluido que abandona el cambiador por un extremo del arreglo en forma de emparedado experimentara una variación no uniforme de temperatura de un lado al otro ya que cada una de las secciones hace contacto con una corriente adyacente de fluido a diferente temperatura En la figura el fluido del lado del tubo pasa dos veces en tanto que del lado de la coraza pasa solamente una vez. Por medio de los deflectores se realiza un buen mezclado del fluido del lado de la coraza
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