UNIDAD 4: CALCULO DE PROPIEDADES TERMOFISICAS DE ALIMENTOS. PROBLEMAS RESUELTOS MEDIANTE FOODPROPERTY (Versión Alfa)

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1 UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS / ASIGNATURA : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234) PROFESOR : Elton F. Morales Blancas UNIDAD 4: CALCULO DE PROPIEDADES TERMOFISICAS DE ALIMENTOS PROBLEMAS RESUELTOS MEDIANTE FOODPROPERTY (Versión Alfa) 1. Cortes de carne de cordero de 12 x 6 x 3 cm tienen una temperatura inicial de 10 ºC. Calcule la temperatura en la cual el 88 % del agua libre del producto se congela. Carne de cordero: Humedad 72% Densidad 1050 Kg/m 3 Y wz =0.72 Kg/Kg Ys = Kg/Kg Ys = 0.28 Kg/Kg Fracción másica de sólidos totales del producto. Y b = 0.3 x 0.28 Y b = Kg/Kg Y WA = Y WA = 0.636Kg/ Kg Y Y I I = 0.636x0.88 = = 0.56Kg / Kg Yi( T ) = 1 Yw( T ) Ys Yw = 0.16Kg / Kg

2 Se comienza eligiendo el modelo de Solución binaria, ya que las propiedades se calcularán en base al contenido inicial de agua. El siguiente paso corresponde a la elección del proceso en el que se trabajará, que en este caso corresponde a congelación / descongelación.

3 En el recuadro de las Propiedades, se estiman las propiedades de acuerdo al contenido de humedad, donde se debe ingresar además, la densidad del alimento y la temperatura inicial de estimación de propiedades. Al presionar el botón para calcular las propiedades, nos encontramos con el siguiente recuadro, en donde se encuentran los resultados de las propiedades a la temperatura inicial.

4 Haciendo clic en el botón siguiente, nos encontramos con un recuadro donde se debe ingresar las temperaturas a las que se quiere obtener las propiedades termofísicas del alimento, teniendo la opción de ingresar temperaturas específicas, o un rango de temperaturas, en el cual se debe ingresar un intervalo para el rango elegido. Finalmente, en el siguiente recuadro, se presentan los resultados a las temperaturas requeridas, donde se determina la temperatura en la cual un 88% del agua libre del alimento se congela.

5 Respuesta: La temperatura a la cual un 88% del agua libre del producto se congela, corresponde a C.

6 3. Una planta de alimentos procesa cortes de zanahoria de las siguientes dimensiones: 4x2x1 cm. El producto tiene una temperatura inicial de 20ºC. La temperatura del aire es de - 40ºC. Considerar la temperatura en el centro térmico al final del proceso igual a -20ºC. a) Calcule los requerimientos de refrigeración. b) Si se quiere congelar frambuesas de 25 mm de diámetro en promedio desde 15ºC hasta -10ºC, bajo los mismos parámetros de congelación y operaciones del túnel de congelación anterior. Cuáles serían los requerimientos de refrigeración?. Zanahoria: Humedad: 89%. Densidad: 1030Kg/m 3 Frambuesas: Humedad: 84.1% Proteínas: 1.2% Lípidos: 0.7 % Carbohidratos: 10.7% Fibra cruda: 2.8% Cenizas:0.5% Ys = 1 Y WZ Y WZ = 0.89 Ys = Ys = 0.11

7 En el siguiente recuadro, se elige la opción Solución binaria, ya que las propiedades se calcularán en base al contenido inicial de humedad. En el recuadro denominado Rango de temperaturas, se elige el proceso de Congelación / Descongelación, ya que se trabajará dentro del rango de 20 C hasta -20 C.

8 En el siguiente recuadro, se debe ingresar el contenido de humedad, además de la densidad, y la temperatura de estimación de propiedades iniciales, para posteriormente obtener el cálculo de las propiedades. En el cuadro que se muestra a continuación, aparecen los resultados de los cálculos obtenidos de las propiedades a la temperatura inicial.

9 En este caso se elige la opción Temperaturas Específicas, puesto que se desea obtener las propiedades sólo a 20 y 20 C, para calcular de esta forma los requerimientos de refrigeración. Aquí se obtienen los resultados a las temperaturas especificadas anteriormente, con los cuales será posible determinar los requerimientos de refrigeración.

10 a) Cálculos: 0 Kg 1h m = 1000 = Kg / s h 3600s 0 ( ) Req.refrig= m H ( 20) H ( 20) Kg s Req.refrig= [J/s] Req.refrig= ( ) Kg Req.refrig= [KW] J b) En este caso, se elige la opción Composición fraccional, ya que se cuenta con la información de la proporción de cada componente del alimento en cuestión.

11 Corresponde elegir el proceso de Congelación / Descongelación, ya que se trabajará con temperaturas que se encuentran dentro del rango. En el presente recuadro se debe ingresar la composición del alimento.

12 En el recuadro que se muestra, se elige la opción temperaturas específicas, ya que necesito obtener las propiedades a 10 y 15 C. Como se puede observar en el recuadro, se muestran los resultados obtenidos para las distintas propiedades, a las temperaturas dadas.

13 0 Kg 1h m = 1000 = Kg / s h 3600s 0 Req.refrig= m (H 15 C - H -10 C ) Kg Req.refrig= ( ) s Kg Req.Refrig. = [J/s] Req.Refrig. = 92.9 [KW] J

14 4. Una planta de congelación trabaja con cortes de carne de cordero de 12 x 6 x 3cm. El producto tiene una temperatura inicial de 10 º C. La temperatura del aire es de 35 º C y el coeficiente convectivo de transferencia de calor es igual a 35 W/m 2 K. a) Determine los requerimientos de refrigeración para congelar 2000 Kg/h de carne de cordero. Considere la temperatura final del proceso C. b) Cuál es la carga en KW para 1000 Kg/h de arvejas verdes en el aparato congelador?. Considere la temperatura inicial de 18 0 C y una temperatura final de proceso de C. c) Que cantidad de cerezas de 30mm de diámetro se podrá congelar en el aparato congelador?. Considere la temperatura inicial de 10 0 C y una temperatura final C. Arvejas verdes: Humedad = 75.4% Proteínas = 4.8% Lípidos = trazas Carbohidratos = 16.4% Fibra cruda = 2.8% Cenizas = trazas Cerezas: Humedad = 82.6% Proteínas = 1.8% Lípidos = trazas Carbohidratos = 14.3% Fibra cruda = trazas Cenizas = trazas Carne de cordero: Humedad = 70% Densidad = 1060 Kg/m 3 a) En el siguiente recuadro, se elige la opción Solución binaria, ya que las propiedades se calcularán en base al contenido inicial de humedad.

15 En el recuadro denominado Rango de temperaturas, se elige el proceso de Congelación / Descongelación, ya que se trabajará dentro del rango de 10 C hasta -10 C. En el siguiente recuadro, se debe ingresar el contenido de humedad, además de la densidad, y la temperatura de estimación de propiedades iniciales, para posteriormente obtener el cálculo de las propiedades.

16 En el cuadro que se muestra a continuación, aparecen los resultados de los cálculos obtenidos de las propiedades a la temperatura inicial. En este caso se elige la opción Temperaturas Específicas, puesto que se desea obtener las propiedades sólo a 10 y 10 C, para calcular de esta forma los requerimientos de refrigeración.

17 Aquí se obtienen los resultados a las temperaturas especificadas anteriormente, con los cuales será posible determinar los requerimientos de refrigeración. 0 Kg 1h m = 2000 = 0.555Kg / s h 3600s 0 Req.refrig= m (H 10 C - H -10 C ) Kg Req.refrig= ( ) s Kg Req.Refrig. = [J/s] Req.Refrig. = [KW] J

18 b) En este caso, se elige la opción Composición fraccional, ya que se cuenta con la información de la proporción de cada componente del alimento en cuestión. Corresponde elegir el proceso de Congelación / Descongelación, ya que se trabajará con temperaturas que se encuentran dentro del rango.

19 En el presente recuadro se debe ingresar la composición del alimento. En el recuadro que se muestra, se elige la opción temperaturas específicas, ya que necesito obtener las propiedades a 18 y 18 C.

20 Como se puede observar en el recuadro, se muestran los resultados obtenidos para las distintas propiedades, a las temperaturas dadas. 0 Kg 1h m = 1000 = Kg / s h 3600s 0 Req.refrig= m (H 18 C - H -18 C ) Kg Req.refrig= ( ) s Kg Req.Refrig. = [J/s] Req.Refrig. = [KW] J

21 c) En este caso, se elige la opción Composición fraccional, ya que se cuenta con la información de la proporción de cada componente del alimento en cuestión. Corresponde elegir el proceso de Congelación / Descongelación, ya que se trabajará con temperaturas que se encuentran dentro del rango. (10 a -10 C)

22 En el presente recuadro se debe ingresar la composición del alimento. En el recuadro que se muestra, se elige la opción temperaturas específicas, ya que se necesita obtener las propiedades a 10 y 10 C.

23 Como se puede observar en el recuadro, se muestran los resultados obtenidos para las distintas propiedades, a las temperaturas dadas. m Kg J = m h Kg m cordero H Total cerezas cordero J Kg 0 m cereza = ρ v = m = m cerezas cerezas Kg = h Η cerezas cerezas D = 30 mm r = 15mm = m J Kg J Kg Volumen cereza: 4 π R = π = *10 5 m 3 0 m cereza = ρ v ρ = kg / m 3

24 0 5 m cereza = *10 = kg/h de cereza Entonces para determinar unidades de cereza, se tiene: m m 0 Total 0 Cereza kg / h = 0.015kg / h = Unidades de cereza.

25 6) En base a la información suministrada completar la siguiente tabla de datos de propiedades térmicas para arvejas verdes. T( C) Y W Y I ρ (Kg/m 3 ) C P (J/Kg K) K (W/m K) Punto inicial de congelación = C Fracción másica de agua no congelable = kg/kg prod. Calcular las propiedades del producto congelado a 15 C. Se selecciona la opción Solución binaria, ya que se resuelve de acuerdo al contenido inicial de agua.

26 De acuerdo al rango de temperatura en el que se trabajará, corresponde elegir el proceso de Congelación / Descongelación. En el siguiente recuadro se debe ir iterando tanto las propiedades termofísicas como las temperaturas de ellas, para poder obtener los valores pedidos a dichas temperaturas.

27 Dentro del recuadro que da la opción de ingresar el Rango de temperaturas, se toma 20 a 20 C, con un intervalo de 1, para obtener las propiedades requeridas a todas las temperaturas que se necesita. En el presente recuadro se muestran los resultados obtenidos para las propiedades termofísicas, a las temperaturas requeridas.

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29 Con los resultados obtenidos mediante Food Property, se completa la siguiente tabla: T( C) Y W Y I ρ (Kg/m 3 ) C P (J/Kg K) K (W/m K)