Cinética de Congelación

Transcripción

1 Cinética de Congelación Curvas de Congelación Las curva de congelación no es otra cosa que la representación gráfica de la variación de la temperatura del alimento en un determinado punto, usualmente el centro térmico. El componente principal en la mayoría de los alimentos es el agua y la transformación del estado líquido a hielo influye notablemente en sus propiedades termofísicas y en el proceso de congelación. 1

2 Centro térmico = punto de más lento enfriamiento Con Simetría Geométrica y Térmica: Centro térmico Centro geométrico 2

3 Asimetría Geométrica y Térmica Punto más caliente Curvas de Congelación del Centro Térmico a 10 5 Temperatura ( C) Tramo a-b Periodo de pre-enfriamiento b Tramo b-c Periodo de cambio de fase c Tramo c-d Periodo de post-enfriamineto d Tiempo (min) 3

4 Curvas de congelación en diversos puntos del producto Temperatura ( C) Centro Punto interior 1 Punto interior 2 Punto interior 3 Superficie Tiempo (min) 4

5 Tiempos de Congelación El Instituto Internacional de refrigeración (1972) sugiere dos definiciones: Tiempo de congelación nominal. Tiempo efectivo de congelación. Tiempo de congelación nominal. Definido como el lapso de tiempo desde que la temperatura superficial alcanza 0 C, hasta que el centro térmico alcance 10 C por debajo de la temperatura inicial de formación de hielo del producto en el centro térmico. Mide la velocidad de formación del hielo. Relacionado con la calidad del producto. 5

6 Tiempo efectivo de congelación. Definido como el tiempo requerido para congelar un producto desde una temperatura inicial hasta una temperatura final dada en el centro térmico. El cálculo adecuado de los tiempos efectivos de congelación permitiría a los profesionales: Definir el tiempo de residencia requerido y por lo tanto el tamaño del congelador o la velocidad de producción (Capacidad física). Especificar condiciones de operación apropiadas para el congelador (Ej. Temperatura y velocidad del aire). Evaluar como los cambios en las condiciones de operación afectan el tiempo de residencia. Minimizar las pruebas experimentales de congelación. 6

7 Determinación de Tiempos Efectivos de Congelación Experimentalmente Usualmente la mayoría de las plantas de proceso determinan sus condiciones de trabajo y eficiencia mediante ensayos basados en la experiencia. Simulación del Proceso En el caso de la congelación de alimentos, la simulación constituye una de las opciones factibles de utilizar dada la disponibilidad de software especializados, como FoodFreezing, que facilitan el cálculo de tiempos de residencia. Disposición de las termocuplas en las partículas 7

8 Determinación del espesor equivalente en un filete de salmón Software FoodFreezing Web-Aided Software Web based Software Aplicaciones Web para dispositivos móviles 8

9 El Software FoodFreezing fue desarrollado en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos (ICYTAL) de la Universidad Austral de Chile. Actualmente, está disponible el acceso a través del Laboratorio de Métodos Asistidos/bAsados por/sobre la Web para los Cálculos de Ingeniería de Procesos en Alimentos ( Parámetros de congelación para filetes de Salmón en túnel de congelación por aire forzado Parámetro Espesor Filete Temperatura Inicial del Producto Propiedades Humedad Densidad Calor Específico Conductividad Térmica Punto Inicial de Congelación Fracción de Agua No Congelable Temperatura del Medio (Alcohol Etílico 95%) Coeficiente de Transferencia de Calor Temperatura final de congelación Magnitud 28 mm 12 ºC 73,0 % b.h. 1053,8 kg/m ,7 J/kg K 0,484 W/m K -1 ± 0.2 ºC 8 %b.h. -35 ºC 25 W/m 2 K -25 ºC 9

10 10

11 11

12 12

13 Parámetros de congelación para filetes de Salmón en túnel de congelación por aire forzado Parámetro Espesor Filete Temperatura Inicial del Producto Propiedades Humedad Densidad Calor Específico Conductividad Térmica Punto Inicial de Congelación Fracción de Agua No Congelable Temperatura del Medio Coeficiente de Transferencia de Calor Temperatura final de congelación Magnitud 28 mm 12 ºC 73,0 % b.h. 1053,8 kg/m ,7 J/kg K 0,484 W/m K -1 ± 0.2 ºC 8 %b.h. -40 ºC 25 W/m 2 K -30 ºC Parámetros de congelación para filetes de Salmón en túnel de congelación por inmersión en alcohol al 95% Parámetro Espesor Filete Temperatura Inicial del Producto Propiedades Humedad Densidad Calor Específico Conductividad Térmica Punto Inicial de Congelación Fracción de Agua No Congelable Temperatura del Medio (Alcohol Etílico 95%) Coeficiente de Transferencia de Calor Temperatura final de congelación Magnitud 28 mm 12 ºC 73,0 % b.h. 1053,8 kg/m ,7 J/kg K 0,484 W/m K -1 ± 0.2 ºC 8 %b.h. -50 ± 2 ºC 102 ± 3 W/m 2 K -30 ºC 13

14 Congelador continuo con cinta transportadora enteramente de acero inoxidable. Refrigerante Primario: Freon 22. Refrigerante Secundario: Alcohol Etílico al 95%. Factores que influyen sobre la cinética de congelación 14

15 Parámetros de congelación para filetes de Salmón Parámetro Espesor Filete Temperatura Inicial del Producto Propiedades Humedad Densidad Calor Específico Conductividad Térmica Punto Inicial de Congelación Fracción de Agua No Congelable Temperatura del Medio Coeficiente de Transferencia de Calor Temperatura final de congelación Magnitud 22, 25, 28, 30 mm 0 ºC, 12 ºC, 20 ºC 73,0 % b.h. 1053,8 kg/m ,7 J/kg K 0,484 W/m K -1 ± 0.2 ºC 8 % b.h. -30 ºC, -35 ºC, -40 ºC 20, 25, 30, 40 W/m 2 K -10, -18, -25 ºC Propiedades térmicas del producto. Tamaño y forma del producto. Temperatura inicial del producto Temperatura del medio congelador Temperatura final de proceso de congelación Coeficiente de transferencia de calor. 15

16 Tamaño y forma del producto. 16

17 Coeficiente de transferencia de calor. Temperatura del medio congelador. 17

18 Temperatura inicial del producto Temperatura final de proceso de congelación 18

19 Composición (%) Humedad = 73.1 Carbohidratos = 0.5 Proteínas = 19.6 Lípidos = 5.6 Cenizas = 1.2 Fibra = 0 Humedad = 68.9 Carbohidratos = 2.2 Proteínas = 20.6 Lípidos = 7 Cenizas = 1.3 Fibra = 0 Humedad = 63.6 Carbohidratos = 0.3 Proteínas = 22.5 Lípidos = 12.2 Cenizas = 1.4 Fibra = 0 Propiedades (12 ºC) Densidad (kg/m3) = Calor específico (J/kg-K) = Cond. térmica (W/m-K) = Densidad (kg/m3) = Calor específico (J/kg-K) = 3483 Cond. térmica (W/m-K) =0.483 Densidad (kg/m3) = Calor específico (J/kg-K) = Cond. térmica (W/m-K) = Propiedades térmicas del producto. 19

20 Conclusiones El tiempo de residencia del producto en el aparato congelador es una información necesaria para los Ingenieros relacionados a la industria del frío, para el diseño y evaluación de equipos y procesos de congelación. Los Software especializados como FoodFreezing permitirían reducir los costos involucrados en los ciclos de diseño y evaluación de equipos y procesos 20