Calculo Tiempos Congelacion - ICYTAL

Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
Cinética de Congelación
Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
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.
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9 Centro térmico = punto de más lento enfriamiento
9 Con Simetría Geométrica y Térmica:
Centro térmico ≈ Centro geométrico
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Asimetría Geométrica y Térmica
Punto más caliente
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Curvas de Congelación del Centro Térmico
20
15 a
10
Temperatura (°C)
5
Tramo a-b
Tramo c-d
Tramo b-c
0
c
b
-5
Periodo de cambio de fase
Periodo de
pre-enfriamiento
-10
Periodo de post-enfriamineto
-15
d
-20
-25
0
5
10
15
20
25
Tiempo (min)
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Curvas de congelación en diversos puntos del producto
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Centro
Temperatura (°C)
10
Punto interior 1
5
Punto interior 2
0
Punto interior 3
Superficie
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Tiempo (min)
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Tiempos de Congelación
El Instituto Internacional de refrigeración (1972) sugiere dos
definiciones:
9 Tiempo de congelación nominal.
9 Tiempo efectivo de congelación.
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9 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”.
ƒ Mide la velocidad de formación del hielo.
ƒ Relacionado con la calidad del producto.
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9 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”.
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El cálculo adecuado de los tiempos efectivos de
congelación permitiría a los profesionales:
9 Definir el tiempo de residencia requerido y por lo tanto
el tamaño del congelador o la velocidad de producción
(Capacidad física).
9 Especificar condiciones de operación apropiadas para
el congelador (Ej. Temperatura y velocidad del aire).
9 Evaluar como los cambios en las condiciones de
operación afectan el tiempo de residencia.
9 Minimizar las pruebas experimentales de congelación.
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Determinación de Tiempos Efectivos de Congelación
9 Experimentalmente
Usualmente la mayoría de las plantas de proceso determinan sus
condiciones de trabajo y eficiencia mediante ensayos basados en
la experiencia.
9 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.
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Disposición de las termocuplas en las partículas
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Determinación del espesor equivalente en un
filete de salmón
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Software FoodFreezing
• Web-Aided Software
• Web based Software
• Aplicaciones Web para dispositivos móviles
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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 (www.wamfoodlab.cl).
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Parámetros de congelación para filetes de Salmón en
túnel de congelación por aire forzado
Parámetro
Magnitud
Espesor Filete
28 mm
Temperatura Inicial del Producto
12 ºC
Propiedades
Humedad
73,0 % b.h.
Densidad
1053,8 kg/m3
Calor Específico
3578,7 J/kg K
Conductividad Térmica
0,484 W/m K
Punto Inicial de Congelación
-1 ± 0.2 ºC
Fracción de Agua No Congelable
8 %b.h.
Temperatura del Medio (Alcohol Etílico 95%)
-35 ºC
Coeficiente de Transferencia de Calor
25 W/m2 K
Temperatura final de congelación
-25 ºC
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Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
Parámetros de congelación para filetes de Salmón en
túnel de congelación por aire forzado
Parámetro
Magnitud
Espesor Filete
28 mm
Temperatura Inicial del Producto
12 ºC
Propiedades
Humedad
73,0 % b.h.
Densidad
1053,8 kg/m3
Calor Específico
3578,7 J/kg K
Conductividad Térmica
0,484 W/m K
Punto Inicial de Congelación
-1 ± 0.2 ºC
Fracción de Agua No Congelable
8 %b.h.
Temperatura del Medio
-40 ºC
Coeficiente de Transferencia de Calor
25 W/m2 K
Temperatura final de congelación
-30 ºC
Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
Parámetros de congelación para filetes de Salmón en
túnel de congelación por inmersión en alcohol al 95%
Parámetro
Magnitud
Espesor Filete
28 mm
Temperatura Inicial del Producto
12 ºC
Propiedades
Humedad
73,0 % b.h.
Densidad
1053,8 kg/m3
Calor Específico
3578,7 J/kg K
Conductividad Térmica
0,484 W/m K
Punto Inicial de Congelación
-1 ± 0.2 ºC
Fracción de Agua No Congelable
8 %b.h.
Temperatura del Medio (Alcohol Etílico 95%)
-50 ± 2 ºC
Coeficiente de Transferencia de Calor
102 ± 3 W/m2 K
Temperatura final de congelación
-30 ºC
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Congelador continuo con cinta transportadora enteramente de acero
inoxidable. Refrigerante Primario: Freon 22. Refrigerante Secundario:
Alcohol Etílico al 95%.
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Factores que influyen sobre la cinética de
congelación
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Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
Parámetros de congelación para filetes de Salmón
Parámetro
Magnitud
Espesor Filete
22, 25, 28, 30 mm
Temperatura Inicial del Producto
0 ºC, 12 ºC, 20 ºC
Propiedades
Humedad
73,0 % b.h.
Densidad
1053,8 kg/m3
Calor Específico
3578,7 J/kg K
Conductividad Térmica
0,484 W/m K
Punto Inicial de Congelación
-1 ± 0.2 ºC
Fracción de Agua No Congelable
8 % b.h.
Temperatura del Medio
-30 ºC, -35 ºC, -40 ºC
Coeficiente de Transferencia de Calor
20, 25, 30, 40 W/m2 K
Temperatura final de congelación
-10, -18, -25 ºC
Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
9 Propiedades térmicas del producto.
9 Tamaño y forma del producto.
9 Temperatura inicial del producto
9 Temperatura del medio congelador
9 Temperatura final de proceso de congelación
9 Coeficiente de transferencia de calor.
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Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
• Tamaño y forma del producto.
Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
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Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
• Coeficiente de transferencia de calor.
Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
• Temperatura del medio congelador.
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Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
• Temperatura inicial del producto
Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
• Temperatura final de proceso de congelación
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Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
Composición (%)
Propiedades (12 ºC)
Humedad
Carbohidratos
Proteínas
Lípidos
Cenizas
Fibra
= 73.1
= 0.5
= 19.6
= 5.6
= 1.2
=0
Densidad (kg/m3)
= 1053.8
Calor específico (J/kg-K) = 3578.7
Cond. térmica (W/m-K) = 0.484
Humedad
Carbohidratos
Proteínas
Lípidos
Cenizas
Fibra
= 68.9
= 2.2
= 20.6
=7
= 1.3
=0
Densidad (kg/m3)
= 1061.4
Calor específico (J/kg-K) = 3483
Cond. térmica (W/m-K) =0.483
Humedad
Carbohidratos
Proteínas
Lípidos
Cenizas
Fibra
= 63.6
= 0.3
= 22.5
= 12.2
= 1.4
=0
Densidad (kg/m3)
= 1054.5
Calor específico (J/kg-K) = 3375.4
Cond. térmica (W/m-K) = 0.456
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• Propiedades térmicas del producto.
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Conclusiones
Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.
9 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.
9 Los Software especializados como FoodFreezing
permitirían reducir los costos involucrados en los
ciclos de diseño y evaluación de equipos y
procesos
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