Diseo de equipos Clculo del tiempo de congelacin

Diseño de equipos Cálculo del tiempo de congelación

Evolución de la temperatura durante el congelamiento t 1: preenfriamiento t 2: congelamiento T 1 t 3: atemperado o enfriamiento T 2 Agua T 3 Alimento T 4 Medio t 1 t 2 t 3

Definiciones Centro térmico: región de la pieza que se enfría más lentamente n Punto de congelación (T 2): temperatura más elevada a la cual los cristales de hielo tienen existencia estable n Punto final (T 3): temperatura que se establece como fin del congelamiento, quedará agua sin congelar n

Definiciones Tiempo de congelamiento: tiempo necesario para alcanzar la máxima formación de cristales en el centro térmico. n Tiempo de congelamiento efectivo: tiempo necesario para disminuir la temperatura de un producto desde T 1 hasta un valor dado en el centro térmico T 3 n

Velocidad vs calidad n Velocidad de congelación: – Rápida > 5°C/min – Lenta < 1°C/min n n Tiempo total máximo para una congelación rápida: 2 horas. Depende de kalim y su tamaño (menor distancia al centro térmico) Gradiente térmico del equipo de congelación Q= h (Ts-T 4)

Velocidad de congelación

Números adimensionales Si Biot Bi <0. 1 Control Externo Bi >100 Control Interno 0. 1< Bi < 100 Control Mixto Fo (FOURIER) = Difusividad Térmica x tiempo/ Lc 2 Difusividad Térmica = k / r * Cp

Transmisión de calor k T 4 h T 2 x a n Suposiciones – T 1: uniforme – T 4: constante – k: cte – Cpnc y Cpc : cte pero distintos – r: cte

Criterios para el análisis de sistemas concentrados Longitud característica Número de Biot Este análisis de sistemas concentrados se aplica si Las temperaturas dentro del cuerpo con relación a la de los alrededores (es decir, T - T ) permanecen dentro de un margen de 5% entre sí, incluso para una esfera 13

Control Interno, externo, mixto

Estimación del tiempo de congelación n Solución de la ecuación de conducción de calor – Suposiciones: n Lámina nh : e =2 a = n Propiedades n T 1 del producto congelado : cte = T 2 FOURIER (tiempo adimensional)

(a) Placa plana Grafica de Temperatura (Heisler and Grober ) para una placa plana de espesor 2 L que inicialmente se encuentra a Ti sometida a convección en las 2 caras a una temperatura del medio T con un coeficiente convectivo h. 17

Ecuación de Newman n Suposiciones n Transferencia de calor en estado estacionario o sea sucesión de estados de equilibrio n Lámina nh = : e =2 a Control Interno n Propiedades n T 1 n = T 2 Qs =Qλ del producto congelado : cte

Ecuación de Newman Ec. Newman Control Interno y lamina

Ecuación de Plank Para distintas geometrías n Para control mixto n h = finito n n Propiedades n T 1 del producto congelado : cte = T 2 Ec. Plank

Factores de Forma P y R paralelepípedos

Ec. Plank Modificada n n n Control Mixto Diferentes geometrías Para todo el rango de congelamiento Planck-Ende

n Cálculo aproximado de la necesidad de frío para instalaciones pequeñas a medianas: Para congelar: - Frutas, hortalizas y hongos: 120 kcal / kg – Carnes, productos cárnicos y panificados: 100 Kcal / kg Para conservar frutas, hortalizas, hongos, panificados : 85 a 100 Kcal / m 3 / hora