Pre-informe
Proceso Refrigeración: Congelación
Profesores:
Integrantes:
Índice.
2 Introducción 3
3 Antecedentes y teoría. 4
3.1 Procesos. 4
3.2 Método de predicción. 7
3.3 Propiedades térmicas. 9
4 Desarrollo. 10
4.1 Naturaleza y desarrollo de la muestra. 10
5 Referencia. 12
Introducción
La refrigeración y la congelación de alimentos, tanto frescos como ya
procesados, son de las tecnologías de mayor uso en la preservación de
alimentos, dado que estos procesos permiten mantener las propiedades
organolépticas de los alimentos (sabor, color, aroma, texturas) lo más
semejantes a las del alimento recién procesado, cosechado o faenado.
mejor manera de preservar los alimentos
'frescos' (método más suave de preservación). Tiene
pocos efectos en sabor, textura, valor nutritivo y otros atributos, sio se
siguen ciertas reglas y si el periodo de almacenamiento no es excesivo
La refrigeración se utiliza para almacenamiento a corto y/o mediano plazo de
alimentos. La congelación se usa para tiempos largos de
preservación (de 6 [meses] a 2 [años] como
máximo).
Cuando se utiliza el proceso de congelación como modo de almacenamiento, se deben tomar tres
puntos fundamentales del proceso, de los
cuales dependen las propiedades del
producto, estos son: Congelación, almacenamiento, y descongelación. Si no se
respeta un orden y condiciones en estos puntos, se ve
apreciado en una perdida y/o cambios delas propiedades del alimento.
En el presente desarrollo experimental, se desarrollara dos tipos de sistemas,
con las series de combinaciones entre un correcto o
incorrecto desempeño de cada punto. Se determinara las los cambios en sus
propiedades y la pérdida de agua (determinar el WHC, durante
las distintas combinaciones) causados por el desempeño incorrecto de unos de
los 3 sub-procesos.
Antecedentes y teoría.
Procesos.
Los procesos más importantes de refrigeración son: refrigeración, congelación,
almacenaje en frio, almacenaje congelado.
Para estas aplicaciones que utilizan un sistema de
refrigeración (no aplicable a casos como
el congelamiento por inmersión en sustancia criogénica) basado en un ciclo
inverso de Carnot. Estos sistemas cuentan con: compresor/es, evaporador/es,
condensador/es, y elementos auxiliares.
En el estudio del
proceso de refrigeración tipo congelación, se basara en tres puntos de alta
importancia (no solo en el proceso en sí de congelación) que implican en este
método de preservación de alimentos, estos puntos son:
* Proceso de Congelación: Este proceso consiste en llevar el alimento a una
temperatura menor a su temperatura de “congelación”. Esto último no es tan
cierto en el sentido de congelación de una sustancia homogénea como tal, sino que se inicia la congelación del agua interna del
alimento formando cristales.
Se comienza a una temperatura del
alimento (Ter), menor a la decongelación del
agua pura (0 [a„ƒ]). Esto es dado por la naturaleza de los alimentos, la
mayoría de estos contienen un alto nivel de agua y una mezcla de otros compuestos
como proteínas, lípidos, sales, de esto se muestra como el punto de congelación
de los alimentos es menor al del agua pura (por eso es que en algunos casos
como en la leche, se congela primero el agua, concentrando los de mas
compuestos en disolución de la leche en la zona no congelada). Esta temperatura
Ter va determinada por la composición y el tipo de
alimento.
La congelación ocurre gradualmente desde la temperatura Ter hasta una
temperatura ≈-30 [a„ƒ] (valor utilizado como parámetro de
correcta congelación). Se debe tomar encuentra, que el alimento bajo la
temperatura Ter se encuentra en un estado de
“parcialmente congelado”.
De lo dicho anteriormente se puede apreciar como la curva resultado como
una función de la Temperatura y de la naturaleza del alimento (φ). Las propiedades del
alimento según varía la temperatura, siendo suave en la zona T>Ter
fuertemente en la zona T<Ter.
El medio refrigerante será definido por Ta el cual puede ser constante o variar
con el tiempo y/o la posición. La superficie de contacto del alimento con el medio se ve caracterizado
por el coeficiente de transferencia de calor por convección h, este al igual del medio refrigerante,
puede ser constante o puede variar con el tiempo y/o posición.
* Forma correcta: Depende de dosfactores importantes. Primero, la temperatura del
medio debe ser tal, que minimice los núcleos de agua líquida en el alimento, o
que no queden estos núcleos en el producto congelado. En
segundo punto, el tiempo de proceso influye directamente en el tamaño de
cristales en alimento, los cuales a tiempos cortos son de tamaño pequeño.
Esto es importante para minimizar las alteraciones en las
propiedades organolépticas.
* Forma incorrecta: Depende de dos factores importantes. Primero, la
temperatura del medio
en el cual se introduce el producto no sea la indicada, dejando núcleos de agua
líquida dentro del
alimento, que afecta las propiedades organolépticas de este. En
segundo punto, el tiempo de proceso influye directamente en el tamaño de
cristales en alimento, los cuales a tiempos largos son de mayor tamaño,
produciendo alteraciones en las propiedades organolépticas.
* Proceso de almacenamiento: Este proceso consiste en la mantención del
producto congelado en condiciones tales, que se minimicen las variaciones de
temperatura, así evitando descongelamiento y re congelamiento en zonas del
alimento (o todo en el peor caso), lo cual implica en una formación de
cristales de mayor tamaño en el alimento, lo cual afecta a las propiedades
organolépticas de este.
Para el procesos de almacenamiento de alimentos congelados, se recomienda una
temperatura de ≈-18 [a„ƒ], para mantener las propiedades del
alimento luego de un procesoscorrecto de congelado.
* Forma correcta: El sistema presenta bajas alteraciones de las temperaturas del
medio, se lleva control de los agentes externos de variación (personal,
motores, etc.).
* Forma Incorrecta: El sistema presenta altas
fluctuaciones de las temperaturas del
medio, no se lleva control de los agentes externos de variación (personal,
motores, etc.), lo cual implica en un proceso de semi descongelado, o de
descongelado-congelado.
* Proceso de descongelación: Desde el punto de vista de la industria de
alimentos congelados, se delega esta tarea al consumidor. Es el que consume el
producto el encargado generalmente de la descongelación, utilizando
generalmente tiempos largos, el proceso además es descontrolado.
* Forma correcta: El sistema se realiza con un
ambiente controlado, utilizando un sistema microondas, un medio de transferencia
de calor por convección, sea flujo de aire o agua. También se puede utilizar un sistema de mantención bajo temperatura de congelación del agua, ≈-2a„ƒ.
* Forma Incorrecta: Tiempos largos, sin un sistema
controlado de transferencia de calor al alimento. Una forma es dejar el
alimento a temperatura ambiente, sin mayor cuidado.
Método de predicción.
Para poder predecir el comportamiento de la congelación, y determinar las
condiciones para un buen procedimiento de de esta, se utilizara el método
numérico de diferencias finitas, para la solución de la ecuaciónde
transferencia de calor
∂∂xk∂y∂x=ρ Cp dTdt
El método de diferencias finitas es útil en este práctico, dado que se trabaja
con una geometría regular simple, por lo tanto, la precisión con respecto a una
solución por elementos finitos es la misma.
La geometría que se usara para la solución por diferencias finitas, es la
geometría unidimensional de Placa Plana, tomando las medidas pertinentes para
que el comportamiento del
flujo de calor sea solo en un eje (en este caso se utiliza el eje X), como se ve en la imagen
1.
S
Ts>Ta
Ta
Convección
Conducción
Y
X
Imagen 1: esquema del
fenómeno de transferencia de calor unidimensional en una placa infinita.
El cálculo de placa infinita por diferencias finitas, se
desarrollar en nodos en el alimento en forma unidimensional. La
naturaleza de estos nodos son de 2 tipos, un nodo
superficial en el cual se transfiere calor en por convección y por conducción,
y los nodos internos donde el calor se transfiere por conducción solamente. Los tipos de nodos y su disposición se aprecian en la imagen 2.
1
2
x
y
Imagen 2: Tipos de nodos en placa infinita, 1: nodo superficial, 2: nodo/s
interno/s.
En la imagen anterior se aprecia un eje central de
simetría, dado que solo se trabaja con la mitad del espesor de la placa.
La solución para cada nodo viene dada por:
* Nodo tipo 1:
* Solución:
Tit+aˆ†t=Tit+aˆ†tρ Cp2 haˆ†xT∞-Tit+2 kxaˆ†x2(Ti+aˆ†it-Tit)* Criterio
de estabilidad:
aˆ†t≤aˆ†x2ρCp2 (kx+12+h aˆ†x)
* Nodo tipo 2:
* Solución:
Tit+aˆ†t=Tit+aˆ†tρ Cp1aˆ†x2 kx+12Ti+aˆ†it-Tit- kx-12(Tit-Ti-aˆ†it)
* Criterio de estabilidad:
aˆ†t≤aˆ†x2ρCp(kx+12+kx-12)
Propiedades térmicas.
Las propiedades térmicas del producto no siempre se pueden
considerar constantes, de hecho varias de ellas se ven afectadas por la
temperatura y por la cantidad de agua que contiene. Para determinar las
propiedades térmicas y físicas del alimento a usar, las cuales están sometidos
a cambios variables, se utilizaran las siguientes expresiones:
* Conductividad térmica: Sanz, presenta los siguientes modelos para carne
vacuna
* Paralela a la fibras
k=0.1075+0.501φ+0.0005052φT
* Perpendicular a las fibras:
k=0.0866+0.501φ+0.0005052φT
Para T<Tsh.
* Conductividad térmica en congelación: Expresión para conductividad térmica en
congelación por Schwartzberg (1977).
k=kr+Sk(Tsh-T)Tsh-TswTsw-T
* Densidad: Mascheroni y Calvelo (1980), para carne vacuna.
ρ=10530.98221+0.1131φ+0.25746(1-φ)T
* Capacidad calorífica: Succar y Hayakawa (1983) proponen:
φ | D | Ce | n |
0.82 | 49.3 | 0.448 | 1.999 |
0.75 | 41.6 | 0.282 | 1.628 |
0.66 | 83.5 | 0.388 | 1.934 |
0.57 | 98.9 | 0.374 | 1.933 |
Cp=Ce+D(-T)n; con los siguientes parametros para carne vacuna:
Tabla Ns1: Datos para modelo Succar y Hayakawa.
Para T>Tsh.
* Conductividad térmica.
k=kl+Slp(T-Tsh)
* Densidad:Jarvis (1971), para carne vacuna 5 [a„ƒ]≤T≤30 [a„ƒ].
ρ=1077.4(1+0.000375(T-5))
* Capacidad calorífica: Mascheroni (1977), propone para carne vacuna
Cp=3874-2534φ+902893(1-φ)T2
Desarrollo.
Naturaleza y desarrollo de la muestra.
Como producto de trabajo se utilizara una pasta de carne magra de
características homogéneas.
Para esta experiencia de los procesos de congelación, almacenamiento y
descongelación de alimentos, se presentaron dos tipos de asignación de calidad,
correcta e incorrecta. Para determinar cómo afectan estas asignaciones a
las propiedades organolépticas del
alimento, se estableció el siguiente diagrama de categorías de muestras
Tabla Ns2: Tipos de muestra.
Tipo muestra. | Congelación. | Almacenamiento. |
Descongelación. |
1 | + | + | + |
2 | - | + | + |
3 | + | - | + |
4 | - | - | + |
5 | + | + | - |
6 | - | + | - |
7 | + | - | - |
8 | - | - | - |
+: Forma Correcta - : Forma Incorrecta.
El número de muestras distintas viene dado por la siguiente expresión
Ns de muestras distintas=Xy=23;
donde x=Valor de asignación correcto incorrecto; y=Procesos realizados=3.
Las muestras serán de pasta de carne de vacuno magra, estas serán dispuestas en
tarros de conserva Ro-200 aislados con una cubierta de poliestireno expandido, este diseño se aprecia en la imagen 3.
X
Z
Y
Imagen 3: Disposición de la muestra.
Se presenta esta forma de disposición de la muestra,para
poder realizar la experiencia usando el método de placa infinita. Dado que la
conducción en las coordenadas (Y, Z, y el sentido –X) son despreciables ante la
conducción en sentido +X, además al estar aislado, solo existe convección en la
cara del plano YZ, en el sentido +X. por lo tanto el método de placa infinita
es realizado cm si se utilizara media placa infinita (Placa en X, utilizando
solo sentido +X).
La disposición de los termopares en la muestra se aprecia en la imagen 4, a
continuación
Termopar ambiente.
Termopar fondo.
Termopar superficie.
Imagen 4: Disposición de Termopares.
Equipos e implementos.
Los equipos e implementos utilizados en este práctico
son:
* Cámara de congelado: Alaska
(Bologna-Italy).
* Selladora de tarros: TISCHO, typ: DV 5 R; Maschinen-NR 79/2522.
* Centrifuga: Herme Z-323K
* Refrigerador convencional: Fensa Non Frost, Advantage 7500.
* Medidor de Temperatura y presión: Data Trace.
* Termopares.
* Tubos de centrifuga.
* Tubos de separación de agua con filtro.
Referencia.
* Transferencia de calor en refrigeración, congelación, almacenamiento y
descongelación de alimentos; Dr. Rodolfo Mascheroni; Módulos:
* Propiedades Termofísicas.
* Congelación: Métodos Numéricos.
* Potter N. N., Hotchkiss J. H. 1995; Food Science. 5th ed.;
Chapman and Hall.
* Andrew c. Cleland, Food Refrigeration Processes, analysis, desing and
simulation.
