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CINÉTICA DE PENETRACIÓN DEL CALOR Para calcular el tiempo de esterilización e requiere conocer el perfil de temperaturas en el punt o crítico o frío del del alimento. PUNTO CRÍ PUNTO CRÍTICO TICO O FRÍO FRÍO:: aquel que tarda más en calentarse a lo largo del proceso. Se pre precisa cisa,, en pri prime merr lug lugar ar,, det deter ermina minarr ex exper perime imenta ntalme lmente nte la localización del citado punto frío para, posteriormente, establecer su evolución térmica conforme se desarrolla el proceso. El punto crítico es el que recibe un menor grado de tratamiento térmico y de debe be as aseg egur urar arse se qu que e la ca carga rga mi micro crobi bian ana a se sea a elimina i minada da correctamente.
CINÉTICA DE PENETRACIÓN DEL CALOR
Se realizan dos transferencias de calor
1. Trans ransport porte e exte externo rno entr entre e el medio calefactor calefactor y la supe superfi rficie cie externa del producto por convección.
2. Tran ranspor sporte te interno entre la super superfic ficie ie del producto producto y su eje o centro geométrico.
La representación de los pares de valores tiempo-temperatura en el ur va va d e punto pu nto frío se con conoce oce,, en el ám ámbito bito alimenta alimentario rio,, como c ur p e n et et r ac ac i ón ón d e l c a lo lo r .
1. Transporte Transporte externo entre el medio calefactor y la superficie externa del producto por convección.
h . A . T Q
2. Tran ranspor sporte te interno entre la super superfic ficie ie del producto producto y su eje o centro geométrico.
TIPOS DE PRODUCTOS:
T s
1. Sólidos compacto compactoss Coeficiente de transferencia de calor superficial ( W m -2 K -1 )
L íq íqui do do s e n e bu bulli ci ci ón ón
2 .4 .4 00 00
Vapo aporr sec seco o sat satur urado ado con conde densa nsado do
12.000 12. 000
–
CONDUCCIÓN
Pescados, carnes enlatadas
Us o más co rriente
1.1. Sólidos con un líquido de cobertura
60.000 Evapo Evaporació ración n Enlatado a tado,, eva evapo porac ración ión
Vapor condensado (con el 3% de aire) (con el 6% de aire) Líquidoscirculando por tuberías Poco viscosos Muy viscosos Aire en movimiento (3 m/s)
Enlatado
1.200 6.000 120 -1.200 30
Pasteurización Evaporación Congelación,horneado
Aire quieto quieto
6
Almacenamiento Almacen amiento refrigerado refrigerado
3.500 1.200 –
En este caso el líquido se calentará por convección (con mayor o menor facilidad dependiendo de la posibilidad de formar corrientes de convección por los espacios libres entre los sólidos), y servirá de vector del calor al sólido que a su vez se calentará por conducción. Choclo en trozos, corazones de alcaucil
Adaptadode Loncin y Merson (1979) (1979) y de Earle (1983).
2. Líquido Líquidos. s.
CONVECCIÓN CONVECCI ÓN
LOCALIZACION DEL PUNTO FRÍO
2.1. Líquidos Líquidos de baja viscosidad viscosidad que p ermi ermiten ten la formac formación ión de corrientess de convección corriente convección en los que el calent calentamiento amiento es muy rápido. Zumos, leche
Se col coloca ocan n ter termocu mocupla plass en la lata en diferente difere ntess pun puntos tos y se dete determi rmina na,, por prueba prue ba y erro error, r, la posic posición ión del punto de calentamiento más lento.
EXPERIMENTAL
2.2. Líquidos que contienen en su seno sólidos de pequeño tamaño, de forma que la penetración de calor viene determinada en gran medida medi da por la movilidad movilidad del líquido (proporciona (proporcionall a la rela relación ción sólido/líq sóli do/líquido uido existente). existente). La tempe temperatura ratura de los sólido sólidoss puede considerarse considera rse la misma que la del líquido que los rodea.
a)
b)
Arvejas en salmuera, salmuera, frutillas en almíbar 2.3. Líquidos de alta viscosidad de comportamiento similar a un sólido, en los que el calor se transmite por conducción.
Termocupla Termocupla
Choclo cremoso, purés 3. Mixtos. Mixtos. Se trata de alimentos sólido/líquido en los que la transmisión de calor tiene lugar tanto por convección como por conducción. Sopas crema
Transmisión Transm isión de calor en envases (a) por conducción y (b) por convección
Centro geométrico
1/3 h (desde la base)
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Flambert y Deltour (1972)
Factores que condicionan la penetración de calor
Posición del punto crítico = f (h/d)
A) Proceso
Para h/d < 0,3 ; h/d > 1,9 y h/d = 0,95
•
Punto crítico
•
Gobierna la transmisión de calor sobre la superficie del envase.
centro geométrico
Es una característica del equipo empleado y del vector usado en la transmisión de calor.
Para 0,3 < h/d < 0,95
•
Punto crítico
Coeficiente superficial de transmisión de calor (h)
dos puntos situados simétricamente a lo largo del eje vertical con respecto al plano central
Vapor condensándose: h
Para 0,95 < h/d < 1,9
•
Punto crítico
Agua o mezclas vapor-aire:
anillo en el plano central
h = f(velocidad, factores geométricos)
•
Agitación La agitación de los envases incrementa la transmisión de calor para determinados productos: líquidos viscosos, o
•
sólidos en el seno de líquidos ( que soporten el movimiento sin dañarse )
•
Tipos de agitación Por inversión Spinning
La velocidad del movimiento del espacio de cabeza depende de la viscosidad del producto. Si la velocidad de rotación es muy rápida, el espacio de cabeza no se mueve y no se produce la agitación. La velocidad óptima depende del tamaño del envase y la viscosidad del producto.
•
Temperatura del autoclave La temperatura de operación determina el gradiente térmico, fuerza impulsora de la transmisión de calor.
B) Producto Naturaleza
•
La naturaleza del producto condiciona la penetración de calor, permitiendo la transmisión de calor por convección o por conducción. Algunos productos cambian de mecanismo de transmisión de calor a lo largo del proceso.
Un mayor salto térmico entre el ali mento y el medio de calentamiento hace que la penetración del calor sea más rápida. La velocidad de penetración de calor depende de la diferencia de temperaturas entre el entorno (autoclave) y el producto (gradiente de temperaturas) y no de los valores absolutos de cada una de éstas.
Temperatura inicial
•
Cuanto más alta se la temperatura inicial más corto será el proceso. Los procesos más sensibles a las diferencias de temperatura inicial son los que transcurren por conducción. Propiedades termofísicas
•
Es importante principalmente la difusividad térmica. •
Relación sólido/líquido
Al aumentar la relación sólido / líquido se dificulta la penetración de calor
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C) Envase •
Materiales Pueden ser muy distintos: hojalata, aluminio, vidrio, film plástico, etc. La conductividad térmica y el espesor de estos materiales determinan la penetración del calor.
•
Geometría La relación superficie/volumen condiciona la penetración de calor, que mejorará al incrementarse dicha relación.
Perfiles de penetración de calor de alimentos calentados por conducción y convección. (Handbook of Food Engineering Practi ce)
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