¿Qué es el análisis de sistema concentrado y cuando se puede aplicar? En el análisis de transferencia de calor se observa que algunos cuerpos se comportan como un bulto cuya temperatura interior permanece uniforme en todo momento durante un proceso de transferencia de calor. La temperatura de esos cuerpos se puede tomar solo como una función del tiempo. El análisis de la trasferencia de calor que utiliza esta idealización se conoce como análisis de sistema concentrado. Es aplicable si el número de biot (relación entre la resistencia a la conducción dentro del cuerpo entre la resistencia a la convección en la superficie del cuerpo) es menor o igual a 0.1 ¿Para cuál sólido es más probable que se pueda aplicar el análisis de sistemas concentrados: una manzana real o una manzana de oro del mismo tamaño? ¿Por qué? El análisis de sistemas concentrados es más probable que sea aplicable para una manzana de oro que para una manzana real, ya que la conductividad térmica es mucho más grande y por lo tanto el número de Biot es mucho más pequeña para el oro. ¿Para cuál clase de cuerpos hechos del mismo material es más probable que pueda aplicarse el análisis de sistemas concentrados: los delgados o los bien redondeados del mismo volumen? ¿Por qué? El análisis de sistemas concentrados es más probable que sea aplicable a cuerpos delgados que los cuerpos bien redondeados desde la longitud característica (relación de volumen a área de superficie) y por lo tanto el número de Biot es mucho menor para cuerpos delgados. Considere la transferencia de calor entre dos cuerpos sólidos idénticos calientes y el aire que los circunda. El primer sólido se está enfriando por medio de un ventilador en tanto que el segundo se deja enfriar de manera natural. ¿Para cuál de los sólidos es más probable que se pueda aplicar el análisis de sistemas concentrados? ¿Por qué? El análisis de sistemas concentrados es más probable que sea aplicable para el cuerpo que se enfría, naturalmente, ya que el número de Biot es proporcional al coeficiente de transferencia de calor por convección, que es proporcional a la velocidad del aire. Por lo tanto, el número de Biot es más probable que sea menos de 0.1 para el caso de la convección natural. Considere la transferencia de calor entre dos cuerpos sólidos idénticos calientes y sus medios ambientes. El primer sólido se deja caer en un recipiente grande lleno con agua, en tanto que el segundo se deja enfriar de manera natural en el aire. ¿Para cuál de los sólidos es más probable que se pueda aplicar el análisis de sistemas concentrados? ¿Por qué? El análisis de sistemas concentrados es más probable que sea aplicable para el cuerpo se deja enfriar en el aire ya que el número de Biot es proporcional al coeficiente de transferencia de calor por convección, que es mayor en agua de lo que es en el aire debido a la conductividad térmica del agua. Por lo tanto, el número de Biot es más probable que sea menos de 0.1 para el caso de la refrigeración sólido en el aire Considere una papa horneada caliente sobre un plato. Se observa que la temperatura de la papa cae en 4°C durante el primer minuto. Durante el segundo minuto, ¿la temperatura caerá menos de 4 C, los mismos 4 C o más de 4 C? ¿Por qué? El descenso de la temperatura de la papa horneada durante el segundo minuto será inferior a 4°C ya que la temperatura de un cuerpo se aproxima a la temperatura del medio circundante, y por lo tanto cambia rápidamente al principio, pero lentamente más adelante. Considere una papa que se cuece en un horno mantenido a una temperatura constante. Se observa que la temperatura de la papa se eleva en 5°C durante el primer minuto. Durante el segundo minuto, ¿la temperatura aumentará menos de 5°C, los mismos 5°C o más de 5°C? ¿Por qué? El aumento de la temperatura de la papa durante el segundo minuto será inferior a 5 ° C ya que la temperatura de un cuerpo se aproxima a la temperatura del medio circundante, y por lo tanto cambia rápidamente al principio, pero lentamente más adelante. ¿Cuál es el significado físico del número de Biot? ¿Es más probable que el número de Biot sea más grande para los sólidos intensamente conductores o para los malos conductores? El número de biot es la relación entre la resistencia a la conducción dentro del cuerpo entre la resistencia a la convección en la superficie del cuerpo. El número de Biot es más probable que sea mayor para los malos conductores sólidos ya que tales cuerpos tienen resistencias más grandes contra la conducción de calor. Considere dos trozos idénticos de rosbif de 4 kg. El primer trozo se hornea como un todo, en tanto que el segundo se hornea en el mismo horno después de haberlo cortado en dos partes iguales. ¿Habrá alguna diferencia entre los tiempos de cocción del rosbif completo y el cortado? ¿Por qué? La transferencia de calor es proporcional al área de superficie. Dos piezas de la mitad de la carne tienen un área de superficie mucho más grande que la pieza única y por lo tanto una mayor tasa de transferencia de calor. Como resultado, las dos piezas se cocinan mucho más rápido que la única pieza grande. Considere una esfera y un cilindro de volumen igual hechos de cobre. Tanto la esfera como el cilindro están al principio a la misma temperatura y se exponen a convección en el mismo medio ambiente. ¿Cuál piensa usted que se enfriará más rápido, el cilindro o la esfera? ¿Por qué?
El cilindro se enfriará más rápido que la esfera ya que la tasa de transferencia de calor es proporcional al área de superficie, y la esfera tiene el área más pequeña para un volumen dado. ¿En qué medio es más probable que pueda aplicarse el análisis de sistemas concentrados: en el agua o en el aire? ¿Por qué? El análisis de sistemas concentrados es más probable que sea aplicable en el aire que en el agua ya que el coeficiente de transferencia de calor por convección y por lo tanto el número de Biot es mucho más pequeño en el aire. ¿Qué es un cilindro infinitamente largo? ¿Cuándo resulta apropiado tratar un cilindro real como si fuera infinitamente largo y cuándo no lo es? Por ejemplo, ¿es apropiado usar este modelo al hallar las temperaturas cerca de las superficies superior e inferior de un cilindro? Explique. Un cilindro cuyo diámetro es pequeño en relación a su longitud puede ser tratado como un cilindro infinitamente largo. Cuando el diámetro y la longitud del cilindro son comparables, no es adecuado para tratar el cilindro de ser infinitamente largo. Tampoco es adecuado para utilizar este modelo cuando la búsqueda de las temperaturas cercanas a la superficie inferior o superior de un cilindro desde la transferencia de calor en esos lugares puede ser de dos dimensiones. ¿Se pueden usar los diagramas de temperatura transitoria de la figura 4-16 que corresponden a una pared plana expuesta a convección sobre ambos lados, para una pared plana con uno de los lados expuesto a convección en tanto que el otro está aislado? Explique. Sí. Una pared plana cuyo lado uno está aislado es equivalente a una pared plana que es el doble de grueso y se expone a la convección desde ambos lados. El plano medio en el último caso se comportará como una superficie aislada debido a la simetría térmica. ¿Por qué los diagramas de temperatura transitoria están preparados usando cantidades adimensionales, como los números de Biot y de Fourier, en lugar de las variables reales, como la conductividad térmica y el tiempo? La solución para la determinación de la distribución de temperatura transitoria unidimensional implica muchas variables que hacen que la representación gráfica de los resultados sea poco práctica. Con el fin de reducir el número de parámetros, algunas variables se agrupan en cantidades adimensionales. ¿Cuál es el significado físico del número de Fourier? ¿Se duplicará el número de Fourier para un problema específico de transferencia de calor cuando se duplica el tiempo? El número de Fourier es una medida del calor conducido a través de un cuerpo con respecto al calor almacenado. Así, un gran valor de número de Fourier indica propagación más rápida del calor a través del cuerpo. Dado que el número de Fourier es proporcional al tiempo, duplicando el tiempo, también se duplicará el número de Fourier. ¿Cómo se pueden usar los diagramas de temperatura transitoria cuando se especifica la temperatura superficial de la configuración geométrica en lugar de la temperatura del medio circundante y el coeficiente de transferencia de calor por convección? Este caso puede ser manejado mediante el establecimiento de la transferencia de calor coeficiente h hasta el infinito ∞ ya que la temperatura del medio circundante en este caso se vuelve equivalente a la temperatura de la superficie. Un cuerpo que está a una temperatura inicial de Ti se lleva hacia un medio a una temperatura constante de Too- ¿Cómo puede el lector determinar la cantidad máxima posible de transferencia de calor entre el cuerpo y el medio circundante? La cantidad máxima posible de transferencia de calor se produce cuando la temperatura del cuerpo alcanza la temperatura del medio, y puede determinarse a partir de Qmax = mc p (T ∞-Ti). Se determina que el número de Biot durante un proceso de transferencia de calor entre una esfera y sus alrededores es 0.02. ¿Podría el lector usar el análisis de sistemas concentrados o los diagramas de temperatura transitoria en la determinación de la temperatura en el punto medio de la esfera? ¿Por qué? Cuando el número de Biot es menor que 0,1, la temperatura de la esfera será casi uniforme en todo momento. Por lo tanto, es más conveniente utilizar el sistema de análisis concentrado en este caso. ¿Qué es un medio semiinfinito? Dé ejemplos de cuerpos sólidos que se pueden tratar como medios semiinfinitos para los fines de la transferencia de calor. Un medio semi-infinito es un cuerpo idealizado que tiene una sola superficie plana expuesta y se extiende hasta el infinito en todas las direcciones. La tierra y las paredes gruesas pueden ser consideradas como medios semiinfinitos para los fines de la transferencia de calor. ¿En qué condiciones una pared plana se puede tratar como un medio semiinfinito? Una pared plana de espesor puede ser tratada como un medio semi-infinito si lo único que les interesa es la variación de la temperatura en una región cercana a una de las superficies en un período de tiempo durante el cual la temperatura en la parte central de la pared no experimenta cambio alguno.
Considere un sólido semiinfinito caliente a una temperatura inicial de Ti expuesta a convección hacia un medio más frío a una temperatura constante de Too, con un coeficiente de transferencia de calor de h. Explique cómo puede determinar la cantidad total de transferencia de calor desde el sólido hasta un instante específico too La cantidad total de transferencia de calor de un sólido semi-infinito hasta un tiempo especificado t0 puede determinarse mediante la integración de ¿Cuál es el método de la solución producto? ¿Cómo se usa para determinar la distribución de temperatura transitoria en un sistema bidimensional? La solución de producto nos permite determinar la temperatura adimensional de dos o tres problemas de transferencia de calor dimensionales como el producto de temperaturas adimensionales de problemas de transferencia de calor de una sola dimensión. La temperatura adimensional para un problema de dos dimensiones se determina mediante la determinación de las temperaturas adimensionales en ambas direcciones, y tomando su producto. ¿Cómo se usa la solución producto para determinar la variación de temperatura con el tiempo y la posición en sistemas tridimensionales? La temperatura adimensional para una transferencia de calor tridimensional se determina mediante la determinación de las temperaturas adimensionales de geometrías unidimensionales cuya intersección es la geometría tridimensional, y tomando su producto. Un cilindro corto inicialmente a una temperatura uniforme Ti se sujeta a convección desde todas sus superficies, hacia un medio a la temperatura Ti; Explique cómo puede determinar la temperatura del punto de en medio del cilindro en un instante específico t. Este cilindro corto está formado físicamente por la intersección de un cilindro largo y una pared plana. Las temperaturas adimensionales en el centro de la pared plana y en el centro del cilindro se determinan primero. Su producto se obtiene la temperatura adimensional en el centro del cilindro corto. Considere un cilindro corto cuyas superficie superior e inferior están aisladas. El cilindro está inicialmente a una temperatura uniforme Ti y se sujeta a convección desde su superficie lateral hacia un medio a la temperatura Too, con un coeficiente de transferencia de calor de h. ¿La transferencia de calor en este cilindro corto es unidimensional o bidimensional? Explique. La transferencia de calor en este cilindro corto es unidimensional ya que no hay transferencia de calor en la dirección axial. La temperatura variará en la dirección radial solamente. ¿Cuáles son las clases comunes de microorganismos? ¿Qué cambios indeseables causan los microorganismos en los alimentos? Los tipos comunes de microorganismos son bacterias, levaduras, mohos y virus. Los cambios no deseados causados por microorganismos son malos sabores y colores, la producción de mucosidad, cambios en la textura y apariencia, y el deterioro de los alimentos. ¿Cómo impide o retrasa la refrigeración la corrupción de los alimentos? ¿Por qué la congelación amplía la vida en almacenamiento de los alimentos durante meses? Los microorganismos son la causa principal del deterioro de los alimentos. La refrigeración previene o retrasa el deterioro de los alimentos mediante la reducción de la tasa de crecimiento de los microorganismos. La congelación extiende el periodo de conservación de los alimentos ya que previene el crecimientos de microorganismos. ¿Cuáles son los factores ambientales que afectan la velocidad de desarrollo de los microorganismos en los alimentos? Los factores ambientales que afectan a la tasa de crecimiento de microorganismos son la temperatura, la humedad relativa, el nivel de oxígeno del medio ambiente, y el movimiento de aire. ¿Cuál es el efecto de la cocción sobre los microorganismos en los alimentos? ¿Por qué es importante que la temperatura interna de un asado en un horno se eleve a más de 70°C? La cocción mata los microorganismos en los alimentos, y por lo tanto evita el deterioro de los alimentos. Es importante aumentar la temperatura interna de un asado en un horno por encima de 70 º C ya que la mayoría de los microorganismos, incluyendo algunos que causan enfermedades, puede sobrevivir a temperaturas inferiores a 70 º C. ¿Cómo puede prevenirse o minimizarse la contaminación de los alimentos con microorganismos? ¿Cómo puede retardarse el desarrollo de los microorganismos en los alimentos? ¿Cómo pueden destruirse los microorganismos en los alimentos? La contaminación de los alimentos con microorganismos puede ser prevenido o minimizado por (1) la prevención de la contaminación, siguiendo las prácticas estrictas de saneamiento como el lavado de manos y el uso de filtros finos en los sistemas de ventilación, (2) la inhibición de crecimiento mediante la alteración de las condiciones ambientales, y (3) destrucción los organismos mediante el tratamiento con calor o productos químicos. El crecimiento de microorganismos en los alimentos puede ser retardado por mantener la temperatura por debajo de 4 º C y la humedad relativa por debajo del 60 por ciento. Los microorganismos pueden ser destruidos por tratamiento térmico, los productos químicos, la luz ultravioleta y la radiación solar.
¿Cómo afectan a) el movimiento del aire y b) la humedad relativa del medio ambiente el desarrollo de los microorganismos en los alimentos? (a) de movimiento de alta aire retarda el crecimiento de microorganismos en los alimentos, manteniendo las superficies de los alimentos secos, y la creación de un entorno indeseable para los microorganismos. (b) los ambientes de humedad relativa baja (seco) también retrasan el crecimiento de microorganismos, privándoles de agua que necesitan para crecer. El aire húmedo proporciona los microorganismos con el agua que necesitan, y por lo tanto estimula su crecimiento. Humedades relativas por debajo del 60 por ciento previenen la tasa de crecimiento de la mayoría de los microorganismos en las superficies de los alimentos. El enfriamiento de una res abierta en canal desde 37°C hasta 5°C con aire refrigerado a O°C en un cuarto de enfriamiento tarda alrededor de 48 h. Para reducir el tiempo de enfriamiento se propone enfriar la res con aire refrigerado a -10 C. ¿Cómo evaluaría el lector esta propuesta? El enfriamiento de la carcasa con aire refrigerado es de -10 º C sin duda reduciria el tiempo de enfriamiento, pero esta propuesta debe ser rechazada ya que hará que las partes externas de las canales se congelen, lo que es indeseable. Además, la unidad de refrigeración va a consumir más potencia para reducir la temperatura a -10 º C, y por lo tanto tendrá una menor eficiencia. Considere la congelación de carne empacada en cajas con aire refrigerado. ¿Cómo a) la temperatura del aire, b) la velocidad del aire, c) la capacidad del sistema de refrigeración y el) el tamaño de las cajas de carne afectan el tiempo de congelación? El tiempo de congelación puede ser reducida por (a) la reducción de la temperatura del aire refrigerado, (b) el aumento de la velocidad del aire, (c) el aumento de la capacidad del sistema de refrigeración, y (d) la disminución del tamaño de las cajas de carne. ¿Cómo afecta la velocidad de la congelación la suavidad, el color y el goteo de la carne durante la descongelación? La velocidad de congelación puede afectar el color, suavidad y goteo. La congelación rápida aumenta la sensibilidad y reduce el daño a los tejidos y la cantidad de goteo después de la descongelación. Se afirma que la carne de res se puede almacenar hasta por dos años a -23°C, pero no por más de un año a - 12°C. ¿Es razonable esta afirmación? Explique. Es razonable, ya que cuanto menor sea la temperatura de almacenamiento, más largo es el periodo de conservación de la carne. Esto se debe a que un poco de agua permanece sin congelar, incluso a temperaturas bajo cero, y cuando menor es la temperatura, menor es el contenido de agua no congelada de la carne de vacuno. ¿Qué es una plataforma refrigerada de embarque? ¿Cómo reduce la carga de refrigeración de los cuartos fríos de almacenamiento? Es un espacio refrigerado donde se ensamblan los pedidos. Estos muelles ahorran valioso espacio de almacenamiento se utilizan para el propósito del envío, y proporcionan un entorno de trabajo más aceptable para los empleados. Se mantienen normalmente en 1,5ºC, y por lo tanto el aire que fluye en el congelador durante el transporte ya se enfría a aproximadamente 1,5ºC. Esto reduce la carga de refrigeración de las cámaras frigoríficas. ¿Cómo se compara el enfriamiento por inmersión de las aves de corral con el enfriamiento con aire forzado con respecto a a) el tiempo de enfriamiento, b) la pérdida de humedad de las aves y c) el desarrollo microbiano? (a) El coeficiente de transferencia de calor durante el enfriamiento de inmersión es mucho más alto, y por lo tanto el tiempo de enfriamiento durante la refrigeración por inmersión es mucho más bajo que durante la refrigeración de aire forzado. (b) La refrigeración por aire fresco puede causar una pérdida de humedad de 1 a 2 por ciento, mientras que la inmersión en agua de enfriamiento puede causar realmente la absorción de humedad del 4 al 15 por ciento. (c) El agua fría circuló durante el enfriamiento inmersión fomenta el crecimiento microbiano, y por lo tanto enfriamiento por inmersión se asocia con el crecimiento más microbiana. El problema puede ser minimizado mediante la adición de cloruro al agua. ¿Cuál es la temperatura apropiada de almacenamiento de las aves de corral congeladas? ¿Cuáles son los métodos primarios de congelación para las aves? La temperatura de almacenamiento adecuada de las aves de corral congeladas es de unos -18 º C o inferior. Los métodos de congelación principales de las aves de corral son la congelación chorro de aire del túnel, platos fríos, la congelación por inmersión y enfriamiento criogénico. ¿Cuáles son los factores que afectan la calidad del pescado congelado? Los factores, que afectan a la calidad de congelado, pescado son la condición de los peces antes de la congelación, el método de congelación, y la temperatura y la humedad durante el almacenamiento y el transporte, y la longitud de los tiempo de almacenamiento.
