PROPIEDADES TERMICAS DE LOS ALIMENTOS 1) Definir las siguientes propiedades téri!as de los alientos a) Condu!ti"idad téri!a Es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras es la capacidad de una sustancia de transferir energía cinética de sus moléculas (calor) por unidad de tiempo a moléculas de otro material de cierto espesor cuando existe un gradiente de temperatura entre sus extremos. En el sistema internacional de unidades la conductividad térmica se mide en w/ (km). !ambién se lo expresa en "/(s#cm)$ siendo la equivalencia% & w/ (mk) ' $* kcal/ (+m,c). #) Densidad -a densidad o masa específica de una sustancia se define como la masa de su unidad de volumen (g/m-) se determina por pesada. -a densidad depende de la temperatura la presión. unque la temperatura debe especificarse "unto con la densidad$ la presión no es necesaria en el caso de líquidos sólidos porque son pr0cticamente incompresibles. !) Calor espe!$fi!o 1e define como la energía necesaria para elevar un grado de temperatura de la unidad de masa (2bar3$ 45). 1e refiere a la cantidad de calor ganado o perdido por una unidad de peso de producto para provocar un determinado incremento de temperatura$ sin que tenga lugar un cambio de estado. El calor específico de un producto depende de% &. 6omposición 6omposición del alimento% alimento% +umedad$ +umedad$ grasa$ grasa$ proteína$ proteína$ carbo+idratos$ carbo+idratos$ ceni3as. ceni3as. 4. !emper mperat atur ura% a% a
d) Difusi"idad téri!a %) Es!ri#ir los odelos ate&ti!os utili'ados para prede!ir las !uatro propiedades téri!as definidas( a) Condu!ti"idad téri!a En los procesos de transmisión de calor por conducción$ en estado estacionario$ el caudal de calor transmitido (7) a través de un sólido es directamente proporcional proporcional al 0rea
de transmisión () al incremento de temperaturas (8!)$ e inversamente proporcional al espesor del sólido ( e). -a constante de proporcionalidad recibe el nombre de conductividad térmica% 7' k 8!
e -a conducción de calor en estado estacionario +a sido utili3ada en distintos experimentos para calcular la conductividad térmica de los alimentos. unque también pueden utili3arse experimentos en estado no estacionario para determinarla. 9e cualquier modo$ lo que interesa obtener son relaciones matem0ticas que permitan calcular la conductividad térmica de un determinado alimento en función de la temperatura composición. :ara soluciones a3ucaradas$ 3umos de frutas lec+e$ una ecuación que permite el c0lculo de la conductividad térmica es (;iedel$ &<=<)% m
k' (>4*. ? &.=&4 ! @ .>>A ! 4) (.== ? .5=
X AGUA
) &.A>B& C>
m
En la que k se expresa en D/(s m #6)F T en #6
X AGUA
es la fracción m0sica
de agua. Esta ecuación es v0lida en el intervalo de temperaturas de a . :ara diferentes frutas vegetales 1weat (&
G' .&= ? .=<>
X AGUA
v0lida para contenidos de agua superiores al *H$ aunque no se puede utili3ar con alimentos de ba"a densidad en aquellos que poseen +uecos (como es el caso de man3anas). En el caso de lec+es (Iern0nde3CJartín$ &<4) da una expresión polinómica de segundo grado con respecto a la temperatura%
k ' A + BT + CT 2 en la que los par0metros A, B y C son en función del contenido graso no graso de la lec+e. En la siguiente tabla se dan las conductividades térmicas de los componentes puros maoritarios en los alimentos$ p0gina >=& #) Densidad En la bibliografía pueden encontrarse diferentes expresiones para el c0lculo de la densidad de alimentos. sí$ para 3umos de frutas$ la densidad se puede expresar en función del índice de refracción segKn la expresión (;iedel$ &<=<)%
L' s 4 @ & *=.4 ' &*.&5 s ? 4 .4* siendo L la densidad expresada en kg/m > s el índice de refracción. Existen ecuaciones en las que la densidad se expresa en función de la temperatura del contenido en sólidos solubles. :ara 3umos clarificados de man3ana$ 6onstenla et al. (&<<) dan la siguiente expresión% L' .4A ? .>=A exp (.& B) @ 5.==< x &
C=
T
en la que la densidad se expresa en g/cm >$ X es la concentración en #Mrix T la temperatura absoluta. Esta expresión es aplicable en el intervalo de temperaturas de 4 a #6 en el intervalo de concentraciones de &4 a *.5 #Mrix. Estos mismos autores expresan la densidad de estos 3umos en función de #Mrix de la densidad del agua% L'
L NOPPPPPPPPPPPPPPPPP .<<4=A @ >.A><&x& C> X
Con 96 observaciones, entre 5 y 25 ºBrix, que cubre los valores más probables que se encuentran los jugos naturales, y entre 1 y ! ºC, "lvara#o y $%pe& '1(9)6* establecen la siguiente ecuaci%n que permite el calculo #e la #ensi#a# #e jugos #e +rutas y #e jarabes, como +unci%n #el conteni#o #e s%li#os solubles y #e la temperatura L- 1) . !,15 X / (6T
0on#e X son los gra#os Brix y
T
es la temperatura(
:ara la lec+e$ por técnicas de regresión mKltiple considerando &=* observaciones de muestras de lec+e anali3adas durante 5 aQos$ en un intervalo de & ,6 a ,6$ lvarado (&<A) obtuvo una primera ecuación que considera como variable dependiente a la densidad como variables independientes el porcenta"e de sólidos totales a la temperatura. L- &&& C $A&= T ? 4$5<> S
0on#e
S
son los s%li#os solubles y
!) Calor espe!$fi!o 6p' 7/ J(8!)
T
es la temperatura(
1e define como la energía necesaria para elevar un grado de temperatura de la unidad de masa (2bar3$ 45).
Existen varias ecuaciones que +an sido desarrolladas para predecir el calor específico para productos alimentarios. 6+oi Rkos (&<>) generan una ecuación m0s generali3ada para el 6p tomando la cantidad de composición de sólidos% 6pr ' S6piBi B& es la fracción de masa (o peso) de cada componente T' agua$ fib' fibra$ ca' carbo+idratos 6pca'&.5= ? &.<*45 x & C> ! @ 5.<><< x & C* !4 6pfib' &.=5< ? &.>* x & C> !C=.*5< x & C* !4 6pw' = Onidades para calor
d) Difusi"idad téri!a
-a difusividad térmica es una propiedad mu utili3ada en los c0lculos de transmisión de calor por conducción. 1e define segKn la expresión% U'
k LĈ p
El valor de la difusividad térmica de un alimento dado puede calcularse si se conocen su conductividad térmica$ densidad calor específico. 1in embargo$ existen expresiones matem0ticas que permiten calcular la difusividad térmica segKn su contenido de agua. sí$ Jartens (&<) dio la siguiente ecuación% m
X AGUA
U ' 5.A>*> x & C
? 4. x & C&T m
en la que U es la difusividad térmica en m 4/s$
X AGUA
la fracción m0sica de agua T la
temperatura en Gelvin. :or otra parte$ 9ickerson (&<*<) da una expresión en que la difusividad térmica del alimento sólo es función del contenido de agua de la difusividad térmica de la misma% m
X AGUA
U ' . x& C (& C
m
) ? U AGUA
X AGUA
l igual que otras propiedades térmicas$ 6+oi Rkos (&<*) exprensan la difusividad térmica en función de los componentes% v
U ' ' S (Ui
X i
) v
siendo Ui la difusividad térmica del componente i
X i
la fracción volumétrica de dic+o
componente. ) Se dise*+ un aliento nue"o !on la siguiente !oposi!i+n pro,ial- ./(.0 de agua % 0 de prote$na 2(10 de grasa 13(40 de !ar#o5idratos 6 2(/ 0 de !eni'as( Cal!ular la !ondu!ti"idad téri!a la densidad el !alor espe!$fi!o 6 la difusi"idad téri!a del aliento a %27C(
8I8LIO9RA:IA 2bar3 ;ibas$ $ MarbosaC60novas$ N.V. Rperaciones unitarias en la ingeniería de alimentos. 45. Ediciones JundiC:rensa pag. >><
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