Calculo Tiempos Congelacion

8/18/2019 Calculo Tiempos Congelacion

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Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

Cinética de Congelación


Curvas de Congelación

Las curva de congelación no es otra cosa que la

representación gráfica de la variación de la temperatura

del alimento en un determinado punto, usualmente el

centro térmico.

El componente principal en la mayoría de los alimentos

es el agua y la transformación del estado líquido a hielo

influye notablemente en sus propiedades termofísicas y

en el proceso de congelación.


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Centro térmico = punto de más lento enfriamiento

Con Simetría Geométrica y Térmica:

Centro térmico ≈ Centro geométrico



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3


Asimetría Geométrica y Térmica

Punto más caliente


-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25

Tiempo (min)

T e m p e r a t u r a ( ° C )

Tramo b-c Tramo c-d Tramo a-b

Periodo de

p re-enfriamiento

Periodo de cambio de fase Periodo de post-enfriamineto

a

b c

d

Curvas de Congelación del Centro Térmico


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4



-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tiempo (min)

T e m p e r

a t u r a ( ° C )

Centro

Punto interior 1

Punto interior 2

Punto interior 3

Superficie

Curvas de congelación en diversos puntos del producto


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Tiempos de Congelación

El Instituto Internacional de refrigeración (1972) sugiere dos

definiciones:

Tiempo de congelación nominal.

Tiempo efectivo de congelación.


Tiempo de congelación

nominal.

Definido como el

“lapso de tiempo desde que la

temperatura superficial

alcanza 0°C, hasta que el

centro térmico alcance 10°C

por debajo de la temperatura

inicial de formación de hielo

del producto en el centro

térmico ”.

Mide la velocidad de formación del hielo.

Relacionado con la calidad del producto.


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Tiempo efectivo de congelación. Definido como el “tiempo requerido para

congelar un producto desde una temperatura inicial hasta una temperatura

final dada en el centro térmico ”.


El cálculo adecuado de los tiempos efectivos de

congelación permitiría a los profesionales:

Definir el tiempo de residencia requerido y por lo tanto

el tamaño del congelador o la velocidad de producción

(Capacidad física).

Especificar condiciones de operación apropiadas parael congelador (Ej. Temperatura y velocidad del aire).

Evaluar como los cambios en las condiciones de

operación afectan el tiempo de residencia.

Minimizar las pruebas experimentales de congelación.


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Determinación de Tiempos Efectivos de Congelación

Experimentalmente

Usualmente la mayoría de las plantas de proceso determinan sus

condiciones de trabajo y eficiencia mediante ensayos basados en

la experiencia.

Simulación del Proceso

En el caso de la congelación de alimentos, la simulación

constituye una de las opciones factibles de utilizar dada la

disponibilidad de software especializados, como FoodFreezing,

que facilitan el cálculo de tiempos de residencia.


Disposición de las termocuplas en las partículas


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Determinación del espesor equivalente en un

filete de salmón


Software FoodFreezing

• Web-Aided Software

• Web based Software

• Aplicaciones Web para dispositivos móviles


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El Software

oo reezing

fue desarrollado en el Instituto de Ciencia

y Tecnología de Alimentos (ICYTAL) de la Universidad Austral de

Chile.

Actualmente, está disponible el acceso a través del Laboratorio de

Métodos Asistidos/bAsados por/sobre la Web para los Cálculos de

Ingeniería de Procesos en Alimentos (www.wamfoodlab.cl).


Parámetros de congelación para filetes de Salmón en

túnel de congelación por aire forzado

-25 ºCTemperatura final de congelación

25 W/m2 KCoeficiente de Transferencia de Calor

-35 ºCTemperatura del Medio (Alcohol Etílico 95%)

8 %b.h.Fracción de Agua No Congelable

-1 ± 0.2 ºCPunto Inicial de Congelación

0,484 W/m KConductividad Térmica

3578,7 J/kg KCalor Específico

1053,8 kg/m3Densidad

73,0 % b.h.Humedad

Propiedades

12 ºCTemperatura Inicial del Producto

28 mmEspesor Filete

MagnitudParámetro


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10




11/20

11




12/20

12




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13



túnel de congelación por aire forzado


25 W/m2 KCoeficiente de Transferencia de Calor

-40 ºCTemperatura del Medio






73,0 % b.h.Humedad

Propiedades


28 mmEspesor Filete

MagnitudParámetro



túnel de congelación por inmersión en alcohol al 95%


102 ± 3 W/m2 KCoeficiente de Transferencia de Calor

-50 ± 2 ºCTemperatura del Medio (Alcohol Etílico 95%)






73,0 % b.h.Humedad

Propiedades


28 mmEspesor Filete

MagnitudParámetro


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Congelador continuo con cinta transportadora enteramente de acero

inoxidable. Refrigerante Primario: Freon 22. Refrigerante Secundario:

Alcohol Etílico al 95 .


Factores que influyen sobre la cinética de

congelación


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Parámetros de congelación para filetes de Salmón

-10, -18, -25 ºCTemperatura final de congelación

20, 25, 30, 40 W/m2 KCoeficiente de Transferencia de Calor

-30 ºC, -35 ºC, -40 ºCTemperatura del Medio

8 % b.h.Fracción de Agua No Congelable





73,0 % b.h.Humedad

Propiedades

0 ºC, 12 ºC, 20 ºCTemperatura Inicial del Producto

22, 25, 28, 30 mmEspesor Filete

MagnitudParámetro


Propiedades térmicas del producto.

Tamaño y forma del producto.

Temperatura inicial del producto

Temperatura del medio congelador

Temperatura final de proceso de congelación

Coeficiente de transferencia de calor.


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• Tamaño y forma del producto.



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• Coeficiente de transferencia de calor.


• Temperatura del medio congelador.


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• Temperatura inicial del producto


• Temperatura final de proceso de congelación


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Densidad (kg/m3) = 1054.5

Calor específico (J/kg-K) = 3375.4Cond. térmica (W/m-K) = 0.456

Humedad = 63.6

Carbohidratos = 0.3

Proteínas = 22.5

Lípidos = 12.2

Cenizas = 1.4Fibra = 0


Calor específico (J/kg-K) = 3483Cond. térmica (W/m-K) =0.483

Humedad = 68.9

Carbohidratos = 2.2

Proteínas = 20.6

Lípidos = 7



Calor específico (J/kg-K) = 3578.7Cond. térmica (W/m-K) = 0.484

Humedad = 73.1

Carbohidratos = 0.5Proteínas = 19.6

Lípidos = 5.6


Propiedades (12 ºC)Composición (%)


• Propiedades térmicas del producto.


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Conclusiones


El tiempo de residencia del producto en el aparato

congelador es una información necesaria para los

Ingenieros relacionados a la industria del frío, para el

diseño y evaluación de equipos y procesos de

congelación.

Los Software especializados como FoodFreezing

permitirían reducir los costos involucrados en los

ciclos de diseño y evaluación de equipos y

procesos

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