DETERMINACIÓN DE LA DIFUSIVIDAD TÉRMICA

INTRODUCCIÓN

Las propiedades térmicas de los alimentos resultan de interés durante las operaciones de transformación y procesado de alimentos en la industria alimentaria. Una de estas propiedades es la Difusividad Térmica, definida como una medida de la rapidez del cambio de temperatura cuando hay calentamiento o enfriamiento.

La difusividad térmica es una propiedad importante que nos sirve de mucho en la realidad para poder crear, optimizar, adecuar o mejorar un proceso de producción dependiendo de las características específicas del alimento; también se pueden diseñar máquinas especializadas basándose en esta propiedad.

En el siguiente informe se presenta un método experimental para determinar la difusividad térmica del arroz utilizando para ello un equipo llamado DataTrace que con los datos que se obtengan de éste, se aplican ecuaciones que nos permiten hallar la difusividad del arroz.

Los objetivos de la presente experiencia fueron: Hallar experimentalmente la difusividad térmica de un alimento (en este caso el cacao) usando el DataTrace, plasmar los resultados y gráficas.

Materiales:

Célula cilíndrica Baño recirculaste de agua con temperatura controlada Muestra: alimento Registrador de temperatura Computador Balanza de precisión

Métodos:

Primero programamos la

Primero programamos la

Calentar el baño hasta temperatura de trabajo (75°)

Colocar la muestra de alimento (300 g) dentro de

la cedula

Cerrar la célula el registrador de temperatura (data trace) en el eje

central de modo que bulbo que en centro geométrico del sistema

Esperar 50 min mientras el data trace registra la

temperatura

Retirar el registrador de temperatura

RECOMENDACIONES:

• Es recomendable programar el DataTace de manera que registre la temperatura en intervalos de tiempo cortos (Ejm: cada 15, 20 segundos) para que al momento de hacer las graficas tengamos una curva mas exacta y mejor definida. El sensor del Data Trace debe ser colocado correctamente a la hora de medir la difusividad del arroz para obtener una buena lectura de los datos.

BIBLIOGRAFÍA:

▪ CALIENES, C. 2003. Determinación de la Difusividad Térmica en granos de

Leer el archivo de datos generado y grabarlo

Apagar el baño y calcular la difucividad térmica usando la ecuación 5 mediante el software

adecuado

cereales. Lima-Perú

▪ UREÑA, M. 1990. Obtención De Alimentos Modelo A Partir De Mezclas Bentonita:Glicerol:Agua Para Estudio De Tratamiento Térmico. Valencia-España

Anexo #1:

Rangos aproximados de difusividad efectiva en algunos materiales

Difusividades térmicas de algunos materiales alimenticios

Fuente: Obrego Lazarte Carlos Eduardo (2003)

Difusividad térmica de ciertos alimentos

Fuente: Alberto Ibarz (2005)

Anexo #2

BULK PRODUCT: RICE COMPOSITION (FRACTIONS) WATER 0.131 PROTEIN 0.082 FAT 0.005 CARBOHYDRATES 0.778 MINERALS 0.004 FREEZING POINT: 0.00 DEGREES C

THERMAL THERMAL SPECIFIC ICE TEMP. CONDUCTIVITY DIFFUSIVITY ENTHALPY HEAT FRACTION C W/M,K M**2/S KJ/KG KJ/KG,K - 70.0 0.2263 0.1429E-06 116.9265 1.6704 0.0000

Cuestionario

1.- ¿Cuál es la importancia de la Difusividad en el procesamiento de alimentos? (Cite 2 ejemplos concretos)

Las propiedades termo físicas resultan de interés durante las operaciones de transformación y procesado, bien en condiciones de refrigeración secado y esterilización. La miel de Apis bajo ciertas circunstancias puede ser sometida a calentamiento por ello las propiedades de transmisión de calor puede aportar información útil durante las operaciones de balance de materia y energía. La difusividad térmica, no es otra que la relación entre la conductividad térmica y el calor especifico multiplicado por su densidad, esta propiedad aporta información acerca de la velocidad con la cual la miel es calentada o enfriada; esta esta propiedad es de particular interés cuando la depresión del punto de congelación para una solución de miel al 15% esta en el rango de-1.42 a -1.53 °C, (29.44 a 29.25 °F), mientras que soluciones al 68%es del orden de los –5.8 º C (21.6 °F)

Por lo tanto, las propiedades descritas por Salamanca y Pérez (2001) indican que conforme a los niveles de cada uno de los componentes de las mieles en las zonas geográficas de origen y el contenido de humedad, los productos presentan marcadas diferencias y que podrían ser consideradas dentro de los criterios analíticos para la tipificación de los tipos de miel ya sea como monoflorales,multiflorales o de mielada.

Determinación de la difusividad térmica

Por lo tanto, las propiedades descritas por Salamanca y Pérez (2001)indican que conforme a los niveles de cada uno de los componentesde las mieles en las zonas geográficas de origen y el contenido dehumedad, los productos presentan marcadas diferencias y quepodrían ser consideradas dentro de los criterios analíticos para latipificación de los tipos de miel ya sea como monoflorales,multiflorales o de mielada.

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Giraldo

et. al

(2008), presenta un artículo de investigación sobre laspropiedades termofísicas del jugo concentrado de lulo a temperaturaspor encima del punto de congelación. Según Giraldo

et. al

(2008), elconocimiento de las propiedades termofísicas del jugo de lulo en unamplio rango de concentraciones y temperaturas es de granimportancia en la industria de jugos concentrados refrigerados ocongelados, ya que son vitales en operaciones unitarias comobombeo, intercambio de calor, evaporación, congelamiento y secado,las cuales deben ser correctamente proyectadas y controladas.Según Gómez

et. al

(2004) citado por Giraldo

et. al

(2008), el lulo decastilla o naranjilla (Solanum quitoense Lam) es una planta originariade los Andes Sudamericanos, típica en Colombia en las regioneshúmedas de clima medio y frio moderado, en donde crece en formaespontánea o en siembra. Su cultivo, aunque muy incipiente, seencuentra a lo largo del callejón interandino entre Colombia yEcuador. Este se desarrolla bien entre los 1600 y 2500 m de altitudcon temperaturas entre los 22 y 25 °C.Como se describe, el lulo es un fruto muy incipiente y por ello no haybibliografía con la que se pueda comparar. Las propiedades térmicascomo la difusividad térmica tienen un rol importante en este aspecto,ya que si no hay bibliografía al respecto, se tienen que conocer estaspropiedades para la optimización de los procesos unitarios a aplicar.

2.- Existen otros métodos para determinar la difusividad térmica en los alimentos. ¿Cuáles son? Adjunte la información.

El valor de la difusividad térmica de un alimento dado puede calcularse si se conocen

su conductividad térmica, densidad y calor específico. Sin embargo, existen

expresiones matemáticas que permiten calcular la difusividad térmica según su

contenido de agua (Ibarz y Barbosa-Cánovas, 2005).

A continuación se muestran algunos métodos para hallar la difusividad térmica en los

alimentos:

- Martens (1980) citado por Ibarz y Barbosa-Cánovas (2005), da la siguiente ecuación:

En la que α es la difusividad térmica en m2/s, Xmagua la fracción másica de agua y T la

temperatura en Kelvin.

- Dickerson (1969) citado por Ibarz y Barbosa-Cánovas (2005), da una expresión en la que la difusividad térmica del alimento sólo es función del contenido de agua y de la difusividad térmica de la misma:

- Choi y Okos (1986) citado por Ibarz y Barbosa-Cánovas (2005), al igual que otras propiedades térmicas expresan la difusividad térmica en función de los componentes:

Siendo αi la difusividad térmica del componente i y Xiv la fracción volumétrica de dicho

componente.

3. ¿Existe diferencia en la relación temperatura- difusividad cuando se trabaja con alimentos líquidos y sólidos? Si existe, ¿Por qué ocurre esto?

Sí, existe diferencia cuando se trata de un alimento sólido o líquido. Esta diferencia se debe a que en los sólidos las moléculas se encuentran más unidas que en los líquidos, el movimiento molecular tiene mayores restricciones. En muchos sólidos, las fuerzas intermoleculares son lo suficientemente grandes como para mantener a las moléculas en una distribución fija. Por otro lado, en los líquidos la difusión molecular es mucho mayor, las moléculas no se encuentran tan juntas como en un sólido tienen movilidad unas respecto a otras.