uigg
Teodor Ioan Trac
Operaii unitare n industria alimentar
TRANSMITEREA CLDURII
TRANSMITEREA CLDURII
1. Definire. Consideraii generale
Transmiterea cldurii reprezint fenomenul care st la baza multor
operaii specifice industriei alimentare: nclzire, rcire, evaporare,
condensare, uscare, distilare).
Transmiterea cldurii se produce pe baza unei diferene de
temperatur. n mod spontan, cldur trece de la mediul mai cald la
mediul mai rece.
Transmiterea cldurii are loc prin: conducie, convecie sau
radiaie.
Transmiterea cldurii prin conducie se produce n interiorul unui
corp sau ntre corpuri care se ating i se propag din molecul n
molecul: moleculele mai calde, cu micri mai repezi, se ciocnesc de
moleculele mai reci, cu micri mai lente, le cedeaz o parte din
energia cinetic i se rcesc, n timp ce moleculele mai reci se
nclzesc. Transmiterea cldurii ntre molecule continu pn la
egalizarea temperaturii lor.
Transmiterea cldurii prin convecie se produce n fluide ca urmare
a transportului de substan n cazul aceleai faze sau ntre faze
alturate. Transmiterea cldurii prin convecie natural sau liber se
realizeaz datorit deplasrii naturale a unor poriuni de fluid sub
aciunea diferenei de densitate. Transmiterea cldurii prin convecie
forat se datoreaz deplasrii forate a unui fluid sub aciunea unor
fore motoare exterioare.
Transmiterea cldurii prin radiaie se realizeaz sub form de unde
electromagnetice care se transform n cldur cnd ntlnesc un corp.
Transmiterea cldurii se produce de cele mai multe ori prin dou
sau chiar prin toate cele trei moduri (conducie, convecie,
radiaie).
2. Transmiterea cldurii prin conducie
2.1. Definiii
Cmpul de temperatur reprezint repartizarea temperaturilor, la un
moment dat, n toate punctele unui mediu n care se transmite
cldur.
Transmiterea cldurii se produce:
- n regim staionar: temperatura fiecrui punct al sistemului
considerat se menine constant i nu se acumuleaz cldur n sistem;
cmpul de temperatur este independent de timp i prin orice suprafa
perpendicular pe direcia fluxului de cldur se transmite o cantitate
de cldur egal;
- n regim nestaionar: se acumuleaz cldur n sistemul considerat;
cmpul de temperatur depinde de timp, deci variaz cu acesta.Suprafaa
izoterm reprezint suprafaa format de punctele cu temperatur egal
dintr-un cmp de temperatur.
Gradientul de temperatur reprezint limita raportului dintre
diferena temperaturilor considerate i distana dintre dou suprafee
izoterme, cnd aceasta tinde la zero:
(1)
unde:
[grad] - diferena temperaturilor celor dou suprafee
izoterme;
[m] - distana dintre cele dou suprafee izoterme.
Legea lui Fourier pentru transmiterea cldurii prin conducie este
urmtoarea: cldura transmis n unitatea de timp este proporional cu
aria suprafeei i cu gradientul de temperatur:
(2)
unde:Q [W]- cldura transmis n unitatea de timp;
q [J/s]- cldura transmis n timpul ;
[W/(m(grad)]- conductivitatea termic sau coeficientul
de conductibilitate termic;
A [m2]- aria suprafeei prin care se transmite cldur;
- gradientul de temperatur.
3. Schimbul termic. Definirea operaiilor de pasteurizare i
sterilizare
Schimbul termic const n transmiterea cldurii, pentru a putea
nclzi sau rci o materie prim, auxiliar sau un produs. Operaia se
realizeaz prin intermediul unui agent termic, care n decursul
operaiei de nclzire sau rcire, i modific sau nu starea de
agregare.
Agenii termici folosii n industria alimentar sunt:
apa cald la presiunea atmosferic (pn la 80(C)
sau sub presiune (80 ... 374(C);
abur saturant cel mai utilizat purttor de cldur;
apa rece agent de rcire;
apa rcit agent de rcire secundar peste 4(C;
- ageni de rcire neconvenionali: microunde cu frecvena de 2450Hz
(pentru oprirea fructelor i legumelor); cmp electric de nalt
tensiune mai mare de 300kW (pentru nclzirea produselor cu aciditate
ridicat).
Pasteurizarea reprezint operaia ce are drept scop distrugerea
majoritii microorganismelor i, n particular, a bacteriilor patogene
nesporulate prezente n produsul alimentar, cu cea mai mic pierdere
posibil a calitilor senzoriale ale acestuia. Pasteurizatoarele
lucreaz, n general, la presiune atmosferic i temperaturi de lucru
sub 100(C.
Sterilizarea este operaia ce are drept scop distrugerea tuturor
microorganismelor, att a formelor vegetative, ct i a celor
sporulate. Sterilizatoarele lucreaz la presiune atmosferic sau
suprapresiune i temperaturi de lucru egale sau mai mari de
100(C.
Evoluia temperaturii n cazul tratamentelor de pasteurizare i
sterilizare se urmrete de obicei pentru centrul termic al
produsului, care, n general, se confund cu centrul geometric. n
cazul produselor solide ambalate, datorit spaiului liber din
ambalaj, punctul cu nclzirea cea mai slab este sub centrul
geometric al ambalajului. n cazul rcirii, considernd teoretic c
distribuia temperaturii n recipient este uniform la nceperea
operaiei, fluxul termic are direcia din interior spre exterior, iar
punctul geometric al produsului este punctul cu temperatura cea mai
ridicat.
n ceea ce privete evoluia presiunii, n timpul sterilizrii, n
interiorul recipientelor se creeaz o presiune ridicat ca urmare a
dilatrii produsului, a aerului din recipient, a gazelor i vaporilor
de ap degajai de produs. Datorit valorilor ridicate ale presiunii
interioare, aceasta nu va mai fi compensat de presiunea exterioar
i, ca urmare, apar deformaii remanente n falul cutiei, aceasta nu
mai este etan, iar la borcane capacul este aruncat. Presiunea
interioar este parial echilibrat de presiunea din utilaj (autoclav)
pe durata operaiei de sterilizare a produselor alimentare ambalate
n recipiente. Pericolul este mai mare n prima parte a rcirii, cnd
datorit introducerii apei reci presiunea scade brusc.
Pentru a preveni pierderea etaneitii recipientelor, se practic
sterilizarea cu suprapresiune de aer, n special pentru recipientele
din sticl sau din material plastic.
1. Descriei cele 3 moduri de transmitere a cldurii!
2. n ce const transmiterea cldurii n regim staionar, respectiv
nestaionar?
3. n ce const schimbul termic?
4. Care sunt agenii termici cei mai folosii n industria
alimentar?
5. Caracterizai operaiile de pasteurizare i sterilizare!
6. Caracterizai evoluia temperaturii n cazul operaiilor de
pasteurizare i sterilizare!
7. Caracterizai evoluia presiunii n cazul operaiei de
sterilizare!
_1113476846.unknown
_1113477216.unknown
_1113477323.unknown
_1113488626.unknown
_1113477232.unknown
_1113476889.unknown
_1113476733.unknown
