PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS 2013-1

TRANSFERENCIA DE CALOR EN ESTADO NO ESTACIONARIO

1. Un huevo se puede considerar como una esfera de diámetro 5 cm. Si un

huevo se encuentra inicialmente a una temperatura uniforme de 5°C y

se deja caer en agua en ebullición a 95°C (asuma un coeficiente de

transferencia de calor por convección del agua a la superficie del huevo

(hs) de 900 W/m2°C), calcular el tiempo que debe transcurrir para que

el centro llegue a 70°C.

2. En una planta de procesamiento de carne se deben enfriar porciones de

carne de 2 cm de espesor (que se encuentran inicialmente a una

temperatura de 25°C) en un refrigerador que se mantiene a -11°C y su

coeficiente de transferencia de calor por convección a la superficie de

la carne es de 9 W/m2°C. Para evitar daños por frío, la temperatura del

trozo de carne en su punto más frío no debe ser inferior a 4°C en ningún

momento del proceso.

Los trozos de carne (Cp=0,98 Kcal/Kg°C; ρ=6,2 gr/cm3; K=0,45 W/m2°C)

se ubican en las rejillas del refrigerador muy cerca el uno del otro (de

tal forma que la transferencia de calor por los bordes es despreciable).

Calcular el tiempo máximo que se deben mantener los trozos de carne en

el refrigerador para prevenir los daños por frío.

3. Una naranja de 8 cm de diámetro que se encuentra inicialmente a 15°C.

La naranja se introduce en un congelador que se encuentra a -6°C (hs=15

W/m2°C) durante cuatro horas. Se congelará alguna porción de la

naranja en ese tiempo, si se sabe que la temperatura de inicio de

congelación de esta variedad es de -1,1 °C. Asuma como propiedades de

la naranja las de agua pura.

4. Se introducen manzanas de 9 cm de diámetro, y que se encuentran

inicialmente a 20°C, en un refrigerador que opera a -15°C (hs= 8 W/m2

°C). Determine la temperatura en el centro y superficie de la manzana

luego de una hora de estar en el refrigerador.

Asuma para la manzana; Cp= 3,81 KJ/Kg°C; ρ= 840 Kg/m3; k=0,418

W/m°C.

5. Un bote de puré de calabaza de 8.73 cm de diámetro de 11.43 cm de alto

se calienta en un autoclave a vapor a una presión de 100 kPa sobre la

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atmosférica; bajo las anteriores condiciones se puede asumir el

coeficiente de transferencia de calor del vapor a la superficie de la lata

(hs) como 1200 J/sm2°C.

La calabaza tiene una K=0.83 J/msC, Cp=3770 J/kgºC = 1090 Kg/m3,

Ti=20ºC y dentro del autoclave los botes de apilan unos sobre otros de

tal forma que el calor que se transfiere a través de la base y tapa es

despreciable.

Calcular el tiempo que deben mantenerse las lastas en el autoclave para

lograr que la temperatura en el punto más frío sea de 115°C.

6. Cuánto tiempo tardará en congelar una pulpa de fruta (Cp 0.9 Kcal/kgºC,

K=0.49 J/msºC, = 930 Kg/m3, Ti 15C, Tc=-1.8ºC, %H=68%) si se

encuentra empacada en forma de láminas de 4 cm de espesor. El

congelador posee un coeficiente de transmisión de calor superficial de

30 J/m2sºC y la temperatura del aire es de -30ºC. Desprecie el efecto

del empaque.

7. Calcular el tiempo necesario para congelar una salchicha de carne, que

está inicialmente a 15ºC en una corriente de aire de 3m/s y una

temperatura de -18ºC. La salchicha puede considerarse como un cilindro

infinito de diámetro 2 cm y 15 cm de longitud.

Nota: el tiempo que dura el cambio de fase en la congelación (no incluye

los tiempos requeridos para enfriamiento antes y después de la

congelación) se puede estimar por la ecuación de Plank:

Siendo:

θ: el tiempo de congelación (cambio de fase) en segundos

λ: calor latente de congelación del alimento (J/kg)

ρ: densidad del alimento (Kg/m3)

t: temperatura de congelación del alimento (°C)

ta: temperatura del medio (°C)

h: coeficiente convectivo del medio

a: el espesor del alimento (m)

P =1/2, R = 1/8 en una lámina

P = ¼, R = 1/16 en un cilindro

P = 1/6, R = 1/24 en un cubo o en una esfera

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