1Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

Cintica de Congelacin

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

Curvas de CongelacinLas curva de congelacin no es otra cosa que la representacin grfica de la variacin de la temperatura del alimento en un determinado punto, usualmente el centro trmico.

El componente principal en la mayora de los alimentos es el agua y la transformacin del estado lquido a hielo influye notablemente en sus propiedades termofsicas y en el proceso de congelacin.

2Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

9 Centro trmico = punto de ms lento enfriamiento9 Con Simetra Geomtrica y Trmica:

Centro trmico Centro geomtrico

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

3Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

Asimetra Geomtrica y Trmica

Punto ms caliente

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

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25

Tiempo (min)

Tem

pera

tura

(C

) Tramo b-c Tramo c-dTramo a-b

Periodo de pre-enfriamiento

Periodo de cambio de fase Periodo de post-enfriamineto

a

b c

d

Curvas de Congelacin del Centro Trmico

4Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

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

-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)

Tem

pera

tura

(C

)

Centro

Punto interior 1

Punto interior 2

Punto interior 3

Superficie

Curvas de congelacin en diversos puntos del producto

5Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

Tiempos de CongelacinEl Instituto Internacional de refrigeracin (1972) sugiere dos definiciones:

9Tiempo de congelacin nominal. 9Tiempo efectivo de congelacin.

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

9 Tiempo de congelacin nominal. Definido como el lapso de tiempo desde que la temperatura superficial alcanza 0C, hasta que el centro trmico alcance 10C por debajo de la temperatura inicial de formacin de hielo del producto en el centro trmico.

Mide la velocidad de formacin del hielo. Relacionado con la calidad del producto.

6Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

9 Tiempo efectivo de congelacin. Definido como el tiempo requerido para congelar un producto desde una temperatura inicial hasta una temperatura final dada en el centro trmico.

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

El clculo adecuado de los tiempos efectivos de congelacin permitira a los profesionales:9Definir el tiempo de residencia requerido y por lo tanto

el tamao del congelador o la velocidad de produccin (Capacidad fsica).

9Especificar condiciones de operacin apropiadas para el congelador (Ej. Temperatura y velocidad del aire).

9Evaluar como los cambios en las condiciones de operacin afectan el tiempo de residencia.

9Minimizar las pruebas experimentales de congelacin.

7Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

Determinacin de Tiempos Efectivos de Congelacin

9 ExperimentalmenteUsualmente la mayora de las plantas de proceso determinan sus condiciones de trabajo y eficiencia mediante ensayos basados en la experiencia.

9 Simulacin del ProcesoEn el caso de la congelacin de alimentos, la simulacin constituye una de las opciones factibles de utilizar dada la disponibilidad de software especializados, como FoodFreezing, que facilitan el clculo de tiempos de residencia.

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

Disposicin de las termocuplas en las partculas

8Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

Determinacin del espesor equivalente en un filete de salmn

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

Software FoodFreezing Web-Aided Software Web based Software Aplicaciones Web para dispositivos mviles

9Ing. Elton F. Morales Blancas, M.Sc.

El Software FoodFreezing fue desarrollado en el Instituto de Ciencia y Tecnologa de Alimentos (ICYTAL) de la Universidad Austral de Chile.

Actualmente, est disponible el acceso a travs del Laboratorio de Mtodos Asistidos/bAsados por/sobre la Web para los Clculos de Ingeniera de Procesos en Alimentos (www.wamfoodlab.cl).

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

Parmetros de congelacin para filetes de Salmn en tnel de congelacin por aire forzado

-25 CTemperatura final de congelacin25 W/m2 KCoeficiente de Transferencia de Calor-35 CTemperatura del Medio (Alcohol Etlico 95%)8 %b.h.Fraccin de Agua No Congelable

-1 0.2 CPunto Inicial de Congelacin 0,484 W/m KConductividad Trmica3578,7 J/kg KCalor Especfico1053,8 kg/m3Densidad73,0 % b.h.Humedad

Propiedades12 CTemperatura Inicial del Producto28 mmEspesor FileteMagnitudParmetro

10

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

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

11

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

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

12

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

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

13

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

Parmetros de congelacin para filetes de Salmn en tnel de congelacin por aire forzado

-30 CTemperatura final de congelacin25 W/m2 KCoeficiente de Transferencia de Calor-40 CTemperatura del Medio8 %b.h.Fraccin de Agua No Congelable

-1 0.2 CPunto Inicial de Congelacin 0,484 W/m KConductividad Trmica3578,7 J/kg KCalor Especfico1053,8 kg/m3Densidad73,0 % b.h.Humedad

Propiedades12 CTemperatura Inicial del Producto28 mmEspesor FileteMagnitudParmetro

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

Parmetros de congelacin para filetes de Salmn en tnel de congelacin por inmersin en alcohol al 95%

-30 CTemperatura final de congelacin102 3 W/m2 KCoeficiente de Transferencia de Calor-50 2 CTemperatura del Medio (Alcohol Etlico 95%)8 %b.h.Fraccin de Agua No Congelable

-1 0.2 CPunto Inicial de Congelacin 0,484 W/m KConductividad Trmica3578,7 J/kg KCalor Especfico1053,8 kg/m3Densidad73,0 % b.h.Humedad

Propiedades12 CTemperatura Inicial del Producto28 mmEspesor FileteMagnitudParmetro

14

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

Congelador continuo con cinta transportadora enteramente de acero inoxidable. Refrigerante Primario: Freon 22. Refrigerante Secundario:

Alcohol Etlico al 95%.

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

Factores que influyen sobre la cintica de congelacin

15

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

Parmetros de congelacin para filetes de Salmn

-10, -18, -25 CTemperatura final de congelacin20, 25, 30, 40 W/m2 KCoeficiente de Transferencia de Calor-30 C, -35 C, -40 CTemperatura del Medio 8 % b.h.Fraccin de Agua No Congelable

-1 0.2 CPunto Inicial de Congelacin 0,484 W/m KConductividad Trmica3578,7 J/kg KCalor Especfico1053,8 kg/m3Densidad73,0 % b.h.Humedad

Propiedades0 C, 12 C, 20 CTemperatura Inicial del Producto22, 25, 28, 30 mmEspesor Filete

MagnitudParmetro

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

9 Propiedades trmicas del producto.9 Tamao y forma del producto.9 Temperatura inicial del producto9 Temperatura del medio congelador9 Temperatura final de proceso de congelacin9 Coeficiente de transferencia de calor.

16

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

Tamao y forma del producto.

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

17

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

Coeficiente de transferencia de calor.

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

Temperatura del medio congelador.

18

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

Temperatura inicial del producto

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

Temperatura final de proceso de congelacin

19

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

Densidad (kg/m3) = 1054.5Calor especfico (J/kg-K) = 3375.4Cond. trmica (W/m-K) = 0.456

Humedad = 63.6Carbohidratos = 0.3Protenas = 22.5Lpidos = 12.2Cenizas = 1.4Fibra = 0

Densidad (kg/m3) = 1061.4Calor especfico (J/kg-K) = 3483Cond. trmica (W/m-K) =0.483

Humedad = 68.9Carbohidratos = 2.2Protenas = 20.6Lpidos = 7Cenizas = 1.3Fibra = 0

Densidad (kg/m3) = 1053.8Calor especfico (J/kg-K) = 3578.7Cond. trmica (W/m-K) = 0.484

Humedad = 73.1Carbohidratos = 0.5Protenas = 19.6Lpidos = 5.6Cenizas = 1.2Fibra = 0

Propiedades (12 C)Composicin (%)

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

Propiedades trmicas del producto.

20

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

Conclusiones

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

9 El tiempo de residencia del producto en el aparato congelador es una informacin necesaria para los Ingenieros relacionados a la industria del fro, para el diseo y evaluacin de equipos y procesos de congelacin.

9 Los Software especializados como FoodFreezingpermitiran reducir los costos involucrados en los ciclos de diseo y evaluacin de equipos y procesos