Diseño y construcción de un equipo para la determinación de la conductividad térmica de alimentos sólidos mediante el Método de Fitch modificado

Abstract

Muchas de las etapas de procesado y conservación de alimentos implican transmisión de calor por lo que es importante comprender el significado de las propiedades térmicas fundamentalmente la conductividad térmica y sobre todo saberla calcular tanto teóricamente así como también experimentalmente. Los datos de las propiedades térmicas son necesarios en la ingeniería y diseño de procesos agroalimentarios. Sin conocer las propiedades térmicas de un material no puede hacerse un balance de energía para un proceso de calentamiento o enfriamiento y tampoco se puede determinar el perfil de temperatura en el interior del material. La transferencia de calor por conducción en estado transitorio es una operación unitaria importante en la ingeniería de alimentos. Casi todo producto alimenticio durante su elaboración o procesamiento en algún momento es sometido a enfriamiento, congelado, calentado, cocinado, pasteurizado o esterilizado donde ocurren cambios marcados de temperatura, por ejemplo, durante el almacenamiento de alimentos se elimina calor a fin de que el producto se enfríe y se conserve por un periodo largo. Por ello surge la necesidad de conocer la aplicación del proceso de transferencia de calor por conducción en estado transitorio aplicado a la determinación experimental de la conductividad térmica. Para la medición de la conductividad térmica existen métodos en estado estacionario y no estacionario. Aunque los métodos en estado estacionario son simples desde el punto de vista del procesado matemático de los resultados, el gran tiempo necesario para la medición hace que para los alimentos sean más preferibles los métodos no estacionarios. Justamente uno de los métodos transitorios es el método modificado de Fitch que se utilizará en el presente trabajo de investigación. La mayoría de los productos de los que el hombre se nutre son por naturaleza perecederos. Esta propiedad indispensable su función como alimento, plantea numerosos problemas para su conservación desde la cosecha, captura o sacrificio, hasta son utilización final. Los procesos de conservación por altas y bajas temperaturas son los más empleados por la industria alimentaria e implican por lo general operaciones de transferencia de calor sólido-líquido, gas- sólido, sólido-sólido. En el pasado la sobredimensión del tratamiento térmico era la única garantía real en los procesos de conservación. Se le daba poca importancia al tiempo real en el que el producto se calentaba o a la cantidad de calor exactamente necesaria que había que suministrar y menos aún se tomaba en cuenta a que velocidad se produce la transferencia de calor. Esta falta de precisión afecta sin duda la calidad del producto que queda innecesariamente dañada por un proceso mal calculado. Las exigencias del consumidor actual requieren afinar en el cálculo de equipos y procesos para conseguir unos requerimientos concretos de calidad en el producto. Otra exigencia es la exactitud en los cálculos. En este sentido se ha incrementado la necesidad de disponer de datos exactos dentro del rango de temperatura de proceso. En particular, las pulpas de fruta son utilizadas ampliamente en las industrias que elaboran, jaleas, mermeladas, néctares entre otros productos similares, por cuya razón es de interés el conocimiento de sus propiedades termofísicas, como la conductividad térmica. Los datos de las propiedades térmicas son necesarios en la ingeniería y diseño de procesos. Sin conocer las propiedades térmicas de un material no pueden hacerse un balance de energía para un proceso de calentamiento o enfriamiento. El avance del conocimiento y de métodos matemáticos y numéricos, como el desarrollo de las diferencias finitas planteó la necesidad de disponer de datos exactos y específicos. Los resultados del presente trabajo de investigación beneficiarán a todas aquellas personas dedicadas al diseño y control de equipos de transferencia de calor en la industria alimentaria. Así mismo servirá como fuente de información adicional para la realización de otros trabajos de investigación relacionados a los cálculos de propiedades térmicas en alimentos.