Guía Problemas Resueltos Foodproperty - Unidad

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DE LOS ALIMENTOS /
ASIGNATURA : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
PROFESOR
: Elton F. Morales Blancas
UNIDAD 4: CALCULO DE PROPIEDADES TERMOFISICAS DE ALIMENTOS
PROBLEMAS RESUELTOS MEDIANTE FOODPROPERTY (Versión Alfa)
1. Cortes de carne de cordero de 12 x 6 x 3 cm tienen una temperatura inicial de 10 ºC.
Calcule la temperatura en la cual el 88 % del agua libre del producto se
congela.
Carne de cordero: Humedad 72%
Densidad 1050 Kg/m3
Ywz =0.72 Kg/Kg
Ys = 1 –0.72 Kg/Kg
Ys = 0.28 Kg/Kg → Fracción másica de sólidos totales del producto.
Yb = 0.3 x 0.28
Yb = 0.084 Kg/Kg
YWA = 0.72 − 0.084
YWA = 0.636Kg / Kg
YI = 0.636 x0.88
YI = 0.55968 = 0.56 Kg / Kg
Yi(T ) = 1 − Yw(T ) − Ys
Yw = 0.16 Kg / Kg
Se comienza eligiendo el modelo de Solución binaria, ya que las propiedades se calcularán
en base al contenido inicial de agua.
El siguiente paso corresponde a la elección del proceso en el que se trabajará, que en este
caso corresponde a congelación / descongelación.
En el recuadro de las Propiedades, se estiman las propiedades de acuerdo al contenido de
humedad, donde se debe ingresar además, la densidad del alimento y la temperatura inicial
de estimación de propiedades.
Al presionar el botón para calcular las propiedades, nos encontramos con el siguiente
recuadro, en donde se encuentran los resultados de las propiedades a la temperatura inicial.
Haciendo clic en el botón siguiente, nos encontramos con un recuadro donde se debe
ingresar las temperaturas a las que se quiere obtener las propiedades termofísicas del
alimento, teniendo la opción de ingresar temperaturas específicas, o un rango de
temperaturas, en el cual se debe ingresar un intervalo para el rango elegido.
Finalmente, en el siguiente recuadro, se presentan los resultados a las temperaturas
requeridas, donde se determina la temperatura en la cual un 88% del agua libre del alimento
se congela.
Respuesta: La temperatura a la cual un 88% del agua libre del producto se congela,
corresponde a -18.7 °C.
3. Una planta de alimentos procesa cortes de zanahoria de las siguientes dimensiones:
4x2x1 cm. El producto tiene una temperatura inicial de 20ºC. La temperatura del aire es de 40ºC. Considerar la temperatura en el centro térmico al final del proceso igual a -20ºC.
a) Calcule los requerimientos de refrigeración.
b) Si se quiere congelar frambuesas de 25 mm de diámetro en promedio desde 15ºC hasta
-10ºC, bajo los mismos parámetros de congelación y operaciones del túnel de
congelación anterior. ¿Cuáles serían los requerimientos de refrigeración?.
Zanahoria:
Humedad: 89%.
Densidad: 1030Kg/m3
Frambuesas:
Humedad: 84.1%
Proteínas: 1.2%
Lípidos: 0.7 %
Carbohidratos: 10.7%
Fibra cruda: 2.8%
Cenizas:0.5%
Ys = 1 − Y WZ
YWZ = 0.89
Ys = 1 − 0.89
Ys = 0.11
En el siguiente recuadro, se elige la opción Solución binaria, ya que las propiedades se
calcularán en base al contenido inicial de humedad.
En el recuadro denominado Rango de temperaturas, se elige el proceso de Congelación /
Descongelación, ya que se trabajará dentro del rango de 20°C hasta
-20° C.
En el siguiente recuadro, se debe ingresar el contenido de humedad, además de la
densidad, y la temperatura de estimación de propiedades iniciales, para posteriormente
obtener el cálculo de las propiedades.
En el cuadro que se muestra a continuación, aparecen los resultados de los cálculos
obtenidos de las propiedades a la temperatura inicial.
En este caso se elige la opción Temperaturas Específicas, puesto que se desea obtener
las propiedades sólo a –20 y 20°C, para calcular de esta forma los requerimientos de
refrigeración.
Aquí se obtienen los resultados a las temperaturas especificadas anteriormente, con los
cuales será posible determinar los requerimientos de refrigeración.
a) Cálculos:
0
m = 1000
Kg 1h
⋅
= 0.2777 Kg / s
h 3600 s
Req.refrig= m(H (20 ) − H (− 20 ) )
0
Kg
(445940 − 43534) J
s
Kg
Req.refrig= 111748.15 [J/s]
Req.refrig= 0.2777
Req.refrig= 111.75 [KW]
b)
En este caso, se elige la opción Composición fraccional, ya que se cuenta con la
información de la proporción de cada componente del alimento en cuestión.
Corresponde elegir el proceso de Congelación / Descongelación, ya que se trabajará con
temperaturas que se encuentran dentro del rango.
En el presente recuadro se debe ingresar la composición del alimento.
En el recuadro que se muestra, se elige la opción temperaturas específicas, ya que necesito
obtener las propiedades a –10 y 15°C.
Como se puede observar en el recuadro, se muestran los resultados obtenidos para las
distintas propiedades, a las temperaturas dadas.
0
m = 1000
Kg 1h
⋅
= 0.2777 Kg / s
h 3600 s
0
Req.refrig= m (H15°C - H-10°C)
Req.refrig= 0.2777
Kg
(424958 − 90429) J
s
Kg
Req.Refrig. = 92898.7 [J/s]
Req.Refrig. = 92.9 [KW]
4. Una planta de congelación trabaja con cortes de carne de cordero de 12 x 6 x 3cm. El
producto tiene una temperatura inicial de 10 ºC. La temperatura del aire es de –35 ºC y el
coeficiente convectivo de transferencia de calor es igual a 35 W/m2 K.
a) Determine los requerimientos de refrigeración para congelar 2000 Kg/h de carne de
cordero. Considere la temperatura final del proceso -100C.
b) ¿Cuál es la carga en KW para 1000 Kg/h de arvejas verdes en el aparato
congelador?. Considere la temperatura inicial de 180C y una temperatura final de
proceso de -180C.
c) ¿Que cantidad de cerezas de 30mm de diámetro se podrá congelar en el aparato
congelador?. Considere la temperatura inicial de 100C y una temperatura final -100C.
Arvejas verdes:
Humedad = 75.4%
Proteínas = 4.8%
Lípidos = trazas
Carbohidratos = 16.4%
Fibra cruda = 2.8%
Cenizas = trazas
Cerezas:
Humedad = 82.6%
Proteínas = 1.8%
Lípidos = trazas
Carbohidratos = 14.3%
Fibra cruda = trazas
Cenizas = trazas
Carne de cordero:
Humedad = 70%
Densidad = 1060 Kg/m3
a)
En el siguiente recuadro, se elige la opción Solución binaria, ya que las propiedades se
calcularán en base al contenido inicial de humedad.
En el recuadro denominado Rango de temperaturas, se elige el proceso de Congelación /
Descongelación, ya que se trabajará dentro del rango de 10°C hasta -10° C.
En el siguiente recuadro, se debe ingresar el contenido de humedad, además de la
densidad, y la temperatura de estimación de propiedades iniciales, para posteriormente
obtener el cálculo de las propiedades.
En el cuadro que se muestra a continuación, aparecen los resultados de los cálculos
obtenidos de las propiedades a la temperatura inicial.
En este caso se elige la opción Temperaturas Específicas, puesto que se desea obtener
las propiedades sólo a –10 y 10°C, para calcular de esta forma los requerimientos de
refrigeración.
Aquí se obtienen los resultados a las temperaturas especificadas anteriormente, con los
cuales será posible determinar los requerimientos de refrigeración.
0
m = 2000
1h
Kg
⋅
= 0.555 Kg / s
h 3600 s
0
Req.refrig= m (H10°C - H-10°C)
Req.refrig= 0.555
Kg
(305365 − 100935) J
s
Kg
Req.Refrig. = 113458.65 [J/s]
Req.Refrig. = 113.46 [KW]
b)
En este caso, se elige la opción Composición fraccional, ya que se cuenta con la
información de la proporción de cada componente del alimento en cuestión.
Corresponde elegir el proceso de Congelación / Descongelación, ya que se trabajará con
temperaturas que se encuentran dentro del rango.
En el presente recuadro se debe ingresar la composición del alimento.
En el recuadro que se muestra, se elige la opción temperaturas específicas, ya que necesito
obtener las propiedades a –18 y 18°C.
Como se puede observar en el recuadro, se muestran los resultados obtenidos para las
distintas propiedades, a las temperaturas dadas.
0
m = 1000
Kg 1h
⋅
= 0.2777 Kg / s
h 3600 s
0
Req.refrig= m (H18°C - H-18°C)
Req.refrig= 0.2777
Kg
(405245 − 62917 ) J
s
Kg
Req.Refrig. = 95064.486 [J/s]
Req.Refrig. = 95.06 [KW]
c)
En este caso, se elige la opción Composición fraccional, ya que se cuenta con la
información de la proporción de cada componente del alimento en cuestión.
Corresponde elegir el proceso de Congelación / Descongelación, ya que se trabajará con
temperaturas que se encuentran dentro del rango. (10 a -10°C)
En el presente recuadro se debe ingresar la composición del alimento.
En el recuadro que se muestra, se elige la opción temperaturas específicas, ya que se
necesita obtener las propiedades a –10 y 10°C.
Como se puede observar en el recuadro, se muestran los resultados obtenidos para las
distintas propiedades, a las temperaturas dadas.
mcordero ∆H cordero = mcerezas ⋅ ∆Η cerezas
J
Kg
J
⋅ 204430
= mcerezas ⋅ 306236
Kg
h
Kg
J
J
408860000
= mcerezas ⋅ 306236
Kg
Kg
Kg
mTotal cerezas = 1335.11
h
2000
0
m cereza = ρ • v
D = 30mm → r = 15mm = 0.015m
Volumen cereza:
0
m cereza = ρ • v
ρ = 1063.7kg / m 3
4 3 4
πR = π 0.015 3 = 1.414 * 10 −5 m 3
3
3
0
m cereza = 1063.7 • 1.414 * 10 −5 = 0.015 kg/h de cereza
Entonces para determinar unidades de cereza, se tiene:
0
mTotal
0
mCereza
=
1335.11kg / h
= 89007.33 → 89007 Unidades de cereza.
0.015kg / h
6) En base a la información suministrada completar la siguiente tabla de datos de
propiedades térmicas para arvejas verdes.
T(°C)
YW
20
-1.0
-10.0
-20.0
0.758
YI
ρ
(Kg/m3)
CP
(J/Kg°K)
K
(W/m°K)
3571
959.7
1.512
Punto inicial de congelación = -1.83°C
Fracción másica de agua no congelable = 0.0484 kg/kg prod.
Calcular las propiedades del producto congelado a –15 °C.
Se selecciona la opción Solución binaria, ya que se resuelve de acuerdo al contenido inicial
de agua.
De acuerdo al rango de temperatura en el que se trabajará, corresponde elegir el proceso de
Congelación / Descongelación.
En el siguiente recuadro se debe ir iterando tanto las propiedades termofísicas como las
temperaturas de ellas, para poder obtener los valores pedidos a dichas temperaturas.
Dentro del recuadro que da la opción de ingresar el Rango de temperaturas, se toma –20 a
20°C, con un intervalo de 1, para obtener las propiedades requeridas a todas las
temperaturas que se necesita.
En el presente recuadro se muestran los resultados obtenidos para las propiedades
termofísicas, a las temperaturas requeridas.
Con los resultados obtenidos mediante Food Property, se completa la siguiente tabla:
T(°C)
YW
YI
20
-1.0
-10.0
-20.0
-15.0
0.758
0.758
0.190
0.111
0.137
0
0
0.568
0.647
0.621
ρ
(Kg/m3)
1006.6
1007.7
959.7
954.2
955.9
CP
(J/Kg°K)
3541.9
3571
7275.7
3192.3
4274.9
K
(W/m°K)
0.519
0.492
1.291
1.512
1.425