Refrigeración y congelación de alimentos

1. Proyecto 2:  Refrigeración y congelación de alimentos

González  // Arriaga  //  Jessica Karina

Abstract. Currently, the development of a modern society requires a better application of low temperatures for the conservation of perishable products in order to meet the food needs of a population in continuous growth. Refrigeration and freezing are conservation techniques widely used in the food industry that minimize degradation processes by microorganisms and enzymes.For the preservation of food by cold to be effective, three basic aspects must be respected, both in the case of refrigerated products and frozen products: starting from a healthy and quality product, applying the cold as soon as possible and maintaining the cold action steadily and to the right extent. Weight losses due to evaporation or sublimation, protein denaturation and the oxidation of fats and oils are negative effects of inadequate regulation and control of internal conditioning factors in storage systems.

1. 1 Introducción

La ciruela es el fruto del ciruelo. El fruto de la especie europea o ciruela común, es más pequeña que el fruto obtenido de las especies japonesas. La ciruela es una drupa con forma redondeada u ovalada (para este proyecto se supondrá una forma esférica), revestida de una sustancia blanquecina denominada pruina, con estructura acorazonada, de hasta 7 cm de diámetro, pudiendo llegar a pesar hasta 65 g. Tiene una conductividad térmica promedio de 0.247 W/m °C, una densidad de  ρ = 610 kg/m³, 86%(masa) de agua contenida, calor específico por arriba y por debajo del punto de congelación de 3.72 kI/kg∙K y 1.72 kI/kg∙K respectivamente.

2 Marco teórico

La vida en almacenamiento de los alimentos frescos perecederos, como las carnes, el pescado, los vegetales y las frutas se puede extender durante varios días almacenándolos a temperaturas escasamente arriba de la de congelación, por lo común entre 1 y 4°C. La vida en almacenamiento de  los alimentos se puede extender durante varios meses congelándolos y almacenándolos a temperaturas por debajo de la de congelación, por lo común entre –18 y –35°C, dependiendo del alimento en particular.

La refrigeración retarda los procesos químicos y biológicos en los alimentos y el deterioro y pérdida de calidad y de nutrientes que los acompañan. El maíz dulce, por ejemplo, puede perder la mitad de su contenido inicial de azúcar en un día a 21°C, pero sólo 5% de él a 0°C. El espárrago fresco puede perder 50% de su contenido de vitamina C en un día a 20°C, pero se hará en 12 días a 0°C. La refrigeración también extiende la vida en anaquel de los productos. Por ejemplo, se puede retrasar en tres o más días la primera aparición del feo color amarillento del brócoli mediante la refrigeración.

1. 3 Método experimental

Este proyecto se basa en lo siguiente: El cuarto de enfriamiento de una planta de carne tiene un tamaño de 18 m × 20 m × 5.5 m y una capacidad de 450 arpillas de ciruelas. Las potencias consumidas por los ventiladores y las luces del cuarto son de 26 y 3 kW, respectivamente, y el cuarto gana calor a través de su cubierta a razón de 13 kW. La masa promedio de las arpillas es de 195 kg. Las arpillas entran al cuarto a 36°C, después de que se han lavado para facilitar el enfriamiento evaporativo, y se enfrían hasta 15°C en 10 h. Se espera que el agua se evapore a razón de 0.080 kg/s. El aire entra en la sección del evaporador del sistema de refrigeración a 0.7°C y sale a –2°C. El lado del aire del evaporador tiene gran cantidad de aletas y el coeficiente total de transferencia de calor del evaporador, basado en el lado del aire, es de 20 W/m²·°C. Asimismo, la diferencia promedio de temperatura entre el aire y el refrigerante que está en el evaporador es de 5.5°C. Se determinará a) la carga de refrigeración del cuarto de enfriamiento, b) el gasto volumétrico de aire, y c) el área superficial de transferencia de calor del evaporador en el lado del aire, si se supone que todo el vapor y la niebla que están en el aire se congelan en el evaporador.

3.1 Consideraciones y suposiciones

1. El agua se evapora a razón de 0.080 kg/s.
2. Toda la humedadque está en el aire se congela en el evaporador.
3. La masa y composición total de cada arpilla de ciruelas es uniforme.

3.2 Planteamiento

3.2.1 Análisis para obtener la carga de refrigeración del cuarto de enfriamiento

Analizando el balance de energía en régimen estacionario (Entradas – Salidas = 0), primeramente hay que determinar qué energía está entrando al sistema, que es el aire dentro del refrigerador, lo cual es requerido en el inciso a), y posteriormente la salida. Con ayuda de la figura 1, se identifica que las energías entrantes son las transferencias de calor desde el ventilador, las luces, del exterior y principalmente de las arpillas. Entonces la transferencia de calor de entrada total es:

Q̎tot, entrada = Q̎arpilla + Q̎ventilador + Q̎luces + Q̎esterior

Donde:  Q̎arpilla = (m̎ Cp ΔT)arpilla

Y   m̎arpilla = mtot / ttot

      mtot = (Número total de arpillas)(Masa promedio)

      Cp, fresco  = 3.35 x (contenido de agua) 0.84

Donde  m̎arpilla es la masa total de ciruelas que es necesario enfriar por unidad de tiempo, ttot el tiempo total de refrigeración,  mtot  masa total de ciruelas y  Cp, fresco el calor específico por arriba del punto de congelación de la ciruela.

3.2.2 Análisis para obtener el gasto volumétrico de aire

Para resolver el inciso b), se hace un análogo al valor de la densidad, pero con respecto al tiempo, es decir:

ρ = m / V  →  ρ = m̎ / V̎   →   V̎ = m̎ /  ρ

Entonces    

 V̎aire = m̎aire /  ρaire

Q̎aire = (m̎ Cp ΔT)aire

m̎aire = Q̎aire / (Cp, aire  ∙ ΔTaire)

Donde V̎aire es el gasto volumétrico del aire,  m̎aire es el gasto másico de aire, ρaire la densidad del aire,  Q̎aire  es igual a Q̎tot, entrada,   Cp, aire  es el calor espesífico del aire a 0°C,  ΔTtaire  es la diferencia de la temperatura del aire al entrar al sistema (T1 = -2°C), y el aire que sale del sistema al entrar al evaporador (T2 = 0.7°C).

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