PARÁMETRO VALOR Rango de fuerza 500 N
DATOS GENERALES
Peso calorímetro 48,2 g
Peso Agitador 11,1 g
Peso de agua dentro de calorímetro 200 g Peso tarro metálico vació 189 g Peso tapa tarro metálico 106,7 g Peso cilindro del tarro m. 82,3 g Fuente. Los Autores
Tabla 23 Datos obtenidos en cada ensayo
VARIABLES (ºC)
Tarro
metálico Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3
Temperatura inicial calorímetro 15,8 16,8 17,25 17 Temperatura inicial tarro metálico 91,8 91,5 91,8 91,8
Temperatura de equilibrio del
sistema 22,1 24,5 25,7 25
Fuente. Los Autores
Con estos datos y mediante las relaciones matemáticas descritas en el marco teórico, se estimó la capacidad calorífica (Tabla 24), encontrando que el promedio de esta variable era mayor al determinado teóricamente, y los datos sé encuentran más dispersos que en el teórico. Esto se debe a que para obtener estos datos, se emplea una metodología netamente manual, con lo que queda implícito que existe errores por parte de quienes ejecutan el experimento; además deben considerarse que puede existir perdidas de calor al medio, en el momento del desplazamiento del objeto desde el Beaker con agua en ebullición al calorímetro.
Tabla 24 Valor promedio y medidas de dispersión Cp masa experimental
Ensayo Calor especifico (kJ/kgºC)
Ensayo 1 3.3452 Ensayo 2 5.03397 Ensayo 3 4.0075 Promedio 4,1289 Desviación Estándar 0,85 Coeficiente de Variación (%) 20,61 Fuente. Los Autores
A través del método teórico, también fue calculado el calor especifico del tamal en proceso, es decir, antes de ser cocido en los hornos, para incluirlo en el respectivo balance de esta operación. Los resultados se muestran en la Tabla 25 .
Tabla 25 Calor especifico teórico, tamal en proceso
Medidas de dispersión Valor
Promedio (kJ/kgºC) 3,635 Desviación Estándar 0,11 Coeficiente de Variación (%) 2,95 Fuente. Los Autores
Al comparar el calor especifico promedio, obtenido por vía teórica de la masa sola y el tamal completo, se encontró que para el segundo era menor, ya que presenta un menor contenido de humedad y por lo tanto se necesitan menos kilojoules para elevar en un grado centígrado la temperatura de una masa conocida del alimento.
Con relación al coeficiente de variación obtenido para los calores específicos teóricos, es bueno mencionar que son muy pequeños, es decir, los datos no se encuentran tan alejados de su valor medio, razón por la cual se optó por utilizar en los cálculos de balance de energía, el calor especifico derivado de las relaciones
De acuerdo a los valores promedios de humedad y sólidos totales (Anexo 12) también se calculo el calor especifico de la hoja, mediante la siguiente relación matemática, citada por Lewis (1993):
Ecuación 20 Cp =
(
ma*Cpa) (
+ ms*Cps)
Donde: ma = Fracción másica de agua
Cpa = Calor especifico del agua
ms = Fracción másica de sólidos
CPPS = Calor especifico de los sólidos
(
kJ kg C) (
kJ kg C)
Cp= 0.6618*4.18 / º + 0.338117*1.46 / º C kg kJ Cp =3.26 / º4.3 EVALUACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
Los resultados del calculo teórico de la conductividad térmica se encuentran registrados en el Anexo 13, de estos datos se estimo un valor promedio y varias medidas de dispersión, las cuales se encuentran a continuación en la Tabla 26 y Tabla 27 respectivamente:
Tabla 26 Conductividad térmica teórica de la masa de tamal
Medidas de dispersión Valor
Promedio (W/mK) 0,5707 Numero de datos 12 Desviación Estándar 0,02 Coeficiente de Variación (%) 3,87 Fuente. Los Autores
Tabla 27 Conductividad térmica teórica del tamal en proceso
Medidas de dispersión Valor
Promedio (W/m K) 0,51867 Numero de datos 12 Desviación Estándar 0,02 Coeficiente de Variación (%) 3,91 Fuente. Los Autores
De las dos tablas anteriores, podemos mencionar que el valor promedio de la conductividad térmica es mayor para la masa, en relación con el tamal en proceso, esto puede ocurrir ya que el ultimo, contiene no solo dentro de su composición masa, sino piezas carnícas que afectan la estimación. Podemos decir igualmente que los coeficientes de variación para los dos casos son bajos, por lo cual se puede confiar en esta determinación teórica.
La estimación experimental se realizo únicamente para la masa de tamal de la siguiente manera:
Tabla 28 Datos empleados en el calculo de la conductividad térmica
experimental
Variable Valor
Tiempo de operación (s) 660 Temperatura inicial vapor (ºC) 90 Temperatura del hielo fundido (ºC) 4
Masa de hielo fundido (kg) 0.025 Espesor de cada vidrio (m) 0.003 Espesor de la muestra (m) 0.0302
Área de transferencia de calor (m2) 0.0148 Conductividad térmica del vidrio
(W /mºC)
Calor latente de fusión del hielo (kJ/kg) 335 Fuente. Los Autores.
Mediante la Ecuación 9, calculamos el calor necesario para fundir la masa de hielo de la siguiente forma: w KW s kg kJ kg q 0.0127 12.7 660 / 335 * 025 . 0 = = =
Empleando la Ecuación 8, obtenemos que la conductividad de la masa es:
K2 = 0.3267 W/ m ºC
Al comparar el dato tanto teórico como experimental, se encontró que estaban alejados el uno del otro, ya que esta metodología hasta ahora esta siendo aplicada, y por ende es necesario hacer mas ensayos, cambiando tanto los espesores de los vidrios como el de la muestra, para que de esta manera la prueba se estandarice mucho mas y así aplicar un mejor manejo estadístico para encontrar un valor mucho mas ajustado.
4.4 COMPORTAMIENTO DE LAS VARIABLES DE PROCESO
Para elaborar los balances de energía, se realizo primero un análisis de las variables presentes en el proceso. A continuación se presentan estas variables, para cada operación y su respectiva codificación para el análisis estadístico.
Tabla 29 Comportamiento de las variables implícitas en el proceso OPERACIÓN
UNITARIA CÓDIGO VARIABLE
TIMP Tº Inicial Carne (ºC) TIAGUA Tº Inicial Agua (ºC)
TFMP Tº Final Carne (ºC) TFMC Tº Final Medio de Cocción (ºC)
TIMPM Tº Interna de Carnes en Marmita (ºC) PV Presión de Vapor (Psi)
Cocción de pollo Cocción de carnes Cocción de masas
TOPER_ Tiempo Operación (min.).
TºIPHORN Tº Inicial Producto (ºC) TºIHHORN Tº Inicial Horno (ºC) TºFPHORN Tº Final Producto (ºC) TºFHHORN Tº Final Horno (ºC) TOPHORNO Tiempo Operación (minutos) TOPHORNO Tiempo Operación (Horas)
Cocción en el horno
HORNO Horno
TEPOREO Tº Entrada Producto (ºC) OREO
TSPOREO Tº Salida Producto (ºC)OREO
Oreo
TOPOREO Tiempo Operación (Horas)OREO
Fuente. Los Autores
9 Evaluación cocción de materias primas
Se evaluaron las etapas de cocción de carnes y de masa en conjunto, analizando cada una de las variables, aplicando medidas de dispersión cuyos resultados se
muestran en el Anexo 14 . De estos datos podemos rescatar que el coeficiente de variación en la cocción, tanto del pollo como el tocino y la costilla es alto, ya que estas son almacenadas en un cuarto frió, en el que la temperatura al interior del mismo, no permanece constante; además en algunos casos las canastillas con carnes deben esperar un tiempo prolongado, antes de comenzar su cocción, pero de todas maneras mantienen la temperatura en un rango comprendido entre 2 y 2.5ºC, garantizando de esta forma que no exista deterioro de las mismas.
Con relación al tiempo de operación, se evidencia que el que pose mayor variación es el de la cocción del pollo, el cual tiene un coeficiente de 15.6%, frente a uno del 7.4% de las masas. Esta dispersión comparado con su valor medio, es lógica teniendo en cuenta que el indicador mediante el cual se determina la cocción del pollo, es el cambio de la coloración a una rosada, lo cual puede hacer que el tiempo varié de un lote a otro, ya que se presenta mas rápidamente o no.
Las demás variables no presentan coeficientes de variación altos, lo cual muestra que llegan a permanecer uniformes de un lote al otro.
A continuación se realizó una prueba de análisis de varianza, para identificar si alguna de las medias de las variables era distinta de la otra. Para tal fin se plantearon las siguientes hipótesis:
HO : µ1 = µ2 = … = µk
Hi : µ1 ≠ µ2 ≠ …. ≠ µk
HO : No hay diferencias entre las medias de las variables de la etapa de la
cocción de las materias primas.
Nivel de Confianza: 95% Probabilidad: 0.05
Tabla 30 Análisis de varianza variables de la cocción de materias primas
Marked effects are significant at p < .05000
df Effect MS Effect df Error MS Error F p TIMP 2 55085,3889 123 2,11401471 26057,2401 0 TIAGUA 2 0 123 0 TFMP 2 4737,80952 123 8,99787069 526,547856 0 TFMC 1 0 82 0 TIMPM 1 0 82 0 PV 2 912,928571 123 11,3304297 80,5731639 4,3284E-23 TOPER_ 2 7953,86508 123 7,90418118 1006,28577 0
Fuente. Los Autores.
Los valores en rojo de la Tabla 30, indican que existen diferencias entre los valores medios de la temperatura inicial y final de las materias primas, junto con la presión de vapor a utilizar en la cocción, y el tiempo de operación respectivamente. Teniendo en cuenta estas variaciones se aplicará una prueba mas detallada conocida como prueba de Tukey, para analizar entre que cocciones se encuentran las diferencias.
En esta prueba se encontraron diferencias en la variable de temperatura inicial, entre la masa y las carnes ( Anexo 15), lo cual es evidente teniendo en cuenta que las carnes se encuentran almacenadas en refrigeración, mientras que la mayoría de materias primas que se involucran en la cocción de las masas se encuentran a una temperatura ambiente.
También existe una variación importante entre la presión de vapor utilizada para la cocción de las masas y la de las carnes, siendo la primera menor, teniendo en cuenta que ha de ser así para que la temperatura del vapor mediante el cual se realice la cocción, no sea tan alta, evitando así una caramelización excesiva de los almidones presentes en la masa.
El tiempo de operación según la prueba de Tukey (Anexo 15), evidencia que hay diferencias entre el pollo, la masa y las demás piezas carnícas, siendo el primero mucho menor, ya que los tejidos de los cortes del pollo, son más susceptibles a la cocción, hasta tal punto que si se sobrepasa el tiempo ideal, pierden consistencia y tienden a desmenuzarse al tacto.
A continuación se observa de forma grafica el comportamiento de las variables a lo largo de la etapa de cocción: