Biológicos
Biológicos
El enfriamiento y la congelación de materiales biológicos, tiene el principal propósito de El enfriamiento y la congelación de materiales biológicos, tiene el principal propósito de preservar las características del material el mayor tiempo posible. Ambas operaciones preservar las características del material el mayor tiempo posible. Ambas operaciones consisten en quitarle calor al producto, ya sea calor sensible y metabólico como en el consisten en quitarle calor al producto, ya sea calor sensible y metabólico como en el caso del enfriamiento, o calor latente como en el caso de congelamiento de alimentos. caso del enfriamiento, o calor latente como en el caso de congelamiento de alimentos. EEl l frfríío o rreedduucce e eel l ccrrececimimiieenntto o mmicicrroobbiiaanno o ((fafaccttoor r DD1010, , aaddeemm!!s s dde e rreedduucciirr signi"cativamente las reacciones bioquímicas (factor #
signi"cativamente las reacciones bioquímicas (factor #101011.. 1.
1. RefRefrigrigeraeracióción de n de AliAlimenmentostos.. 1
1..11.. CCoonncceeppttoo..
Es la conservación de alimentos a trav$s del empleo de temperaturas inferiores a Es la conservación de alimentos a trav$s del empleo de temperaturas inferiores a las del medio ambiente y por encima del punto de congelación del producto. %iene las del medio ambiente y por encima del punto de congelación del producto. %iene la siguiente "nalidad&
la siguiente "nalidad&
'a conservación del alimento.'a conservación del alimento.
aararantnti)i)ar ar tetempmperaeratuturaras s adadececuauadadas s papara ra el el dedesasarrrrolollo lo de de lolos s prprococesesosos biológicos y bioquímicos buscados.
biológicos y bioquímicos buscados.
AltAlteraeracición ón tetempmporaoral l de de detdeterermiminanadadas s prpropopiediedadades es "s"sicico*qo*quíuímimicacas s cocomomo condición previa para la e+e
condición previa para la e+ecución de otros procesos tecnológicos.cución de otros procesos tecnológicos. En refrigeración interviene dos procesos b!sicos&
En refrigeración interviene dos procesos b!sicos&
Enfriamiento yEnfriamiento y
Almacenamiento en frío.Almacenamiento en frío. 1
1..22.. EEnnffrriiaammiieennttoo..
De acuerdo al medio refrigerante y el tipo de transmisión de calor, podemos De acuerdo al medio refrigerante y el tipo de transmisión de calor, podemos observar seis tipos de enfriamiento&
observar seis tipos de enfriamiento& 1
1..22..11.. EEnnffrriiaammiieenntto o ppoor r aaiirree..
'os productos son epuestos a una corriente de aire que va de - a /0 y 'os productos son epuestos a una corriente de aire que va de - a /0 y una velocidad de aire que varía de / a 10 m2s
una velocidad de aire que varía de / a 10 m2s 1
1..22..22.. EEnnffrriiaammiieenntto o ppoor r aagguuaa..
3sa como medio convectivo de transferencia de calor el agua. 4e emplea 3sa como medio convectivo de transferencia de calor el agua. 4e emplea generalmente en carne de aves, pescados, embutidos y otros productos generalmente en carne de aves, pescados, embutidos y otros productos listos para comer. El enfriamiento se produce por inmersión, c5orro de agua o listos para comer. El enfriamiento se produce por inmersión, c5orro de agua o pulveri)ación.
pulveri)ación. 1
1..22..33.. EEnnffrriiaammiieenntto o ccoon n hhiieelloo..
El enfriamiento con agua 5elada, se emplea eclusivamente en pescados y El enfriamiento con agua 5elada, se emplea eclusivamente en pescados y algunas clases de vegetales (melones, )ana5orias, coles. 4e muele el 5ielo y algunas clases de vegetales (melones, )ana5orias, coles. 4e muele el 5ielo y con $se se cubre el p
con $se se cubre el productoroducto.. 1
1..22..44.. EEnnffrriiaammiieenntto o een n aacc!!oo..
1 'as determinaciones de la cantidad
1 'as determinaciones de la cantidad de reducción de las reacciones bioquímicas, sede reducción de las reacciones bioquímicas, se reali)an a partir de l
reali)an a partir de la ecuación de Arr5enius.a ecuación de Arr5enius. Repasar las determinaciones de "Repasar las determinaciones de "1#1# y y
$ $1#1#..
El efecto refrigerante, lo proporciona la evaporación que tiene lugar por El efecto refrigerante, lo proporciona la evaporación que tiene lugar por efecto del vacío, por lo que el calor necesario para evaporar el agua, es efecto del vacío, por lo que el calor necesario para evaporar el agua, es et
etraídraído o del del prproduoductocto. . EstEste e prproceocedimdimieniento to es es empempleadleado o parpara a conconserservarvar 5ortali)as de soya y setas. A una presión de 670 82m/, las 5ortali)as se 5ortali)as de soya y setas. A una presión de 670 82m/, las 5ortali)as se enfrían en 19 1:
enfrían en 19 1: minutminutos desde 70 5asta 1 . os desde 70 5asta 1 . El enfriamieEl enfriamiento en vacíonto en vacío de lec5e condensada por deba+o de : evita la formación de cristales de de lec5e condensada por deba+o de : evita la formación de cristales de lactosa.
lactosa. 1
1..22..%%.. EEnnffrriiaammiieenntto po poor rr raaddiiaacciióónn..
4u e"ciencia es pobre y depende grandemente que el medio donde se 4u e"ciencia es pobre y depende grandemente que el medio donde se encuentra el alimento se encuentre a una temperatura inferior. Este m$todo encuentra el alimento se encuentre a una temperatura inferior. Este m$todo no es muy usado por ser lento adem!s que no se alcan)a temperaturas no es muy usado por ser lento adem!s que no se alcan)a temperaturas ba+as.
ba+as. 1
1..22..&&.. EEnnffrriiaammiieenntto eo en cn caamm''iiaaddoor dr de e ccaalloorr.. 4e
4e lllleveva a a a cacabo bo en en inintetercrcamambibiadadorores es de de plplacacasas, , ususanando do cocomo mo memedidioo re
refrfrigeigerarantnte& e& agagua ua 5e5eladlada, a, sasalmulmuereras as u u ototroros s ;u;uididos os cocon n prpropopiediedadadeses refrigerantes.
refrigerantes. 1
1..33.. AAllmmaacceennaammiieenntto o RReeffrriiggeerraaddoo..
4e reali)a a temperatura de aire de 7 a < - (ecepto por e+emplo productos 4e reali)a a temperatura de aire de 7 a < - (ecepto por e+emplo productos de repostería, a una 5umedad relativa del aire de =0 a >6? y una velocidad de de repostería, a una 5umedad relativa del aire de =0 a >6? y una velocidad de aire de 0,7 a 0,: m2s. 4in embargo es importante 5acer notar que cada producto aire de 0,7 a 0,: m2s. 4in embargo es importante 5acer notar que cada producto alimenticio tiene su propio rango de temperatura, 5umedad y velocidad de aire alimenticio tiene su propio rango de temperatura, 5umedad y velocidad de aire para su correcto almacenamiento refrigerado.
para su correcto almacenamiento refrigerado. Cuadro #1 Cuadro #1
ondiciones óptimas de almacenamiento refrigerado
ondiciones óptimas de almacenamiento refrigerado para distintos productospara distintos productos
(roducto (roducto )emperat )emperat ura ura *+C, *+C, -umedad -umedad Relatia Relatia *, *, )iempo )iempo Almacenam. Almacenam. */emanas, */emanas, @ @aann))aannaass 0 a0 a-- >0 >0 >>6 6 /- /- 77//
eerraass **11 aa 00 :=:= >/>/ //- -
eerree))aass 00,,66 ::6 6 >>00 7 7 - -
uuiinnddaass 00,,66 ::6 6 >>00 1 1 //
iirruueellaass **11 aa 00 >>00 -- :: BBrreessaass 0 0 a a 00,,66 ::6 6 >>00 1 1 11,,66
ll!!ttaannoos s vveerrddeess 11// >>00 77 l!tanos l!tanos maduros maduros 1 166,,66 ::00 0,,60 6 8
8aarraann++aass -- aa 66 >>00 1100 1199 'imones 'imones maduros maduros / / ::66 >>00 77 66 3 3vvaass **// aa 00 ::66 77 99
oollii;;oorr **00,,66 >>0 0 >>66 - - :: oles de oles de brucelas brucelas **77 aa // >>00 >>66 :: C Caannaa55oorriiaass **00,,6 6 a a 00,,66 >>0 0 >>66 77/ / 7799 E
Esspp!!rrrraaggooss 00,,6 6 a a 11 >>00 / / 77 %
%omatesomates 1,6 a /1,6 a / >0 >6>0 >6 7 67 6
eebboollllaass **//,,6 6 a a **// ==6 6 ::00 7799 uisantes en
uisantes en vainas
vainas
eeppiinnooss 00,,6 6 a a // :6 :6 >>00 / / 77
aarrnne e dde e vvaaccuunnoo **11,,6 6 a a 00 >>00 7 7 66
aarrnne e dde e cceerrddoo **11,,6 6 a a 00 >>0 0 >>66 1 1 // amón
amón *7 a *1*7 a *1 :0 >0:0 >0 - -
íísscceerraass **1 1 a a 00 ::6 6 >>00 11 A
Avveess 00 aa 11 ::66 >>00 11 11,,66 F
Fuueevvooss **1 1 a a 00 ==6 6 ::66 //- - //:: 1
1..44.. CCoonnggeellaacciióón n dde e AAlliimmeennttooss..
'a congelación prolonga signi"cativamente la vida Gtil de los alimentos. uando 'a congelación prolonga signi"cativamente la vida Gtil de los alimentos. uando se
se eetrtrae ae enenerergígía a de de lalas s susuststananciciasas, , enenfrfriaiandndo o popor r dedebaba+o +o de de su su pupuntntoo crioscópico, se produce un cambio físico al pasar el agua al estado de 5ielo. 'a crioscópico, se produce un cambio físico al pasar el agua al estado de 5ielo. 'a con
congelgelaciación ón de de alimalimententos os lenlenti"ti"ca ca las las reareacciccioneones s físfísicas icas y y biobioquíquímicamicas s queque gobiernan las alteraciones.
gobiernan las alteraciones.
El proceso de congelación reduce los movimientos al a)ar y la reorgani)ación de El proceso de congelación reduce los movimientos al a)ar y la reorgani)ación de las mol$culas. 'as reacciones que tienen lugar en los alimentos congelados son las mol$culas. 'as reacciones que tienen lugar en los alimentos congelados son tanto m!s lentas cuando m!s se
tanto m!s lentas cuando m!s se reduce la temperatura.reduce la temperatura. 'a velocidad nominal de congelación (H
'a velocidad nominal de congelación (Hcc, se de"ne como&, se de"ne como& H
Hcc I I l !l !nn
Dónde&
Dónde& ll I I DisDistatancncia ia memenonor r enentrtre e la la susupeper"r"cicie e y y el el cecentntro ro t$t$rmrmicico o dedell producto (cm
producto (cm
!
!nn I %iempo de congelación nominal (5 I %iempo de congelación nominal (5
El tiempo nominal es aquel que se necesita para enfriar el producto desde la El tiempo nominal es aquel que se necesita para enfriar el producto desde la temperatura uniforme inicial
temperatura uniforme inicial " " ## I 0 5asta la temperatura en el centro t$rmico I 0 5asta la temperatura en el centro t$rmico
"
" $$ en 10 J por deba+o de la temperatura inicial de congelaciónen 10 J por deba+o de la temperatura inicial de congelación " " ff..
Kasado en $sta de"nición, se tiene& Kasado en $sta de"nición, se tiene& *
* oonnggeellaacciióón n lleennttaa & & HHnn L 0,6 cm25 L 0,6 cm25 *
* oonnggeellaacciióón n rr!!ppiiddaa & & 00,,6 6 M M HHnn L 6 cm25 L 6 cm25 *
* oonnggeellaacciióón n mmuuy y rr!!ppiiddaa & & 6 6 M M HHnnL 10 cm25L 10 cm25 *
* oonnggeellaacciióón n uullttrraarrrr!!ppiiddaa & & 110 0 M M HHnnL 100 cm25L 100 cm25 1
1..4.4.11.. EEffeeccttoos s dde e lla a eellocociiddaad d dde e ccoonnggeellaacciiónón.. 'a
'a vevelolocicidadad d de de cocongngelelacacióión, n, es es un un fafactctor or imimpoportrtanante te en en la la cacalilidadad.d. e
eneneraralmlmenente te ununa a cocongngelelacacióión n r!r!pipidada, , prprododucuce e meme+o+or r cacalilidadad d en en loloss alimentos congelados en comparación con la congelación lenta. 'a velocidad alimentos congelados en comparación con la congelación lenta. 'a velocidad de congelación es importante en los te+idos, ya que determina el tamaNo de de congelación es importante en los te+idos, ya que determina el tamaNo de los cristales de 5ielo, la des5idratación celular y la alteración de paredes los cristales de 5ielo, la des5idratación celular y la alteración de paredes celulares.
celulares.
En el caso de te+idos animales, la concentración salina dentro de la c$lula es En el caso de te+idos animales, la concentración salina dentro de la c$lula es su
superperioior r a a la la dedel l esespapacicio o eetrtracacelelulularar, , en en coconsnsececueuencncia ia la la cocongngelelacacióiónn comen)ar! en la )ona etracelular, en donde se formar!n los cristales, es en comen)ar! en la )ona etracelular, en donde se formar!n los cristales, es en ese instante que por presión osmótica el agua celular migra 5acia el eterior. ese instante que por presión osmótica el agua celular migra 5acia el eterior. Este proceso se ve afectada por la velocidad de congelación, en el sentido Este proceso se ve afectada por la velocidad de congelación, en el sentido que a mayor velocidad de congelación provoca menos daNo celular y por que a mayor velocidad de congelación provoca menos daNo celular y por consiguiente menor alteración de la tetura.
consiguiente menor alteración de la tetura.
En el caso de te+idos vegetales, los cristales grandes de 5ielo, producen daNo En el caso de te+idos vegetales, los cristales grandes de 5ielo, producen daNo en las paredes
1
1..44..22.. MM00ttooddoos s dde e CCoonnggeellaacciióónn.. a.
a. ConCongelgelaciación pón por plor placaacas.s. 4
4e e uuttiillii))a a een n aalliimmeennttoos s ccoon n ffoorrmmaas s ggeeoomm$$ttrriiccaas s ddee""nniiddaass (pa
(paraleraleleplepípeípedosdos. . ononsissiste te en en colcolocaocar r el el prproduoducto cto ententre re dos dos plaplacascas congelantes, adem!s de agregar presión al producto. 3na ve) congelado congelantes, adem!s de agregar presión al producto. 3na ve) congelado el alimento, se 5ace pasar agua caliente por las placas para facilitar el el alimento, se 5ace pasar agua caliente por las placas para facilitar el desprendimiento.
desprendimiento. '.
'. ConCongelgelaciación por inmón por inmersersiónión..
El producto se sumerge en una salmuera de ba+a temperatura, con lo El producto se sumerge en una salmuera de ba+a temperatura, con lo qu
que e se se lologrgra a un un r!r!pipido do dedescscenenso so de de la la tetempmpererataturura a al al 5a5abeber r unun int
intercercambambio io dirdirectecto o de de calcaloror. . 'as 'as solsoluciucioneones s de de concongelagelacióción, n, por por lolo general son soluciones de loruro de 4odio, A)Gcares, soluciones de general son soluciones de loruro de 4odio, A)Gcares, soluciones de glicol, glicerol y soluciones de alco5ol.
glicol, glicerol y soluciones de alco5ol. c.
c. CongeCongelaciólación por n por contacontacto ccto con un on un gas engas enfriadfriado.o. Congelación en ca'ina.
Congelación en ca'ina. 4e 5ace circular aire frío en una cabina, donde 4e 5ace circular aire frío en una cabina, donde se coloca el producto en una bande+a. 'a 5umedad desprendida del se coloca el producto en una bande+a. 'a 5umedad desprendida del prod
producto se ucto se puede depospuede depositar, en forma de escaritar, en forma de escarc5a, en los serpentc5a, en los serpentinesines del evaporador, actuando como aislante.
del evaporador, actuando como aislante. Con
Congegelalacición ón popor r aiaire re forforaadodo.. 4e ut4e utilili)i)an an vevelolocicidadadedes s de de aiairree relativamente altos, teniendo una velocidad de por lo menos de 6 m2s. relativamente altos, teniendo una velocidad de por lo menos de 6 m2s. Esta alta velocidad de aire produce una alta transferencia de calor. Este Esta alta velocidad de aire produce una alta transferencia de calor. Este tipo de congelación tiene varias modalidades&
tipo de congelación tiene varias modalidades&
-- ongelación de lec5o ;uidi)ado.ongelación de lec5o ;uidi)ado.
-- ongelación en cinta transportadora.ongelación en cinta transportadora.
-- ongelación en espiral.ongelación en espiral.
-- ongelación en tGnel.ongelación en tGnel.
d.
d. ConCongelgelaciación Crioón Criog0ng0nicaica..
4e emplea principalmente gases licuados, los alimentos son epuestos 4e emplea principalmente gases licuados, los alimentos son epuestos r!pidamente a atmósferas de 90 , al ponerse en contacto con el r!pidamente a atmósferas de 90 , al ponerse en contacto con el nitrógeno líquido. Es un m$todo de congelación r!pido y por lo tanto no nitrógeno líquido. Es un m$todo de congelación r!pido y por lo tanto no se
se forforman man crcrisistatales les de de 5i5ielo elo de de grgran an tatamamaNo No quque e pupuededan an dadaNaNar r lala estructura del alimento.
estructura del alimento.
El nitrógeno líquido, tiene la venta+a de ser incoloro e inodoro, adem!s El nitrógeno líquido, tiene la venta+a de ser incoloro e inodoro, adem!s que químicamente es inerte.
que químicamente es inerte. e
e.. lalacceaeadodo..
'uego de congelar los alimentos, en especial el pescado, es necesario 'uego de congelar los alimentos, en especial el pescado, es necesario proporcionarle un revestimiento protector contra la oidación, por lo que proporcionarle un revestimiento protector contra la oidación, por lo que el producto se sumerge en agua pura enfriada a 1 o / , y esta se el producto se sumerge en agua pura enfriada a 1 o / , y esta se ad5iere a la super"cie de tal manera que si las pie)as se golpean, el ad5iere a la super"cie de tal manera que si las pie)as se golpean, el glaceado no salta, sino que presenta ra+aduras
glaceado no salta, sino que presenta ra+aduras radiales.radiales. 2.
2. EfectEfectos de las Baas )os de las Baas )emperemperaturas en los Aaturas en los Alimenlimentos.tos. 2
2..11.. AAssppeeccttoos s MMiiccrroo''iiaannooss..
'a m!ima temperatura de almacenamiento recomendable en la que cesa la 'a m!ima temperatura de almacenamiento recomendable en la que cesa la alteración microbiana de los alimentos se encuentra entre > y 1/ , aunque a alteración microbiana de los alimentos se encuentra entre > y 1/ , aunque a
estas temperaturas se evita la alteración microbiana, las en)imas presentes en el estas temperaturas se evita la alteración microbiana, las en)imas presentes en el pr
prododucucto to pupuededen en seseguguir ir acactutuanando do cocomo mo cacaususa a de de alalteteraraciciónón. . or or eseso o loloss tratamientos t$rmicos de cocido o blanqueo, me+oran la vida Gtil de productos tratamientos t$rmicos de cocido o blanqueo, me+oran la vida Gtil de productos congelados.
congelados.
En general las bacterias gram*negativas son menos resistentes a la destrucción En general las bacterias gram*negativas son menos resistentes a la destrucción por congelación que las gram*positivas. 'os m!s resistentes son los cocos y los por congelación que las gram*positivas. 'os m!s resistentes son los cocos y los bacilo
bacilos s no esporuladono esporulados, mientras que s, mientras que las esporas bacterialas esporas bacterianas comonas como ClostridiumClostridium yy %acillus
%acillus, no se ven afectados por la congelación., no se ven afectados por la congelación.
'os g$neros que normalmente se encuentran en alimentos congelados, incluyen& 'os g$neros que normalmente se encuentran en alimentos congelados, incluyen& Pseudomonas& Ac'romo(acter& )la*o(acter& Micococcus& +acto(acillus
Pseudomonas& Ac'romo(acter& )la*o(acter& Micococcus& +acto(acillus.. Cuadro #2
Cuadro #2
rupos de microorganismos segGn su crecimiento en función a la
rupos de microorganismos segGn su crecimiento en función a la temperaturatemperatura
rupo rupo
nteralo de temperaturas en +C para el nteralo de temperaturas en +C para el
crecimiento crecimiento m
m!!nniimmoo óóppttiimmoo MM5566iimmoo sicró"la sicró"la ss * * 110 0 a a 66 116 6 a a //00 //6 6 a a 7700 @
@eessóó""llooss 110 0 * * 1166 770 0 * * 7766 776 6 --66 % %ermó"loermó"lo ss --66 660 0 * * 9966 ==6 6 ::00 Cuadro #3 Cuadro #3 Actividad del agua mínima para
Actividad del agua mínima para la viabilidad de microorganismos.la viabilidad de microorganismos. E
Essppeecciie e dde e mmiiccrroooorrggaanniissmmoo aa77 EEssppeecciie e ddee
microorganismo microorganismo
a a77
C
Clloossttrriiddiiuum m ((oottuulliinnuumm&& Psudomonas ,uor.& ti-o
Psudomonas ,uor.& ti-o
0,>=
0,>= Candida s-ec.Candida s-ec. 0,::0,:: /e(aromyces s-ec
/e(aromyces s-ec 0,:=0,:=
0'igella& 1le(siella
0'igella& 1le(siella 0,>90,>9 0ta-'ylococcus aureus0ta-'ylococcus aureus 0,:90,:9 0
0aallmmoonneelllla a ss----..& & . . ccoolli i CCll.. (otulinum ti-o A& lacto(acillus (otulinum ti-o A& lacto(acillus
s--0,>6
0,>6 Penicillium isladicumPenicillium isladicum 0,:70,:7 Penicillium -atulum
Penicillium -atulum 0,:10,:1
V
Vii((rriio o --aarraa''aammoollyyttiiccuuss&& Aero(acter
Aero(acter aerogenesaerogenes& & Cl.Cl. (otulinum ti-o %
(otulinum ti-o %
0,>-0,>- Penicillium c'rysogenumPenicillium c'rysogenum 0,=>0,=> As-ergillus ,a*
As-ergillus ,a*us& A. niger us& A. niger 0,=:0,=:
%acillus
%acillus stearot'erstearot'ermo-'ilusmo-'ilus 0,>70,>7 As-ergillus oc'r As-ergillus oc'raceusaceus 0,==0,== R'odotorula s-ec.
R'odotorula s-ec. 0,>/0,>/ Halo(acterium 'alo(iumHalo(acterium 'alo(ium 0,=60,=6 %acillus su(tilis
%acillus su(tilis 0,>00,>0 C'rysos-oC'rysos-orium rium fastidiumfastidium 0,9>0,9> 0tre-tococcus s-ec
0tre-tococcus s-ec 0,:>0,:> 0acc'aromyc0acc'aromyces es rou2iirou2ii 0,9/0,9/ Monascus (is-orus
Monascus (is-orus 0,910,91
2
2..22.. AAlltteerraacciioonnees s ""uu!!mmiiccaass.. 2
2..22..11.. EEnnrraanncciiaammiieennttoo..
'a congelación una concentración de solutos que catali)an las reacciones 'a congelación una concentración de solutos que catali)an las reacciones o
oididatativaivas s de de ininiciciaiacición ón y y dedeststruruye ye y y dedes5s5ididrarata ta la la memmembrbranana a cecelululalar,r, eponiendo los fosfolípidos a la oidación.
eponiendo los fosfolípidos a la oidación. 2
2..22..22.. ((00rrddiidda da de Ce Coolloorr8 98 9llaaoor y r y ::iittaammiinnaass.. (0rdida del Color.
(0rdida del Color. a.
a. amambiobios s en los pigmenen los pigmentos nattos naturaurales de les de los te+ilos te+idos vegetdos vegetales (clales (clororo"lo"las,as, antocianinas, carotenoides.
b.
b. DesarDesarrollo rollo del del pardpardeamienteamiento o en)im!en)im!ticotico.. c.
c. DegradaDegradación de ción de los lolos loroplroplastos astos y roy romoplasmoplastos ctos celularelulares.es.
Durante la congelación de verduras, el cloroplasto se convierte en feo"tinas Durante la congelación de verduras, el cloroplasto se convierte en feo"tinas el mismo que es acompaNado por la p$rdida de la vitamina .
el mismo que es acompaNado por la p$rdida de la vitamina . (0rdida de 9laor y Aroma.
(0rdida de 9laor y Aroma. La
La redreducciucción ón del del aroaroma ma se se debe princidebe principalmpalmente a ente a una descompuna descomposiciosición ón acelaceleraderada a de de loslos ésteres. La formación de sabores desagradables en algunos productos, se debe principalmente ésteres. La formación de sabores desagradables en algunos productos, se debe principalmente a la ruptura celular, que hace que se libere sufuro iónico.
a la ruptura celular, que hace que se libere sufuro iónico. 2
2..22..33.. ((00rrddiidda a dde e ::iittaammiinnaass..
'a congelación es un m$todo de preservación poco agresivo, por lo tanto se 'a congelación es un m$todo de preservación poco agresivo, por lo tanto se ve
ve ununa a rereduduccccióión n en en la la p$p$rdrdida ida de de vitvitamamininasas, , en en cocompmpararacacióión n a a ototroross m$
m$totododos. s. El El !c!cidido o asascócórbrbicico o se se dedeststruruye ye dudurarantnte e la la cocongngelaelacición ón y y elel alm
almaceacenamnamieniento to en en concongelgelaciación. ón. 'a 'a desdestrutrucciócción n del del !ci!cido do ascascórbórbico, ico, sese debe principalmente a la reacción de oidación de los !cidos grasos de debe principalmente a la reacción de oidación de los !cidos grasos de cadena corta en el alimento congelado.
cadena corta en el alimento congelado. 2
2..22..44.. 99oorrmmaacciióón dn de Ae Acceettaallddeehh!!ddoo..
'a formación de acetalde5ído, es un indicador de
'a formación de acetalde5ído, es un indicador de la vida Gtil de un la vida Gtil de un producto.producto. El
El acacetetalaldede5í5ídodo, , es es un un prprododucucto to dedel l memettababololisismo mo cecelululalar, r, ddebebididoo principalmente a una incompleta utili)ación del piruvato en el ciclo de Orebs. principalmente a una incompleta utili)ación del piruvato en el ciclo de Orebs.
2
2..33.. CCaamm''iioos s een n lla a ccaalliiddaad d dde e lloos s aalliimmeennttoos s ccoonnggeellaaddoos s dduurraanntte e ssuu almacenamiento.
almacenamiento. 3n
3n t$t$rmrminino o nonormrmalalmenmente te ututilili)i)adado o papara ra dedescscriribibir r la la duduraracición ón de de alalimimententosos congelados durante el almacenamiento es la
congelados durante el almacenamiento es la *ida -r3ctica de *ida -r3ctica de almacenaalmacenamientomiento (en (en in
inglgl$s$s,, -ractical -ractical storage storage lifelife, 4'. 'a vida pr!ctica de almacenamiento es el, 4'. 'a vida pr!ctica de almacenamiento es el per
periodo iodo de de almalmaceacenamnamientiento, o, una una ve) ve) concongelagelado, do, durdurantante e el el cuacual l el el proproducductoto mantiene sus propiedades y características, permaneciendo apto para el consumo mantiene sus propiedades y características, permaneciendo apto para el consumo u otras posibles utili)aciones.
u otras posibles utili)aciones. 'a temperatura típica de
'a temperatura típica de almacenalmacenamientamiento o de alimentos comerciade alimentos comerciales es les es de de 1:.1:. 4in embargo, para alimentos marinos se aconse+a utili)ar temperaturas inferiores 4in embargo, para alimentos marinos se aconse+a utili)ar temperaturas inferiores con el "n de mantener la calidad.
con el "n de mantener la calidad.
Ptro t$rmino que se utili)a normalmente para de"nir la vida de almacenamiento Ptro t$rmino que se utili)a normalmente para de"nir la vida de almacenamiento de los alimentos congela
de los alimentos congelados es lados es la *ida de alta calidad*ida de alta calidad (en ingl$s, (en ingl$s, 'ig' 4uality life'ig' 4uality life,, F#'.
F#'. %
%al como est! de"nida, la F#' es el tiempo transcural como est! de"nida, la F#' es el tiempo transcurrido entre la congelación de unrido entre la congelación de un pr
prododucucto to de de altalta a cacalidlidad ad y y el el momomenmento to en en quque, e, popor r valvaloraoracición ón sesensnsororiaial, l, sese observa una diferencia estadísticamente signi"cativa (L0,01 con respecto a la observa una diferencia estadísticamente signi"cativa (L0,01 con respecto a la alta calidad inicial (inmediatamente despu$s de la congelación. 'a diferencia alta calidad inicial (inmediatamente despu$s de la congelación. 'a diferencia observada se de"ne como
observada se de"ne como diferencia a-enas ad*ertidadiferencia a-enas ad*ertida (en ingl$s (en ingl$s& 5ust noticea(le& 5ust noticea(le di6erence
di6erence, 8D. En un test triangular reali)ado para detectar sensorialmente la, 8D. En un test triangular reali)ado para detectar sensorialmente la calidad de un producto, la diferencia apenas advertida se alcan)a cuando el =0? calidad de un producto, la diferencia apenas advertida se alcan)a cuando el =0? de los catadores distingue satisfactoriamente el producto de la muestra, la cual se de los catadores distingue satisfactoriamente el producto de la muestra, la cual se 5a
5a almalmaceacenadnado o en en concondicdicioniones es taltales es que que no no eieiste ste degdegradaradacióción n del del prproduoductocto du
durarantnte e el el pepeririododo o coconsnsididereradadoo. . 'a 'a tetempmpererataturura a títípipica ca ututilili)i)adada a papara ra loloss eperimentos de control es de 76.
3.
3. Estimación Estimación de las de las (ropiedades (ropiedades 9!sicas 9!sicas en (roducen (roductos Agrointos Agroindustriales.dustriales. 3
3..11.. $$eennssiiddaad d ** ,.,.
Es la masa por la unidad de volumen. 4us unidades en el sistema internacional son Es la masa por la unidad de volumen. 4us unidades en el sistema internacional son Og2m
Og2m77. Qa5man (1>>6 distingue diferentes formas de densidad que se usan en. Qa5man (1>>6 distingue diferentes formas de densidad que se usan en c!lculos de proceso.
c!lculos de proceso. $ensidad erdadera
$ensidad erdadera& Es la que se calcula a partir de las densidades de los& Es la que se calcula a partir de las densidades de los componentes de un material, suponiendo conservación de la masa y el volumen componentes de un material, suponiendo conservación de la masa y el volumen (v.
(v.
$ensidad sustancia
$ensidad sustancia& 'a que se mide cuando un material se 5a pulveri)ado de tal& 'a que se mide cuando un material se 5a pulveri)ado de tal forma que no 5ay poros en
forma que no 5ay poros en su interior (4.su interior (4. $en
$ensidsidad ad de de parpart!ct!culaula& ''a & a dde e uunna a mmuueessttra ra qquue e nno o 55a a ssiiddo o mmooddii""ccaaddaa estructuralmente por lo que incluye el volumen de todos los poros cerrados, mas estructuralmente por lo que incluye el volumen de todos los poros cerrados, mas no la de los po
no la de los poros que tienen coneiones eternas (.ros que tienen coneiones eternas (. $ensi
$ensidad dad apareaparentente& Es la densidad de una sustancia cuando se incluye el& Es la densidad de una sustancia cuando se incluye el volumen de todos sus poros (A.
volumen de todos sus poros (A. $ensidad a granel
$ensidad a granel& 'a del material cuando esta empacado o apilado a granel (K,& 'a del material cuando esta empacado o apilado a granel (K, K& KulO en ingl$s.
K& KulO en ingl$s.
Algunos valores de densidad de materiales alimenticios se pueden encontrar en Algunos valores de densidad de materiales alimenticios se pueden encontrar en las tablas&
las tablas&
Cuadro #4
Cuadro #4. Densidad de algunos líquidos a . Densidad de algunos líquidos a diferentes temperaturasdiferentes temperaturas )emp )emp .. *+C, *+C, Agua
Agua EtanoEtano llaa
Aceite de Aceite de''
M
Maa!!;; iirraassooll AlgodóAlgodó n n Aonol Aonol ! ! /oya/oya **//00 >>>>77,,66 ** >>--== >>---- >>--99 >>--== >>-->> 1 100 >>>>::,,11 ** >>--00 >>77== >>77>> >>--11 >>--// 0 0 >>>>>>,,>> ::0099,,77 >>7777 >7>700 >>77// >>77-- >>7766 -- 11000000,,00 ::00//,,>> ** ** ** ** ** 1 100 >>>>>>,,== ==>>//,,>> >>//== >/>/77 >>//66 >>//== >>//:: / /00 >>>>::,,// ==::>>,,66 >>//00 >1>199 >>11:: >>//00 >>//11 --00 >>>>//,,// ** >>0099 >>0077 >>0066 >>00== >>00:: 9 900 >>::77,,77 ** ::>>77 ::>>>> ::>>11 ::>>77 ::>>- -: :00 >>==11,,:: ** ::==>> ::==99 ::==:: ::==>> ::::11 9uente
9uente& a. Reast (1>:/, citado por & a. Reast (1>:/, citado por Qa5man, 1>>6 b. %Qa5man, 1>>6 b. %sc5ubiO y @asloH sc5ubiO y @asloH (1>=7, citado(1>=7, citado por Qa5man, 1>>6
por Qa5man, 1>>6 Cuadro #%
Cuadro #%. Densidad a granel de algunos polvos alimenticios. Densidad a granel de algunos polvos alimenticios (
granel granel *<g=m *<g=m33,, granel granel *<g=m *<g=m33,, A Avveennaa 661177 ''eecc55ee 991100 %
%rigorigo =:6=:6 4al (granulada4al (granulada >90>90 F
Faarriinnaa ---->> AA))GGccaarr
(granulado (granulado
:00 :00
ooccooaa --::00 AA))GGccaar r ((ppoollvvoo --::00 af$ af$ (instant!neo (instant!neo 7 7770 F0 Faarriinna a dde e ttrriiggoo --::00
aaff$ $ ((mmoolliiddoo 777700 ''eevvaadduurraa (panadería (panadería 6/0 6/0 A Allmmiiddóón n ddee maí) maí) 6
69900 FFuueevvo o ((ccoommpplleettoo 7-7-00
9uente;
9uente; Qa5man (1>>6Qa5man (1>>6 Cuadro #&.
Cuadro #&. Densidad aparente de frutas y vegetalesDensidad aparente de frutas y vegetales
Materi Materi al al Agu Agu a aaa )*+C )*+C ,, $ensidad $ensidad aparente aparente *<g=m *<g=m33,, R
Reeff MMaatteerriiaall AguAgu a aaa )*+ )*+ C, C, $ensidad $ensidad aparente aparente *<g=m *<g=m33,, Ref Ref Aguaca Aguaca te te 9 9--,,== //:: 11009900 11 eeppiinnoo >>66,,-- //:: >>6600 11 4 4aannaannoo ==66,,== //== >>::00 1 1 eerraa ::99,,:: /:/: 11000000 11
eebboollllaa ::==,,77 //:: >>==00 1 1 iinnaa ::--,,>> /=/= 11001100 11 BBrreessaa ::::,,:: //:: >>0000 11 QQeemmoollaacc55aa ::>>,,66 /:/: 11667700 11 'imón 'imónbb >1>1,,:: //:: >>7700 11 %%oommaatte e ddee !rbol !rbol : :--,,66 //00 11007711 //
''uulloo ::>>,,77 //00 1100--99 // CCaannaa55oorriiaa >>00,,00 /:/: 1100--00 11 @an)an @an)an a a : :==,,77 //66 ::--77 77 88aarraann++aabb ::66,,>> //:: 11007700 11 aappaa ::11,,-- //66,,66 1010--00 - -a. orcenta+e de agua, base 5Gmeda
a. orcenta+e de agua, base 5Gmeda b. elada
b. elada 9uente
9uente& 1& 4Heat (1>=-S /& Alvare) y Prrego (1>>>S 7& Qa5man (1>>6S -& Qao, Karnard& 1& 4Heat (1>=-S /& Alvare) y Prrego (1>>>S 7& Qa5man (1>>6S -& Qao, Karnard y Jenny (1>=6
y Jenny (1>=6
'a 5eterogeneidad de los materiales biológicos, 5ace que puedan presentarse 'a 5eterogeneidad de los materiales biológicos, 5ace que puedan presentarse variaciones importantes entre una parte y otra de una muestra o entre muestras variaciones importantes entre una parte y otra de una muestra o entre muestras que pertene)can a diferentes procedencias, sistemas o lotes de producción. or que pertene)can a diferentes procedencias, sistemas o lotes de producción. or co
consnsigiguiuienente te se se pupuede ede a"a"rmrmarar, , babasasado do en en eseste te arargugumenmentoto, , quque e se se pupuedeedenn co
consnsegeguiuir r vavalolorres es m!m!s s a+a+usustatadodos s a a la la rreaealilidadad d popor r momodedelolos s babasasadodos s enen composición, que por mediciones eperimentales.
composición, que por mediciones eperimentales.
El modelo m!s simple es el que considera el alimento como 5omog$neo, pero El modelo m!s simple es el que considera el alimento como 5omog$neo, pero constituido por dos componentes& fracción m!sica de sólidos secos (
constituido por dos componentes& fracción m!sica de sólidos secos ( 7 7 dsds y fracción y fracción
m!sica de agua ( m!sica de agua ( 7 7 t8 t8 ..
'os sólidos a su ve) pueden discriminarse
'os sólidos a su ve) pueden discriminarse las fracciones m!sicas de proteínas (las fracciones m!sicas de proteínas ( 7 7 - -,,
carbo5idratos (
carbo5idratos ( 7 7 cc, grasa (, grasa ( 7 7 f f , ceni)as (, ceni)as ( 7 7 aa y y "bra "bra (( 7 7 99, respectivamente., respectivamente.
ara el caso de alimentos congelados se acostumbra discriminar la fase acuosa en ara el caso de alimentos congelados se acostumbra discriminar la fase acuosa en 5ielo (
5ielo ( 7 7 icic, agua líquida (, agua líquida ( 7 7 8 8 ..
'as densidades individuales (en Og2m
'as densidades individuales (en Og2m77, se , se obtobtienienen en a a parpartir de tir de las ecuaclas ecuacionioneses T1.1U a T1.=U, respectivamente, para el agua (
T1.1U a T1.=U, respectivamente, para el agua (::;;, 5ielo (, 5ielo (::icic, proteína (, proteína (:: - -, grasa, grasa
:
:;; I >>=,1: < 0,0071-7>V% 0,007=6=-V% I >>=,1: < 0,0071-7>V% 0,007=6=-V%// T1.1UT1.1U
: :icic II >>1199,,::>> 00,,117700==11VV%% TT11..//UU : : - - II 1177//>>,,>> 00,,6611::11--VV%% TT11..77UU : :f f II >>//66,,66>> 00,,--11==66==VV%% TT11..--UU : :cc II 1166>>>>,,11 00,,771100--99VV%% TT11..66UU :
:99 I I 11771111,,66 00,,779966::>>VV%% TT11..99UU
:
:aa II //--//77,,:: 00,,//::009977VV%% TT11..==UU
'a densidad global, se determina a partir de la ecuación T1.:U. 'a densidad global, se determina a partir de la ecuación T1.:U.
= =
∑
∑
i i i i X X ρ ρ ρ ρ 11 T1.:U T1.:U 33..22.. 99rraacccciióón n ::oolluumm00ttrriicca a **
V V ii X X ,. ,.
'a fracción del volumen ( 'a fracción del volumen (
V V ii
X X
de cada componente, se determina de la fracción de cada componente, se determina de la fracción m!sica (
m!sica ( 7 7 ii, de las densidades individuales (, de las densidades individuales (::ii, y de la densidad compuesta (, y de la densidad compuesta (::,,
como sigue& como sigue& X X iivv== X X ii∙∙ ρρ ρ ρii T1.>UT1.>U 3
3..33.. CCoonndduuccttiiiiddaad )d )00rrmmiicca *a *k k ,.,.
'a conductividad t$rmica de un alimento, es función de su composición y de su 'a conductividad t$rmica de un alimento, es función de su composición y de su est
estrucructurtura, a, varvarianiando do ostostensensibliblemenemente te de de un un alialimenmento to a a otrotro, o, sin sin embaembargorgo, , sese puede emplear la siguiente ecuación que toma en consideración los distintos puede emplear la siguiente ecuación que toma en consideración los distintos componentes de un alimento. componentes de un alimento.
( (
))
∑
∑
⋅⋅ = = vv ii ii X X k k k k T1.10U T1.10U 'os valores de'os valores de $ $ ii, son determinados a partir de , son determinados a partir de las siguientes epresiones&las siguientes epresiones&
$
$ ;; I 0,6=10> < 0,001=9/6V% 9,=709 10 I 0,6=10> < 0,001=9/6V% 9,=709 1099V%V%// T1.11UT1.11U
$
$ icic I /,/1>9 0,009/-:>V% < 1,016- 10 I /,/1>9 0,009/-:>V% < 1,016- 10--V%V%// T1.1/UT1.1/U
$
$ - - I 0,1=:: < 0,0011>6:V% /,=1=: 10 I 0,1=:: < 0,0011>6:V% /,=1=: 1099V%V%// T1.17UT1.17U
$
$ f f I 0,1:0= I 0,1:0= 0,00/=90-V% 0,00/=90-V% 1,==-> 1,==-> 10 10==V%V%// T1.1-UT1.1-U
$
$ cc I 0,/01- < 0,0017:=-V% -,771/ 10 I 0,/01- < 0,0017:=-V% -,771/ 1099V%V%// T1.16UT1.16U
$
$ 99 I 0,1:771 < 0,001/->=V% 7,19:7 10 I 0,1:771 < 0,001/->=V% 7,19:7 1099V%V%// T1.19UT1.19U
$
$ aa I 0,7/>9 < 0,001-01V% /,>09> 10 I 0,7/>9 < 0,001-01V% /,>09> 1099V%V%// T1.1=UT1.1=U
4iendo&
4iendo& $ $ ;; & onductividad t$rmica del agua pura (R2mVJ & onductividad t$rmica del agua pura (R2mVJ
$
$ icic & onductividad t$rmica del 5ielo (R2mVJ & onductividad t$rmica del 5ielo (R2mVJ
$
$ - - & onductividad t& onductividad t$rmica de $rmica de la proteína la proteína (R2mVJ(R2mVJ
$
$
$ cc & onductividad & onductividad t$rmica del t$rmica del carbo5idrato (R2mVJcarbo5idrato (R2mVJ
$
$ 99 & onductividad t& onductividad t$rmica de la $rmica de la "bra (R2mVJ"bra (R2mVJ
$
$ aa & onductividad t$rmica de la & onductividad t$rmica de la ceni)a (R2mVJceni)a (R2mVJ
Qa5man (1>>6 correlacionó la conductividad t$rmica del aire 5Gmedo a diferentes Qa5man (1>>6 correlacionó la conductividad t$rmica del aire 5Gmedo a diferentes temperaturas en base a los
temperaturas en base a los datos de 'uiOov (1>9- siendo&datos de 'uiOov (1>9- siendo& $
$ air air I 0,00=9 < =,:6 10 I 0,00=9 < =,:6 10*-*-VV% % < < 00,,00116699VVFFQQ TT11..11::UU
Don
Donde FQ de FQ es la es la 5um5umedaedad d relrelatiativa eprva epresadesada a en forma decien forma decimal (de 0 mal (de 0 a a 1 y 1 y aa temperaturas entre /0 y 90 .
temperaturas entre /0 y 90 . Ee
Eemplmplo o #1#1. . aalclculular ar la la cocondnducuctitivividadad d t$t$rmrmicica a de de cacarrne ne mamagrgra a de de cecerrdodo,, conteniendo =,:? de grasa, 1,6? de ceni)a, 1>? de proteína y =1,=? de agua a conteniendo =,:? de grasa, 1,6? de ceni)a, 1>? de proteína y =1,=? de agua a una temperatura de 1> .
una temperatura de 1> . Eemplo #2
Eemplo #2. alcular la conductividad t$rmica de la lec5e, considerando una. alcular la conductividad t$rmica de la lec5e, considerando una composición de :=? de agua, 7,=? de proteína, 7,=? de grasa, -,9? de lactosa y composición de :=? de agua, 7,=? de proteína, 7,=? de grasa, -,9? de lactosa y 0,6? de ceni)a, a una temperatura de 10 .
0,6? de ceni)a, a una temperatura de 10 . 3
3..44.. CCaappaacciiddaad d CCaalloorr!!>>cca a **CCpp,,..
El calor especí"co, es la energía necesaria para elevar en un grado la temperatura El calor especí"co, es la energía necesaria para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa. En materiales biológicos, se puede e
de una unidad de masa. En materiales biológicos, se puede estimar conociendo lasstimar conociendo las composiciones de los distintos componentes del producto. ara este efecto, 5oi y composiciones de los distintos componentes del producto. ara este efecto, 5oi y POos (1>:9, proponen la siguiente ecuación&
POos (1>:9, proponen la siguiente ecuación& ( ( ))
∑
∑
⋅⋅ = = i i i i X X Cp Cp Cp Cp T1.1>U T1.1>U DoDondndee C-C-ii, , es es el el cacalolor r esespepecící"c"co o dedel l cocompmpononenentete ii, , mimienentrtrasas 7 7 ii es la fracción es la fracción
m!sica del componente
m!sica del componente ii. 'os valores de. 'os valores de C-C-ii, se estiman a partir de las siguientes, se estiman a partir de las siguientes
ecuaciones& ecuaciones& C-C-;; (*-0 a 0 I -,01:1= 6,709/ 10 (*-0 a 0 I -,01:1= 6,709/ 1077V% < >,>619 10V% < >,>619 10--V%V%// T1./0UT1./0U C-C-;; (0 a 160 I -,1=9/ >,0:9- 10 (0 a 160 I -,1=9/ >,0:9- 1066V% < 6,-=71 10V% < 6,-=71 1099V%V%// T1./1UT1./1U C-C-icic<< /,09/7 < 9,0=9> 10 /,09/7 < 9,0=9> 1077VV%% TT11..////UU C-C- - - < < /,00:/ < 1,/0:> 10 /,00:/ < 1,/0:> 1077V% 1,71/> 10V% 1,71/> 1099V%V%// T1./7UT1./7U C-C-f f < < 1,>:-/ < 1,-=77 10 1,>:-/ < 1,-=77 10*7*7V% -,:00: 10V% -,:00: 10*9*9V%V%// T1./-UT1./-U C-C-cc < < 1,6-:: < 1,>9/6 101,6-:: < 1,>9/6 10*7*7 V% 6,>7>> 10 V% 6,>7>> 10*9*9V%V%// T1./6UT1./6U
C-C-99 I 1,:-6> < 1,:709 10 I 1,:-6> < 1,:709 10*7*7V% -,960> 10V% -,960> 10*9*9V%V%// T1./9UT1./9U
C-C-aa < < 1,0>/9 < 1,::>9 10 1,0>/9 < 1,::>9 10*7*7V% 7,9:1= 10V% 7,9:1= 10*9*9V%V%// T1./=UT1./=U
3
3..%%.. $$iiffuussiiiiddaad d ))00rrmmiicca a ** ,.,. 'a
'a difudifusivsividaidad d t$rt$rmica es mica es un un parpar!me!metrtro o impimportaortantente, , que indica la que indica la raprapide) deide) de transmisión de calor respecto a su aptitud de
transmisión de calor respecto a su aptitud de acumularlo.acumularlo.
aloralores es elevadoelevados s dede α α , sugieren que la energía se difundir! muy r!pidamente al, sugieren que la energía se difundir! muy r!pidamente al
ccueuerprpo, o, mimieentntraras s quque e vavalolorres es baba+o+os s dede α α inindidicacan n ununa a baba+a +a vevelolocicidadad d dede
transferencia de energía dentro del material. POos y 5oi (1>:9, epresan la transferencia de energía dentro del material. POos y 5oi (1>:9, epresan la difusividad t$rmica en función a
difusividad t$rmica en función a sus componentes (en msus componentes (en m//2s 102s 1099.. ( ( ))
∑
∑
⋅⋅ = = α α ii X X vivi α α T1./:U T1./:Uα
α ;; I 0,1719: < 9,/-== 10 I 0,1719: < 9,/-== 10--V% 9,=079 10V% 9,=079 1099V%V%// T1./>UT1./>U α
α icic I 1,1=69 9,0:77 10 I 1,1=69 9,0:77 1077V% < >,607= 10V% < >,607= 1066V%V%// T1.70UT1.70U α
α - - I 9,:=1- 10 I 9,:=1- 10// < -,=6=: 10 < -,=6=: 10--V% 1,-9-9 10V% 1,-9-9 1099V%V%// T1.71UT1.71U α
α f f I >,:=== 10 I >,:=== 10// < 1,/69> 10 < 1,/69> 10--V% 7,:/:9 10V% 7,:/:9 10::V%V%// T1.7/UT1.7/U α
α cc I :,0:-/ 10 I :,0:-/ 10// < 6,706/ 10 < 6,706/ 10--V% /,7/1: 10V% /,7/1: 1099V%V%// T1.71UT1.71U α
α 99 I =,7>=9 10 I =,7>=9 10// < 6,1>0/ 10 < 6,1>0/ 10--V% /,//0/ 10V% /,//0/ 1099V%V%// T1.77UT1.77U α
α aa I 1,/-91 10 I 1,/-91 1011 < 7,=7/1 10 < 7,=7/1 10--V% 1,//-- 10V% 1,//-- 1099V%V%// T1.7-UT1.7-U
As
Asigignanaciciónón& & DeDesasarrrrolollalar r un un prprogograrama ma cocompmpututacacioionanal l papara ra dedeteterrmiminanar r lalass propiedades t$rmicas de materiales biológicos.
propiedades t$rmicas de materiales biológicos. 4.
4. EnfriEnfriamienamiento de to de MateriMateriales ales BiolóBiológicosgicos22..
Dado que los materiales biológicos presentan comple+idades, tales como una forma Dado que los materiales biológicos presentan comple+idades, tales como una forma poco de"nida, estructura celular no uniforme en toda su conformación. 'os c!lculos poco de"nida, estructura celular no uniforme en toda su conformación. 'os c!lculos de
de enenfrfriamiamieniento to (t(tiemiempopos s y y tetempmperaeratuturas ras a a un un titiemempo po dadadodo, , soson n sosolalamenmentete aproimados, pudi$ndose aproimar aplicando datos a+ustados de las propiedades aproimados, pudi$ndose aproimar aplicando datos a+ustados de las propiedades termofísicas (calor calorí"ca, densidad y conductividad t$rmica.
termofísicas (calor calorí"ca, densidad y conductividad t$rmica. ara los c!lculos de transferencia de calor en
ara los c!lculos de transferencia de calor en materiales biológicos, es de imateriales biológicos, es de importanciamportancia modeli)ar estos materiales como cuerpos rígidos, aplicando los conocimientos de modeli)ar estos materiales como cuerpos rígidos, aplicando los conocimientos de transferencia de calor en estado transitorio.
transferencia de calor en estado transitorio. 4e debe dar
4e debe dar un enfoque de un enfoque de capaccapacidad global, asignidad global, asignando al ando al cuerpo un valor uniformecuerpo un valor uniforme de temperatura, que varía Gnicamente con el tiempo. ara emplear este concepto en de temperatura, que varía Gnicamente con el tiempo. ara emplear este concepto en los c!lculos, es necesario emplear nGme
los c!lculos, es necesario emplear nGmeros adimensionales&ros adimensionales&
N
N BiBi==h∙V h∙V
A∙k
A∙k T1.76UT1.76U
Donde& Donde& '
'& oe"ciente de transferencia de calor por convección super"cial.& oe"ciente de transferencia de calor por convección super"cial. V
V & olumen del cuerpo.& olumen del cuerpo. A=
A= Wrea de la super"cie del cuerpo. Wrea de la super"cie del cuerpo. $=
$= onductividad t$rmica del cuerpo. onductividad t$rmica del cuerpo. El nGmero de Kiot (
El nGmero de Kiot (>>%i%i, se de"ne como un indicador de la resistencia t$rmica interna, se de"ne como un indicador de la resistencia t$rmica interna
a
a la la conconducduccióción, n, rerespespecto a cto a la la reresissistentencia cia supsuper"cer"cial ial a a la la conconveccvecciónión. . 4i4i >>%i%i L 0,1, L 0,1,
quiere decir que
quiere decir que $ $ es grande o el volumen en relación al !rea es pequeNo, entonces la es grande o el volumen en relación al !rea es pequeNo, entonces la gradiente de temperatura en el cuerpo ser! pequeNa, dependiendo Gnicamente de la gradiente de temperatura en el cuerpo ser! pequeNa, dependiendo Gnicamente de la convección.
convección. uando el
uando el >>%i%iX 0,1, quiere decir entonces que lX 0,1, quiere decir entonces que la diferencia de temperatura dentro dela diferencia de temperatura dentro del
cue
cuero ro no no es es desdesprprecieciableable, , 5ac5aci$ni$ndosdose e la la temtemperperatuatura ra funfuncióción n de de la la posposiciición ón deldel cuerpo con relación al tiempo, con lo que
cuerpo con relación al tiempo, con lo que >>%i%i, se transforma en&, se transforma en&
N
N BiBi==h∙h∙ llcc
k
k T1.79UT1.79U
/ ara mayor referencia leer eanOoplis, sección 6.6K, p!gina -0/. / ara mayor referencia leer eanOoplis, sección 6.6K, p!gina -0/.
Do
Dondnde,e, llcc es la distancia m!s corta entre el centro geom$trico y la super"cie del es la distancia m!s corta entre el centro geom$trico y la super"cie del
cuerpo
cuerpo77. En materiales en los que. En materiales en los que ll
c
c es grande, la temperatura de la super"cie tiende es grande, la temperatura de la super"cie tiende
a cambiar r!pidamente en relación al centro, por lo que se tiene que entender que el a cambiar r!pidamente en relación al centro, por lo que se tiene que entender que el cu
cuerperpo o titienene e ununa a dedetetermrmininadada a tetempmperaeratutura ra en en ununa a poposisicición ón esespepecící"c"ca a en en unun momento dado.
momento dado.
3na propiedad importante que indica la rapide) de transmisión de calor respecto a su 3na propiedad importante que indica la rapide) de transmisión de calor respecto a su aptitud de acumularlo, es la
aptitud de acumularlo, es la difusi*idad térmicadifusi*idad térmica ( (mm?? s s&&
α α == k k ρ∙Cp ρ∙Cp T1.7=UT1.7=U Donde& Donde&
& Densidad.& Densidad.
C-C-& alor especí"co.& alor especí"co. A
A memenunudodo, , lolos s mamateteriarialeles s se se pupuededen en momodedelalar r cocomo mo sósólidlidos os sesemimiinin"n"nititosos, , cucuyaya su
supeper"r"cicie e es es eepupuesesta ta rerepepentntininamamentente e a a un un ;u;uido ido coconvnvecectitivo vo a a tetempmperaeratuturara diferente. 3na forma de adimensionali)ar la relación de la variación de l
diferente. 3na forma de adimensionali)ar la relación de la variación de la temperaturaa temperatura a un tiempo dado respecto a la temperatura inicial del material, se puede de"nir&
a un tiempo dado respecto a la temperatura inicial del material, se puede de"nir&
θ θ== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞ T1.7:UT1.7:U Donde& Donde& "
"== %emperatura a un tiempo dado. %emperatura a un tiempo dado. "
" @@== % %emperatura inicial del material.emperatura inicial del material.
"
" == %emperatura del ;uido convectivo. %emperatura del ;uido convectivo.
3na forma
3na forma de de adiadimensmensionionaliali)ar )ar la la varvariabiable le tietiempompo, , es es empempleanleando do el el 8Gm8Gmero deero de Bourier ( Bourier (>>)o)o.. N N Fo Fo==α∙t α∙t llcc22 T1.7>UT1.7>U Donde& Donde& t= t= tiempo. tiempo. a
ara ra corrcorrelacioelacionar nar las variables temperaturlas variables temperatura a y y tiempo (de tiempo (de manera adimensimanera adimensional, seonal, se emplea las gr!"cas de Feisler, propias para formas semiin"nitas como placa plana, emplea las gr!"cas de Feisler, propias para formas semiin"nitas como placa plana, cilindro y esfera. Es posible tambi$n correlacionar estas variables a trav$s de& función cilindro y esfera. Es posible tambi$n correlacionar estas variables a trav$s de& función de error de auss, transformadas de senos de Bourier, funciones de Kessel, etc. 4in de error de auss, transformadas de senos de Bourier, funciones de Kessel, etc. 4in embargo para efectos
embargo para efectos pr!cticos resulta apropiado emplear las pr!cticos resulta apropiado emplear las gr!"cas de Feisler.gr!"cas de Feisler. 4.
4.1.1. EcEcuauacicionones es papara ra foformrmas as apaproro6i6imamadadas s de de lolos s mamateteririalaleses.. (laca plana;
(laca plana; Dado que la transferencia de calor se da desde el centro de la placaDado que la transferencia de calor se da desde el centro de la placa 5asta la super"cie, siendo la l
5asta la super"cie, siendo la longitud característica el medio espesor.ongitud característica el medio espesor.
7 'ongitud característica& para placa plana Ymedio espesorZ, para cilindro y esfera 7 'ongitud característica& para placa plana Ymedio espesorZ, para cilindro y esfera Ydi!metro mediosZ.
θ θ== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞ = =f f
((
α∙t α∙tllcc22
))
placainfinita placainfinita T1.-0UT1.-0U)a'i?ue semiin>nito; )a'i?ue semiin>nito; θ θ== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞==f f
((
α∙t α∙t((
aa 2 2))
2 2))
placa placaaa ∙∙ f f((
α∙t α∙t((
bb 2 2))
2 2))
placa placabb T1.-1U T1.-1U )a'i?ue corto; )a'i?ue corto; θ θ== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞==f f((
α∙t α∙t((
aa 2 2))
2 2))
placa placaaa ∙∙ f f((
α∙t α∙t((
bb 2 2))
2 2))
placa placabb ∙∙ f f((
α∙t α∙t((
cc 2 2))
2 2))
placa placacc T1.-/U T1.-/U Esfera; Esfera;θ θ== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞ = =f f
((
α∙t α∙trr22
))
esferaesfera T1.-7UT1.-7UCilindro in>nito. Cilindro in>nito. θ θ== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞ = =f f
((
α∙t α∙trr22
))
cilindroinfinitocilindroinfinito T1.--UT1.--UCilindro corto. Cilindro corto. θ θ== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞==f f
((
α∙t α∙t((
aa 2 2))
2 2))
placa placaaa ∙∙ f f((
α∙t α∙t((
D D 2 2))
2 2))
cilindro cilindro T1.-6U T1.-6U @o@otata;; 'o'os s vavalorlores dees de f f
((
α∙t α∙t
llcc22
))
, se obtienen del e+e de las ordenadas, en los, se obtienen del e+e de las ordenadas, en losgr!"
gr!"cos de cos de FeiFeislesler, r, tenteniendiendo o comcomo o datdato o de entradde entradaa
α∙t α∙t
llcc
2
2 = = N N Fo Fo . 4in embargo. 4in embargo
res
resultulta complia complicadcado el o el c!lc!lculculo de o de tietiempo mpo de enfriade enfriamiemiento cuannto cuando se do se tratrata deta de geometr
geometrías ías cortacortas s (cilin(cilindro dro cortocorto, , tabiqtabique ue o o tabiqtabique ue semiinsemiin"nito"nito, , aplic!aplic!ndosendose para ello m$todos de
para ello m$todos de aproimaciones sucesivas.aproimaciones sucesivas. E
Eeercrciicicio o #1 #1 *$*$eteterermmininacacióión n de de ttemempeperaratutura ra ininteterrna na a a uun n ttieiempmpoo determinado,.
determinado,. En una c!mara a 6 , se colocan melones de 17 cm de radio, el / de En una c!mara a 6 , se colocan melones de 17 cm de radio, el / de +ulio
+ulio a a las las 9 9 p.m. p.m. 4i 4i la la temperatura temperatura inicial inicial de de los los melones melones es es de de 70 70 , , [se [se lograr!lograr! reducir la temperatura del centro de los melones 5asta 10 a las 10 a.m. del 7 de reducir la temperatura del centro de los melones 5asta 10 a las 10 a.m. del 7 de +ulio\ y [qu$ temperatura tendr! a 7 cm de la s
+ulio\ y [qu$ temperatura tendr! a 7 cm de la super"cie\uper"cie\ /atos adicionales
/atos adicionales $
$ I 0,6: R2mVJ I 0,6: R2mVJ
I 1000 Og2m I 1000 Og2m77
C-C- I -,/ O2OgVJ I -,/ O2OgVJ ' ' I 9 R2m I 9 R2m//VJ VJ 0olución. 0olución. Determinando Determinando >>%i%i
N N BiBi==
((
6 6 ! !22∙∙ " "))
∙∙((
0,130,13!!))
0,58 0,58 !∙" !∙" = =1,3451,345entoncesentonces # # 1 1 N N BiBi = =0,7440,744 Determinando Determinando BB.. α α ==((
0,58 0,58 !∙" !∙"))
((
10001000 k$ k$ ! !33))
∙∙42004200 % % k$∙" k$∙" = =1,3811,381&&1010−−77!!22//ss DeterminandoDeterminando >>)o)o, con un tiempo de 19 5oras ] 6=900 s., con un tiempo de 19 5oras ] 6=900 s.
N
N Fo Fo==
((
1,3811,381&&1010− −77
!
!22//ss
))
∙∙((
5760057600ss))
((
0,130,13!!))
22 ==0,4710,471A partir de los datos ubicamos en las gr!"cas de Feisler la temperatura adimensional. A partir de los datos ubicamos en las gr!"cas de Feisler la temperatura adimensional.
Entonces a partir del dato 5allado, podemos determinar la temperatura a la que se Entonces a partir del dato 5allado, podemos determinar la temperatura a la que se encontrar! el centro del melón.
encontrar! el centro del melón.
θ θ== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞ = =0,320,32 T T −−55 30 30−−55==0,320,32entoncesentonces## T T ==1313℃℃
ara determinar la temperatura a 7 cm de la super"cie, determinamos la relación de ara determinar la temperatura a 7 cm de la super"cie, determinamos la relación de radios& radios& rr rr00== 10 10c!c! 13 13c!c!==0,7690,769
θ θ== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞ = =0,320,32entoncesentonces # # T T −−T T ∞∞==
((
0,320,32))
∙∙((
3030−−55))
==88 y y T T −−T T ∞∞ θ θ ' ' == T T −−T T ∞∞ 0,37 0,37 ==88entoncesentonces## T T −−T T ∞∞==2,962,96entoncesentonces # # T T ==2,962,96++55==7,967,96℃℃ ConclusiónConclusión& 'a & 'a tempertemperatura en el atura en el centrcentro de o de los melones en el los melones en el tiempo dadotiempo dado, no , no ser!ser! inferior a 10 , por lo que se requiere de m!s tiempo o de un medio con mayor inferior a 10 , por lo que se requiere de m!s tiempo o de un medio con mayor convección. 4in embargo a 7 cm de la super"cie, en el mismo tiempo, se tiene una convección. 4in embargo a 7 cm de la super"cie, en el mismo tiempo, se tiene una temperatura de =,>9 .
temperatura de =,>9 .
Eercicio #2 *$eterminación de tiempo de enfriamiento de una geometr!a Eercicio #2 *$eterminación de tiempo de enfriamiento de una geometr!a >nita,.
>nita,. 3n 3n +amón de cerdo empaca+amón de cerdo empacado en do en popietpopietileno (O I ileno (O I 0,09 R2mVJ y 0,06 mm 0,09 R2mVJ y 0,06 mm dede espesor, que se encuentra inicialmente a una temperatura de /0 , se coloca en espesor, que se encuentra inicialmente a una temperatura de /0 , se coloca en una c!mara que se encuent
una c!mara que se encuentra a *7 ra a *7 . 'as dimensi. 'as dimensiones del +amón son de 16 ones del +amón son de 16 10 :10 : cm y
cm y sus prosus propiedpiedadeades s t$rt$rmicmicas son&as son& ρ ρ I >>: Og2m I >>: Og2m77,, $ $ I I 0,0,-9 R2-9 R2mVmVJ,J, C-C- I 7,-7 I 7,-7 O2OgVJ. onociendo que el coe"ciente convectivo del aire y el +amón de cerdo es de O2OgVJ. onociendo que el coe"ciente convectivo del aire y el +amón de cerdo es de /0 R2m
/0 R2m//VJ, a determine el tiempo para que el centro del +amón se encuentre a 7 VJ, a determine el tiempo para que el centro del +amón se encuentre a 7 sin considerar el empaque. b determine el tiempo considerando el empaque. c sin considerar el empaque. b determine el tiempo considerando el empaque. c determinar el tiempo si la geometría cambia a un cilindro corto de 16 cm de largo y > determinar el tiempo si la geometría cambia a un cilindro corto de 16 cm de largo y > cm de di!metro.
cm de di!metro. 0o
0oluluciciónón== aara ra la la parparte te YaZYaZ. . QQesoesolvemlvemos os empempleanleando do la la metometodolodología gía parpara a placplacasas in"nitas.
in"nitas.
ara la placa in"nita de espesor I 16 cm ^ l
ara la placa in"nita de espesor I 16 cm ^ lcc I =,6 cm I 0,0=6 m I =,6 cm I 0,0=6 m
N N BiBi==
((
20 20 ! !22∙∙ " "))
∙∙((
0,0750,075!!))
0,46 0,46 !∙" !∙" = =3,2613,261entoncesentonces # # 1 1 N N BiBi==0,3070,307 α α ==((
0,46 0,46 !∙" !∙"))
((
998998 k$ k$ ! !33))
∙∙34303430 % % k$∙" k$∙" = =1,3441,344&&1010−−77!!22//ssara la placa in"nita de espesor I 10 cm ^ l
ara la placa in"nita de espesor I 10 cm ^ lcc I 6 cm I 0,06 m I 6 cm I 0,06 m
N N BiBi==
((
20 20 ! !22∙∙ " "))
∙∙((
0,050,05!!))
0,46 0,46 !∙" !∙" = =2,1742,174entoncesentonces # # 1 1 N N BiBi==0,460,46ara la placa in"nita de espesor I : cm ^ l
ara la placa in"nita de espesor I : cm ^ lcc I - cm I 0,0- m I - cm I 0,0- m
N N BiBi==
((
20 20 ! !22∙∙ " "))
∙∙((
0,040,04!!))
0,46 0,46 !∙" !∙" ==1,7391,739ententoo ncnceses
# # 1 1 N N BiBi==0,5750,575
Empleando la solución aproimada&
Empleando la solución aproimada& θθcentrocentro==C C 11∙∙ ee
((−− ( (11 2 2 ∙N ∙N Fo Fo)) θ θcentrocentro== T T −−T T ∞∞ T T 00−−T T ∞∞ = = 33−(−−(−33)) 20 20−(−−(−33))==0,2310,231
3bicando en tablas los valores de
3bicando en tablas los valores de CC## y y λ λ ##, empleando para ello el valor de, empleando para ello el valor de >>%i%i..
θ θ placa placa((1515c!c!))==1,21171,2117∙∙ ee
((
− −1,19971,199722∙∙1,3441,344&&1010 − −77 ∙∙ t t 0,075 0,07522))
θ θ placa placa((1010c!c!))==1,17261,1726∙∙ ee((
− −1,05531,055322∙∙1,3441,344&&1010 − −77 ∙t ∙t 0,05 0,0522))
θ θ placa placa((88c!c!))==1,1571,157∙∙ ee((
− −0,99750,997522∙∙1,3441,344&&1010 − −77 ∙∙ t t 0,04 0,0422))
0,231 0,231==[[
1,21171,2117∙∙ ee((
− −1,19971,199722 ∙∙1,3441,344&&1010 − −77 ∙∙ t t 0,075 0,07522))
]]
∙∙[[
1,17261,1726∙∙ ee((
− −1,05531,055322 ∙∙ 1,344 1,344&&1010 − −77 ∙t ∙t 0,05 0,0522))
]]
∙∙[[
1,1571,157∙∙ ee((
− −0,99750,997522 ∙∙1,3441,344&&1010 − −77 ∙∙ t t 0,04 0,0422))
]]
t t ==1,1041,104&&101044ss 3,066 3,066hhara la parte YbZ, al coe"ciente de transferencia se le incluye la conductividad del ara la parte YbZ, al coe"ciente de transferencia se le incluye la conductividad del polietileno polietileno 1 1 h h== 1 1 20 20∙∙ ! !22∙∙ " " + +0,050,05&&1010−− 3 3 ! ! 0,06 0,06∙∙ !∙" !∙" entonces entonces # # h h==19,67219,672∙∙ ! !22∙∙ " "
4e sigue el mismo procedimiento colocando como coe"ciente convectivo 5 I 1>,9=/ 4e sigue el mismo procedimiento colocando como coe"ciente convectivo 5 I 1>,9=/ R2m
R2m//VJ VJ
t t ==1,1121,112&&101044 3,0883,088hh
a
ara la ra la parte YcZ, tomamos como parte YcZ, tomamos como longitlongitudes caracterudes característicaísticas el s el radio y radio y la longitud della longitud del cilindro
cilindro
ara el cilindro in"nito de di!metro > cm ara el cilindro in"nito de di!metro > cm
