problemas de procesos térmicos

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Problemas de Procesos térmicos CONDUCCIÓN DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN UNA SERIE DE PAREDES PLANAS EN ESTADO ESTACIONARIO EN UNA SOLA DIRECCIÓN. 2. Un cuarto de almacenamiento refrigerado se construye con una plancha interna de 12.7 mm de pino, una plancha intermedia de 101.6 mm de corcho prensado y una plancha externa de 76.2 mm de concreto. La temperatura superficial de la pared interna es de 255.4 °K y la T° exterior de concreto es de 297.1 °K. Las conductancias térmicas para el pino, el corcho prensado y el concreto en W/m °K, son respectivamente 0.151 W/m °K, 0.0433 W/m °K, 0.762 W/m °K. Calcula la perdida de calor en watts para un metro cuadrado velocidad de transferencia en W, así como la temperatura en la interface de la madera y el corcho prensado.

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Page 1: Problemas de procesos térmicos

Problemas de Procesos térmicos

CONDUCCIÓN DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN UNA SERIE DE PAREDES

PLANAS EN ESTADO ESTACIONARIO EN UNA SOLA DIRECCIÓN.

2. Un cuarto de almacenamiento refrigerado se construye con una plancha interna de 12.7 mm de pino, una

plancha intermedia de 101.6 mm de corcho prensado y una plancha externa de 76.2 mm de concreto. La

temperatura superficial de la pared interna es de 255.4 °K y la T° exterior de concreto es de 297.1 °K.

Las conductancias térmicas para el pino, el corcho prensado y el concreto en W/m °K, son respectivamente

0.151 W/m °K, 0.0433 W/m °K, 0.762 W/m °K.

Calcula la perdida de calor en watts para un metro cuadrado velocidad de transferencia en W, así como la

temperatura en la interface de la madera y el corcho prensado.

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b) Calcula la temperatura en la interface de la madera y el corcho prensado.

CONDUCCIÓN DE CALOR EN ESTADO NO ESTACIONARIO EN UNA

PLACA GRANDE

1. Una barra rectangular de mantequilla con 46.2 mm de espesor y T° de 277.6 °K (4.4 °C). Se extrae de la

nevera y se coloca a T° ambiente a 297.1 °K (23.95 °C) (Puedes considerar que los lados y el fondo de

la mantequilla están aislados por las paredes del recipiente).

Page 3: Problemas de procesos térmicos

Calcula la temperatura de la

mantequilla en;

a) la superficie

b) por debajo de la superficie a 25.4 mm

c) En el fondo aislado, después de una exposición de 5 hrs.

Resolución Método grafico, parámetros constantes:

Calcular variables:

Encontrar el valor de Y en la gráfica Gurney y J. Lurie “Conducción de calor en estado no estacionario en

una placa grande”.

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Page 5: Problemas de procesos térmicos

Despejar T:

b) por debajo de la superficie a 25.4 mm (0.0254 m):

0.0462 m – 0.0254 m = 0.0208 m

Se toma gráficamente la n de 0.6

Page 6: Problemas de procesos térmicos
Page 7: Problemas de procesos térmicos

C) En el fondo aislado, después de una exposición de 5 horas.

Consideraciones: El espesor permanece constante; Por lo que X = 0 y por lo tanto n = 0

Page 8: Problemas de procesos térmicos

d) Con los datos del problema inciso c, Utiliza la grafica de Heisler para encontrar el valor de la T° en el punto

central de la placa

Page 9: Problemas de procesos térmicos

2. Hodgson proporciona las siguientes propiedades físicas para el enfriamiento de reces en canal.

* Se supone una placa plana, conducción en estado estacionario.

* El corte de la carne tiene 0.203 m, se divide entre dos, ya que esto corresponde a la mitad del espesor del

corte al que se refiere el problema.

X es igual a cero, porque estamos trabajando con la temperatura del centro.

* Ubicar en la gráfica de Gurney y Lurie a n = 0 en las m = 0, con el valor encontrado de Y = 0.230

Page 10: Problemas de procesos térmicos
Page 11: Problemas de procesos térmicos

PROBLEMA CILINDRO

3. Una lata cilíndrica contiene un puré, esta lata tiene un diámetro de 68.1 mm y una altura de 101.6 mm y

esta inicialmente a una T° uniforme de 29.4 °C. Las latas se apilan en sentido vertical dentro de un

esterilizador y se introduce vapor a 115.6 °C.

Calcula la T° en el centro de la lata después de un tiempo de calentamiento de 0.75 hrs a 115.6 °C. Suponer que

la lata está en el centro de una pila vertical, aislada en sus 2 extremos por la presencia de las latas restantes,

donde:

Calculando variables:

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Page 13: Problemas de procesos térmicos

MÉTODOS NÚMERICOS PARA LA CONDUCCIOÓN EN ESTADO NO ESTACIONARIO EN 2

DIRECCIONES

a) Aplicación de M.N. (diferencias finitas) para conducción de calor en edo. estacionario.

1. Se tiene un corte transversal de una cámara rectangular hueca con dimensiones de 4x2m, en su interior y

dimensiones exteriores de 8x8 m. La cámara mide 20 m de largo. Las paredes interiores se conservan a

600 °K y la T° exterior a 300 °K; KT 1.5 W/m K. En condiciones de estado estacionario encontrar la

pérdida de calor por unidad de longitud, utilice rejillas de 1x1 m. Encontrar el flux de calor.

Page 14: Problemas de procesos térmicos

Refrigeración y congelación.

a) Refrigeración: La refrigeración consiste en la conservación de los productos a bajas temperaturas, pero por

encima de su temperatura de congelación. De manera general, la refrigeración se enmarca entre -1º C y 8º C. De

esta forma se consigue que el valor nutricional y las características organolépticas casi no se diferencien de las

de los productos al inicio de su almacenaje.

La refrigeración evita el crecimiento de los microorganismos termófilos que crecen a una temperatura arriba

45°C como Bacillus y Clostridium además de algunas algas y hongos y de muchos mesófilos que crecen en

temperaturas de entre -5 a -7 °C como bacterias.

Se ha definido a la refrigeración como el proceso de transmisión de calor de un punto a otro. Del espacio del

cual se extrae el calor se dice que enfriando o refrigerado. Un objeto frío extraerá color del objeto caliente.

La evaporación es un proceso por el cual un líquido cambia al estado gaseoso. Este cambio se da porque el

líquido absorbe calor (absorción).

b) Congelación: La congelación consiste en la aplicación de temperaturas a los alimentos por debajo de cero

grados centígrados, de forma que parte del agua del alimento se convierte en hielo. Al mismo tiempo, como el

agua se solidifica, se produce una desecación del alimento, lo que contribuirá de forma significativa a una mejor

conservación. Lógicamente, este efecto será más importante cuanto más baja sea la temperatura.

La temperatura de elección a nivel internacional es de -18ºC/0ºF, ya que por debajo de ésta se estima que no es

posible la proliferación de bacterias (significativamente), por lo que disminuye la posibilidad de alteración y se

reducen los riesgos para la salud. Hay que destacar que, después de la refrigeración, la congelación es el

tratamiento que menos modificaciones produce en los alimentos. De forma que después de la descongelación

los alimentos son casi idénticos a los productos crudos empleados como materia prima.

El objetivo principal de la aplicación de este método de conservación es inhibir el desarrollo de

microorganismos deteriorativos y patógenos, las bajas temperaturas retardan las reacciones bioquímicas y

enzimáticas que se producen en los alimentos no congelados.

Daños causados por estos procedimientos térmicos a los

alimentos. La congelación provoca el aumento de la concentración de los solutos presentes en productos e

inversamente del descenso de la temperatura, la velocidad de las reacciones aumenta, a pesar de la

disminución de la temperatura de acuerdo con la ley de acción de masas. Este incremento en la

velocidad de las reacciones se produce a temperaturas entre -5º C y -15º C/ 23ºF a 5ºF. Este incremento

en la concentración de los solutos provoca cambios en la viscosidad, el pH, el potencial redox del

líquido no congelado, fuerza iónica, presión osmótica y tensión superficial, entre otros.

La acción de esos factores asociados al efecto de la desaparición de una parte del agua líquida, provoca

cambios desfavorables en el alimento, siendo un ejemplo de ello la agregación o incremento de las

proteínas.

El efecto principal que la congelación ocasiona sobre los alimentos es el daño que provoca en las células

el crecimiento de los cristales de hielo. Cuando la velocidad de congelación es lenta, los cristales de

hielo crecen en los espacios extracelulares, lo que deforma y rompe las paredes de las células que los

contactan. La presión de vapor de los cristales de hielo es inferior a la del interior de las células, lo que

provoca la deshidratación progresiva de las células por ósmosis y el engrosamiento de los cristales de

hielo. De esta forma se originan grandes cristales de hielo y el aumento de los espacios extracelulares.

Las células plasmolizadas disminuyen considerablemente su tamaño.

Page 15: Problemas de procesos térmicos

Esta deshidratación celular disminuye las posibilidades de una nucleación intracelular. La ruptura de las

paredes celulares resulta de la acción mecánica de los grandes cristales de hielo y del encogimiento

excesivo de las células.

Como el volumen del hielo es superior al del agua líquida, la congelación de los alimentos provoca una

dilatación, como por ejemplo al congelar agua en un recipiente se produce un levantamiento o

alzamiento de hielo como una montaña. Esta dilatación puede variar en correspondencia con el

contenido de agua, la disposición celular, la concentración de solutos y la temperatura del medio de

congelación. Estas variaciones que se originan en el volumen provocan tensiones internas de gran

magnitud sobre los tejidos lo que puede provocar desgarraduras internas (y hasta la rotura completa en

caso de los tejidos vegetales), lo que originan pérdida de líquido durante la descongelación.

Cuando la temperatura de algunas frutas y vegetales desciende de un determinado valor se producen en

ellos cambios indeseables las cuales son conocidas como daños por frío, por ejemplo la quemadura de

bananos o plátanos al enfriarlos debajo de temperaturas de 13 a 14 °C/55 57°F.

Descripción de una curva de congelación (agua, solución y alimento).

Agua En el caso del agua pura la temperatura va disminuyendo mientras se remueve energía del sistema hasta que se

alcanza el punto de congelación. Después de que se produce el subenfriamiento, la temperatura permanece

constante. Mientras el calor latente es removido (335 KJ/Kg), observándose una mesta. Después se produce una

disminución de la temperatura lo que significa que se ésta eliminando energía o calor.

NUCLEACIÓN Esta se produce siempre y cuando el sistema este suficientemente subenfriado. El

subenfriamiento es la diferencia de temperaturas por debajo del punto inicial de congelación de un sistema, el

cual es necesario alcanzar para que se forme la fase hielo.

Además para la formación de una fase (/hielo) en otra fase (liquido) bajo condiciones donde existe una barrera

de energía libre requiere del proceso de nucleacion.

Page 16: Problemas de procesos térmicos

* NUCLEACIÓN HOMOGENEA: Ocurre en soluciones muy limpias no catalizadas por partículas extrañas o

interfaces. A -40°C se considera temperatura de subenfriamiento para que se forme el hielo en agua pura.

* NUCLEACIÓN HETEROGENEA: Tiene lugar en sistemas donde hay presencia de superficies que reducen

el subenfriamiento requerido. En el caso de agua se logrado formar hielo con un subenfriamiento de 6°C.

Solución que contiene un soluto En una solución la remoción de la energía resulta como una disminución de la temperatura hasta alcanzar el

punto de subenfriamiento o el punto inicial de congelación (To) sin embargo ese punto inicial es inferior a la

T° de congelación del agua pura. La congelación va resultar en la cristalización de una porción de agua que

concentra a la solución que sobra lo cual genera una posterior reducción del punto de congelación de la

porción no congelada. En este proceso se continua produciendo más hielo conforme disminuye la T° de

equilibrio del sistema.

El punto eutéctico: este punto es único para cada soluto presente en el sistema. Es la T° máxima a la cual

se producen cristalizaciones (último valor de la gráfica).

Las curvas de congelación en alimentos son muy diferentes al de las soluciones simples. La velocidad de

congelación es diferente para diferentes alimentos; Lo anterior se atribuye a que en un alimento estén

presentes muchos solutos y durante la congelación aparecerán distintos puntos eutécticos con pequeñas

mestas que no los hacen evidentes. Por ejemplo en la carne de bovino se ha reportado un punto

eutéctico final de -52°C

Page 17: Problemas de procesos térmicos

Para alimentos

En la curva la línea 1 representa el enfriamiento de A hasta S e involucra solo la remoción de calor sensible.

El subenfriamiento (S) se produce previo a la congelación o cristalización. El calor de cristalización liberado

rápidamente eleva la T° de S a TiS, el punto inicial de congelación del sistema se le llama verdadero solo si la

velocidad de enfriamiento es moderado. La detección del subenfriamiento depende de la sensibilidad, tiempo de

respuesta y localización del sistema de medida de la T°. El subenfriamiento persiste por corto tiempo.

El posterior enfriamiento de TiS a B, representa un periodo en el cual se produce una gran cantidad de hielo con

remoción de gran cantidad e energía. En la primera etapa de TiS a B el agua se separa como cristales de hielo

puro (el agua libre), la segunda parte corresponde a un sistema complejo en los tejidos porque los cristales de

hielo crecen entre las células compitiendo por el agua congelada.

Las curvas 2 y 3 corresponden a una velocidad de congelación más rápida que la curva 1.

Curva de congelación

El proceso de congelación en los alimentos es más complejo que la congelación del agua pura. Los alimentos al

contener otros solutos disueltos además de agua, presentan un comportamiento ante la congelación similar al de

las soluciones. La evolución de la temperatura con el tiempo durante el proceso de congelación es denominada

curva de congelación. La curva de congelación típica de una solución se muestra en la siguiente figura. La

cristalización del agua (temperatura crioscópica), este variará acorde al sistema de congelación utilizado (rápido

o lento).

Page 18: Problemas de procesos térmicos

Esta curva posee las siguientes secciones:

AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación qf inferior a 0º C. En el punto S, al que

corresponde una temperatura inferior al punto de congelación, el agua permanece en estado líquido. Este

subenfriamiento puede llegar a ser de hasta 10º C por debajo del punto de congelación.

SB: la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar el punto de congelación, pues al formarse los cristales

de hielo se libera el calor latente de congelación a una velocidad superior a la que este se extrae del alimento.

BC: el calor se elimina a la misma velocidad que en las fases anteriores, eliminándose el calor latente con la

formación de hielo, permaneciendo la temperatura prácticamente constante. El incremento de la concentración

de solutos en la fracción de agua no congelada provoca el descenso del punto de congelación, por lo que la

temperatura disminuye ligeramente. En esta fase es en la que se forma la mayor parte del hielo.

CD: uno de os solutos alcanza la sobresaturación y cristaliza. La liberación del calor latente correspondiente

provoca el aumento de la temperatura hasta la temperatura del soluto.

DE: la cristalización del agua y los solutos continúa.

EF: la temperatura de la mezcla de agua y hielo desciende. En realidad la curva de congelación de los alimentos

resulta algo diferente a la de las soluciones simples, siendo esa diferenciación más marcada en la medida en que

la velocidad a la que se produce la congelación es mayor.

Que es un ciclo de Carnot, describirlo termodinámicamente.

Es probable que el ciclo reversible más conocido sea el ciclo de Carnot, propuesto en 1824 por el ingeniero

francés Sadi Carnot. La máquina térmica teórica que opera en el ciclo de Carnot se llama máquina térmica de

Carnot, cuyo ciclo se compone de cuatro procesos reversibles, dos isotérmicos y dos adiabáticos, y que es

posible llevar a cabo en un sistema cerrado o de flujo estacionario.

La segunda ley de la termodinámica restringe la operación de dispositivos cíclicos según se expresa mediante

los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius. Una máquina térmica no puede operar intercambiando calor con

un solo depósito, y un refrigerador no puede funcionar sin una entrada neta de energía de una fuente externa.

Page 19: Problemas de procesos térmicos

Este tipo de sistemas funcionan colocando una válvula de expansión en la línea entre el condensador y el

evaporador, la válvula además de ser un dispositivo medidor también mantiene la diferencia de presión que se

requiere para el cambio de estado del refrigerante.

Posteriormente se estableció un ciclo de refrigeración simplificado en donde se realicen los siguientes

acontecimientos:

1.- El refrigerante en ebullición tome el calor independientemente de la forma del evaporador.

2.- El calor que se rechaza en el condensador se puede disipar por medio de aire agua, la evaporación del

agua a otros medios.

3.- La válvula de expansión controla la presión a una temperatura dada, también sirve como mediador, ya

que controlara el flujo del refrigerante líquido del evaporador.

4.- El corazón del sistema, proporcionara la energía para su operación. Ya sea mecánica, calorífica o de otro

tipo.

Page 20: Problemas de procesos térmicos

Conforme la temperatura del vapor del refrigerante disminuye, este se vuelve líquido y de nuevo comienza el

ciclo.

Calor de compresión Se define como el calor agregado al gas refrigerante que resulta de la energía de

trabajo usando el compresor.

El aire se comprime adiabáticamente en un compresor que puede ser alternativo o rotativo.

El aire entra en un refrigerador y se enfría.

Posteriormente pasa al expansor donde realiza un trabajo sobre el medio externo. Este trabajo se

aprovecha en el turbo compresor para reducir su consumo.

Finalmente pasa al intercambiador donde se calienta y enfría el volumen.

COMPRESOR. Un compresor frigorífico es el centro del ciclo de refrigeración. Funciona como

una bomba para controlar la circulación del gas refrigerante, y agrega presión al mismo, calentándolo.

El compresor también señala el área del vapor del evaporador para mantener una presión y

temperatura más baja ante de enviarlo al condensador.

EVAPORADOR. El líquido refrigerante entra en el evaporador, este absorbe el calor cuando se

evapora, lo que produce el enfriamiento. El refrigerante del evaporador alimenta a un tanque como un

Page 21: Problemas de procesos térmicos

débil o saturado gas sobrecalentado. La presión del tanque se eleva hasta que se iguala a la presión

del evaporador. Se detiene el flujo del refrigerante y la temperatura, tanto que en el tanque como en el

evaporador, elevándose la temperatura ambiente.

CONDENSADOR. Después de dejar el compresor, se mueve el refrigerante al condensador, que

emite el calor que transfiere el aire o agua que tiene una temperatura mas baja. La cantidad de calor

emitido es el calor absorbido por el refrigerante en el evaporador, más el calor creado por la entrada

de compresión. El subproducto de esto son los cambios de vapor a líquido, que luego se envían al

receptor.

VÁLVULA DE EXPANSIÓN. Antes de que el líquido entre en la válvula de expansión, la

temperatura estará justo bajo el punto de ebullición. De pronto se reduce la presión en la válvula y

hace que el líquido a ebullición se evapore, esta evaporación se lleva a cabo en el evaporador y el

circuito esta completo.

Solo hay dos presiones en todo el ciclo de refrigeración la presión de evaporación y la presión de

condensación.

LEYES DE LA TERMODINAMICA

La primera ley de la termodinámica es simplemente una expresión del principio de conservación de la

energía, y sostiene que la energía es una propiedad termodinámica.

La segunda ley de la termodinámica afirma que la energía tiene calidad así como cantidad, y los

procesos reales ocurren hacia donde disminuye la calidad de la energía. Por ejemplo, una taza de café

caliente sobre una mesa en algún momento se enfría, pero una taza de café frío en el mismo espacio

nunca se calienta por sí misma. La energía de alta temperatura del café se degrada (se transforma en una

forma menos útil a otra con menor temperatura) una vez que se transfiere hacia el aire circundante.

1.- Todo líquido, al cambiar al estado de vapor, absorbe calor del medio que lo rodea.

2.- La temperatura a la que se evapora un liquido, depende de la presión que se ejerce sobre el.

3.- Todo vapor puede cambiar su estado a líquido, si se comprime y se le extrae el calor.

4.- La temperatura y al presión guardan una relación proporcional.

El tiempo de congelación es un dato necesario para determinar la velocidad de refrigeración es

requerida en relación con la capacidad del sistema de congelación. En general las predicciones del tiempo de

congelación se dividen en 2 tipos de métodos:

a) Los numéricos: Se basan en la solución de la ecuación diferencial por vía computacional. Nos permiten

predecir perfiles de T° y tiempos de proceso pero también requieren información detallada de la

variación de las propiedades termofísicas. También podemos considerar condiciones operativas bien

definidas como: T° inicial del alimento, T ambiente o T° del refrigerante, TiC (de un historial térmico),

el coeficiente h, dimensiones del producto, la geometría del alimento, etc.

b) Métodos aproximados también llamados métodos analíticos, utilizan simplificaciones en la solución de

la ecuación diferencial generalmente solo dan la información del tiempo de procedimiento sin permitir el

conocer de la historia térmica en cada punto utilizan propiedades termofísicas evaluadas a determinadas

T° y los resultados son solo para un intervalo de variación de parámetros de proceso. Son dependientes

de la forma del alimento.

Page 22: Problemas de procesos térmicos

EQUIPOS usados en congelación:

Los que usan aire como medio refrigerante. Se utilizan cámaras con o sin o semi circulación forzada de

aire.

Túneles de congelación, se controlan las velocidades del aire, la T°, es para alimentos finamente

picados. Opera de manera continua.

congeladores de cinta transportadora

congeladores de lecho fluidizado, es una cámara con perforaciones, el alimento se suspende en el aire

donde se congela rápidamente. Contiene ventiladores. (Chicharos, arándanos, maíz).

Sistemas de congelación que utilizan el contacto con placas metálicas:

Congeladores a placas, son gabinetes con placas horizontales o verticales. (Carnes, pescado,

camarones, vegetales).

Congeladores con fluidos criogénicos, son de contacto directo o indirecto, se aprovecha su bajo punto

de ebullición y su calor latente. (Especias).

Gases inertes: Oxigeno, helio, nitrógeno.

Gases flamables: Metano, gas natural, hidrogeno.

Clasificación de los equipos:

De acuerdo a la forma en la que se manipula el producto (continuo o discontinuo)

De acuerdo al coeficiente de transferencia de calor (h).

Contacto directo o indirecto.

Aire como medio refrigerante.

La cristalización es la formación de una fase solida sistemáticamente organizada desde una solución,

fundido o vapor. En alimentos hay dos etapas:

1. Nucleación

2. crecimiento de cristales.

Ecuación de Plank

Uno de los métodos simples más extensamente conocido para estimar los tiempos de congelación de alimentos

y de bebidas fue desarrollado por Plank (1913-1941).

La transferencia del calor de convección se asume para que ocurra entre el alimento y el medio de

congelamiento que lo rodea. La temperatura del alimento es asumida para ser la temperatura inicial de

congelación, la que es constante a través del proceso de congelación. Además, se asume la constante de

conductividad térmica para la región que se congela.

Page 23: Problemas de procesos térmicos

Los factores geométricos de Plank indican que una capa infinita del grueso D, un cilindro infinito del diámetro

D y una esfera del diámetro D, si estuvo expuesta a las mismas condiciones, tendría tiempos de congelación en

el cociente de 6:3:2. Por lo tanto, un cilindro se congela por la mitad del tiempo de una capa o plancha y una

esfera en un tercio del tiempo de una plancha.

Modificaciones a la Ecuación de Plank Los varios investigadores han observado que el método de Plank no predice exactamente tiempos de

congelación de alimentos y de bebidas.

Esto es porque, en parte, el método de Plank asume que los alimentos se congelan en una temperatura constante

y no sobre una gama de temperaturas y ese el caso en los sistemas actuales de congelamiento de alimentos.

Además, la conductividad térmica del alimento congelado se asume ser constante; en realidad, la conductividad

térmica varía grandemente durante el congelamiento. Otra limitación de la Ecuación de Plank es que descuida el

preenfriado y sub enfriado, la remoción del calor sensible sobre y debajo del punto de congelación. Por lo tanto,

los investigadores han desarrollado los métodos empíricos semi analíticos mejorados de la valoración del

tiempo de refrigeración y de congelación que explican estos factores.

LIMITANTES DE LA ECUACION DE PLANK El alimento esta constituido por agua al 100%

Utiliza el valor de calor latente de fusión de H2O liberado a TiC y por lo tanto no considera que se este

removiendo gradualmente calor latente.

No hay subenfriamiento.

Considera a la TiC es la de congelación.

Por lo cual desprecia el tiempo necesario para remover calor.

Considera que la conductividad térmica es constante en la zona congelada.

La temperatura final del producto congelado no aparece en la ecuación, lo cual implica que no se ha considerado

el tiempo requerido para remover calor del producto congelado por debajo de TiC.

La ecuación de planck predice valores de congelación que llegan a ser hasta en un 40% mas bajos que los valores

debido a las simplificaciones introducidas.

Las correcciones a la ecuación de planck serían: geometría, porcentaje de humedad, Punto final de congelación,

considerar la interfase Agua-hielo, Propiedades termofísicas de cada alimento.

Page 24: Problemas de procesos térmicos

PROBLEMA 1

Se desea congelar carne en cortes de 0.0636 m de espesor en un congelador que opera con una corriente de

aire a -28.9°C. La carne esta inicialmente a la temperatura de congelación (-2.8°C). La carne contiene un

75% de humedad. El coeficiente de transferencia de calor (h) es de 17 W/ K, las propiedades físicas son:

Densidad: 1057 Kg/ para carne sin congelar y KT=1.038 W/mK para el producto congelado. Calcule lo

siguiente:

a) Tiempo de congelación, suponiendo que se trata de una placa plana.

b) El tiempo de congelación para una dimensión b=0.1825 m y c=0.381 m

Sustituyendo en la ecuación la integrada:

Page 25: Problemas de procesos térmicos

b) Espesor en tres dimensiones:

Se obtienen los datos de R y P de la figura 20:

R = 0.092

P = 0.33

Ecuación generalizada para otras geometrías:

Figuras en 3D

ladrillos

Page 26: Problemas de procesos térmicos

PROBLEMA 2.

Se tiene una instalación frigorífica de compresión simple que utiliza al amoniaco como fluido refrigerante se

requiere que se eliminen 100 000 Kcal/h del espacio refrigerante. Si To = 0°C y Tk = 30°C evalúa los

parámetros necesarios para hallar Ec y el rendimiento económico.

Page 27: Problemas de procesos térmicos

Para encontrar la entalpia 1. Irse a la línea de entalpia de 0°C, seguirla hasta que choque con la línea de saturación. La H1 es de 402 Kcal/Kg.

Page 28: Problemas de procesos térmicos

Hallar la entalpia 2. Irse a la línea de 30°C cruzar con línea de saturación, trazar la línea isoentropica (línea rosa) y trazar una línea horizontal (línea verde)

Page 29: Problemas de procesos térmicos

Hallar la entalpia 3. La línea horizontal de la entalpia 2, se extiende hasta la línea de saturación líquido.

Page 30: Problemas de procesos térmicos

Valor deV1, se busca en la grafica la línea de 0°C y se choca con la línea de saturación de vapor y la línea de la izquierda (línea roja) es el valor de V1.

Page 31: Problemas de procesos térmicos

Stephanie Melo Cruz

Potencia frigorífica especifica: Es la potencia aplicada durante la compresión, ecuaciones:

Referencias bibliográficas:

Christie John Geankoplis. Procesos de transporte y principios de procesos de separación. Cuarta

edición. Editorial CECSA. México. 2006