Coeficientes de transferencia de calor de superficie asociados con el calentamiento de las partculas de alimentos en soluciones de CMC

RESUMENLos coeficientes de transferencia de calor de fluido de partculas (HFP) asociados con el calentamiento de muestras cilndricas de la patata y la zanahoria se evaluaron en carboximetilcelulosa (CMC) Soluciones (0 - 1%) a los valores HFP 50-80C .Average vari de 80 a 450 W / m ^ 2C para las patatas y 100 a 550 W / m ^ 2C para las zanahorias. Concentracin rido Temperatura de CMC influenciada sus parmetros de la ley de potencia y, por tanto, los valores de HFP, mientras que la velocidad del fluido (0.2 a 0.7x10-3 m / s), tamao de la muestra (0,016 - 0.023 m de dimetro, 0,02 - 0.04 m de longitud) y la direccin de flujo (hacia arriba y hacia abajo) tena efectos marginales. La conveccin natural domin el rgimen de flujo, dando una buena correlacin entre los nmeros de Nusselt y Rayleigh.INTRODUCCIONSe requieren datos sobre las propiedades trmicas y los valores lmite en el diseo de equipos de procesamiento trmico y el calendario de proceso, especialmente para predecir la respuesta de tiempo-temperatura de un tratamiento trmico que experimenta alimentos. Prediccin de la temperatura con xito para los alimentos de partculas en fluidos viscosos requiere datos sobre el coeficiente de transferencia de calor por conveccin (HFP) en la interfase fluido-partcula. En la mayora de aplicaciones de envasado convencionales que emplean vapor, el coeficiente de transferencia de calor de superficie se supone que es infinita (Ball y Olson 1957), aunque los valores ms bajos han sido reconocidos por aire / vapor medios de calefaccin (Pflug y Borrero 1967;. Ramaswamy et a / 1983; Tung et al., 1984). Para la esterilizacin continua de partculas de alimentos, de Ruyter y Brunet (1973) y Manson y Cullen (1974) asumido el coeficiente de transferencia de calor a ser infinito. Pero, la existencia de coeficiente de transferencia de calor por conveccin finita en la interfase lquido-partcula ha sido demostrado por varios investigadores (Chang y Toledo 1989; Sastry 1986; Deniston et al 1987;. Chandarana y Gavin 1989;. Chandarana ef al 1990).La mayora de los fluidos portadores utilizados en la industria alimentaria son viscosas y no newtoniano. Viscosidades ms altas asociadas con tales fluidos evitar turbulencias en situaciones prcticas, y los regmenes laminares generalmente prevalecen. El mecanismo de transferencia de calor asociado con los fluidos no newtonianos es ms complicado como resultado de la combinacin de conveccin natural y forzada (Alhamdan y Sastry 1990). Independientemente del mecanismo, las tasas de transferencia de calor de estos fluidos han sido reconocidos a ser menor que a partir de agua.

Zuritz et al. (1.990) los valores de HFP obtenidos , entre 548 y 1.175 W / M2C para una partcula de aluminio en forma de hongo inmerso en carboximetilcelulosa (CMC) con viscosidad aparente medio entre 2,08 a 17,70 Pas. Informaron que HFP, valores aumentaron con el tamao de partcula y la velocidad de flujo de fluido y disminuyeron con la viscosidad aparente a una temperatura de 71C. En condiciones similares, Alhamdan y Sastry (1990) HFP encontrado ,, valores de 75 a 310 W / m2c por conveccin natural a 20-80C, mientras que para el agua HFP, valores fueron 652-850 W / m2c .. Los autores tambin observaron que HFP, los valores aument con la diferencia inicial de temperatura y disminuy con la viscosidad del fluido aparente. Chandarana et al. (1989) HFP encontrado, valores entre 8.1 y 35.9 W / m2c para un estacionario celebrada 25,4 mm cubo de goma de silicona a 135C en almidn, disminuyendo con el coeficiente de consistencia entre 3,0 X l10 ^ -3 y 3.17 Pas ^ n. En el agua, el hf, el valor fue de 51 0,1 W / m2c. Para el agua y almidn (2.3%) a 29.4C, Chandarana et al. (1990) HFP encontrado, valores de 65,7 a 107,1 W / M2C y 55,6-86,5 W / m2c, respectivamente. Mediante el registro de la temperatura de la superficie de las patatas esfricas en latas que contienen agua, Deniston er al de rotacin. (1987) reportaron HFP promedio de 160 + -30 W / m2c. Chang y Toledo (1989) encontraron HFP ,. valores para cubos de patata en agua para ser 239 y 303 W / M2C a 0 y 0,86 cm / s, mientras que en solucin estacionaria sacarosa 35% era 146 W / M2C. Chang y Toledo (1990) encontraron que el HFP promedio, al - 135C en un rango de 600 hasta 1533 W / M2C y 356 a 735 W / M2C a velocidad 0 y 1,58 cm / s fluido en un lecho de relleno de cubos de zanahoria (1 y 2 cm), suponiendo un valor difusividad trmica de zanahoria de 1.94 X 10 ^ -7 m2 / s.Lamberg y Hallstrom (1.986) simulado perfiles de temperatura y coeficientes de transferencia de calor durante el blanqueo de zanahorias, y se encontr una buena correlacin entre los datos tericos y experimentales cuando el coeficiente de transferencia de calor era 750 W / m2CLos objetivos de este estudio fueron: (1) determinar la magnitud del coeficiente de partcula a fluido de transferencia trmica para calentar muestras cilndricas finitos de zanahorias y patatas en soluciones de CMC, (2) estudiar el efecto de la concentracin de CMC en HFP, y (3 ) estudiar el efecto de la tasa de flujo de fluido, la direccin del flujo de fluido, y tamao de partcula (dimetro y longitud) en HFP,. Se emplearon muestras de ensayo cilndricos y ecuaciones relacionadas en estos estudios con el fin de ampliar el alcance y la validez de los conceptos de transferencia de calor ya que la mayora de los estudios anteriores empleadas partculas esfricas o en forma de cubo.

CONSIDERACIONES TERICASUn cilindro finito se forma como la interseccin de una lmina infinita y un infinito cilindro (Heldman y Singh, 1981). Por lo tanto, la solucin con respecto a objetos cilndricos finitos bajo conveccin superficie implicar ecuaciones de transferencia de calor que rigen una lmina infinita y un cilindro infinito. La solucin para la temperatura historia de un cilindro infinito y placa infinita con una temperatura inicial uniforme cuando se sumergi en un ambiente de temperatura constante se detallan a continuacin (Luikov 1968):Cilindro infinito:

donde yn es la raz positiva n de

Losa Infinito:

Donde Bn es la raz positiva n de

Despus de un lapso de tiempo determinado (Fo> 0,2), los trminos de la serie infinita de la ecuacin. (1) y (3) convergen rpidamente (a la primera plazo) debido a la presencia del trmino exponencial (Heisler 1947). Por lo tanto, en la mayora de los casos, las soluciones de la serie puede ser aproximado por el primer plazo y representados de la siguiente para un cilindro infinito:

y una losa infinita:

donde Rc, Rp, S, y Sp, son funciones caractersticas del nmero de Biot definen como sigue:

Soluciones para las funciones caractersticas generalmente implican mtodos grficos o equipo de trabajo. Las formas simplificadas de las funciones caractersticas se han publicado (Ramaswamy ef d. 1.982), vlido para Fo> 0.2, y 0.02