Proyectos De Fisicoquímica

III CAMBIOS DE ENTALPIA DURANTE LA CONGELACION

El proceso de congelación de un alimento es complejo debido a la presencia de componentes muy variados que hacen disminuir el punto de congelación y a su vez hay que recordar la dependencia de la temperatura del calor latente.

La presencia de soluto hace disminuir el punto de congelación y aumenta la concentración de soluto en la parte no congelada del producto tratado.

Aunque estos cambios de entalpía pueden ser medidos por calorimetría, es necesario contar con modelos que pueden predecir las necesidades de refrigeración.

El cambio de entalpía para bajar la temperatura del producto de un valor sobre la congelación hasta un valor bajo el punto de congelación puede ser representado por:

En que :

Calor sensible para bajar la temperatura hasta el punto de congelación

calor sensible para bajar el temperatura de parte no congelada del producto hasta la temperatura de almacenamiento.

calor latente extraído

calor sensible para bajar la temperatura de la parte congelada del producto desde la temperatura de congelación hasta la temperatura de almacenamiento

Además:

donde

M: masa del producto

cp: calor específico del producto

Ti - Tf: diferencia de temperatura entre la temperatura de partida y la temperatura de la congelación

CONGELACIÓN

Se puede representar el proceso de congelación con el siguiente diagrama:

Fig. 10 Representación esquemática de los cambios de fase durante la congelación.

Y de acuerdo a este esquema se pueden plantear las siguientes ecuaciones:

Esta ecuación indica que el cambio de entalpía para sacar el calor latente es dependiente de la masa de producto que está congelada a las distintas temperaturas.

El enfriamiento de la parte congelada es

Aquí el cpf puede no ser dependiente de la temperatura si el calor específico del cielo es constante en el rango de temperaturas considerado.

Con las ecuaciones (ii), (iv) junto con las formas integradas de (iii), (v) permiten el cálculo del cambio de entalpía del proceso al introducirlas en (I), siempre que se logre información sobre las masas congeladas y no congeladas y sus cambios con la temperatura, además se debe conocer o calcular los calores específicos en función de la temperatura.

Datos sobre las fracciones congeladas y no congeladas se logran con:

Después de emplearla para calcular el punto inicial de congelación, puede utilizarse para calcular las fracciones de masa congeladas y no congeladas del producto que pueden existir a varias temperaturas bajo el punto de congelación.

Al analizar el modelo representado por la Fig. 10, se puede concluir que el solvente, agua en el caso de los alimentos, debe disminuir a medida que la concentración de soluto de la fracción no congelada aumenta.

Luego, el procedimiento de calculo seria:

a) se selecciona una temperatura bajo el punto de congelación.

b) con ésta, se calcula la fracción molar de solvente.

c) se calcula la masa de producto congelado, que puede existir a esa temperatura.

Heldman, empleando este procedimiento logró la relación entre masa no congelada y temperatura representado por la siguiente Figura:

Fig. 11 Cambios en la masa no congelada con disminución de la temperatura.

La relación entre fracción congelada del producto y temperatura seria análoga, excepto que la fraccion congelada aumenta a medida que la temperatura disminuye y puede calcularse conociendo el valor de cp:

hay que tener presente la disminución del agua en la fracción no congelada y el aumento de fracción de componentes sólidos

Con estos datos se pueden integrar las ecuaciones (iii) y (v) ya sea en forma analítica o numérica.

El mayor inconveniente que presenta el método indicado es la falta de conocimiento sobre los solutos presentes en los alimentos quo produzcan una disminución del punto de congelación. En general los alimentos presentan varios componentes que hacen bajar el punto de congelación de manera que sea casi imposible evaluar el componente que produce el mayor aporte al descenso del punto de congelación.

Si se tienen datos experimentales sobre el descenso del punto de constelación, se puede calcular una tracción molar de soluto aparente y un peso molecular efectivo que produzca ese descenso.

Este peso molecular puede emplearse para calcular las fracciones congeladas y no congeladas que pueden existir a varias temperaturas bajo el punto inicial de congelación.

Si faltan estos datos y si -no se tienen tampoco datos de los calores específicos aparentes, el cálculo es casi imposible. En la Fig. 12 se puede apreciar la contribución de c/u de las entalpías al cambio de entalpía en la refrigeración.

Fig. 12 Contribuciones relativas a las necesidades de refrigeración perra congelar helados de cremas.

De ella se puede deducir que el calor latente contribuye con el 75% del cambio total de entalpía, mientras los calores sensibles de las partes congeladas y no congeladas

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