PROPRIETATI TERMO-FIZICE ALE PRODUSELOR ALIMENTARE

PROPRIETATI TERMO-FIZICE ALE PRODUSELOR ALIMENTARE

Pentru calculul necesarului de frig si stabilirea parametrilor tehnologici ai proceselor de racire trebuie cunoscute proprietatile termo-fizice ale produselor alimentare. Principalele proprietati termo-fizice avute in vedere sunt:

• caldura specifica;
• caldura latenta de solidificare;
• entalpia specifica;
• conductivitatea termica;
• difuzivitatea termica.

1. Caldura specifica

Dupa cum s-a mentionat anterior (vezi cap. 1), caldura specifica reprezinta cantitatea de caldura necesara pentru a modifica cu un grad temperatura unui kilogram de produs, fara modificarea starii de agregare, fiind exprimata in J/kg·K sau in Kcal/ kg·K. Cunoasterea caldurii specifice este necesara pentru efectuarea calculelor referitoare la necesarul de frig pentru refrigerare.

Atunci cand un produs alimentar este format din mai multi componenti, caldura specifica a acestuia se determina cu relatia:

unde m_i este participatia masica a componentului i, iar c_pi este caldura specifica a componentului respectiv.

Caldura specifica depinde de temperatura produsului; in tabelul 5.1 sunt date caldurile specifice ale unor produse alimentare, pentru diferite temperaturi.

Tabelul 5.1.

Calduri specifice ale unor produse alimentare skJ/kg·Kt

Pentru calcule, la temperaturi peste 0⁰C caldura specifica se va determina cu relatiile:

• - pentru produse de origine animala,
• - pentru produse de origine vegetala,

in care m_a este participatia masica a apei skg/kg produst, m_us este continutul de substante uscate skg/kg produst, iar  m_g este continutul de grasimi skg/kg produst.

Caldura specifica poate fi calculata si cu ajutorul unor formule empirice; de exemplu, pentru carnea de vita de calitate superioara, caldura specifica se determina cu relatia:

in care u este continutul de apa s%t.

2. Caldura latenta de solidificare

Reprezinta  cantitatea de caldura ce trebuie extrasa dintr-un kilogram de produs pentru ca acesta sa se solidifice; se exprima in J/kg sau kcal/kg.

Cunoasterea caldurii latente de solidificare este necesara pentru efectuarea calculelor referitoare la necesarul de frig pentru congelare.

Pentru produsele care nu contin grasimi, caldura latenta de solificare este proportionala cu participatia masica a apei:

in care 335 kJ/kg este caldura latenta de solidificare a apei, iar m_a repezinta participatia masica a apei skg apa/kg produst.

In tabelul 5.2 sunt prezentate caldurile latente de solificare pentru unele produse alimentare.

Tabelul 5.2

Calduri latente de solificare pentru unele produse alimentare skJ/kgt

3. Entalpia specifica

Entalpia specifica sau "continutul de caldura" se utilizeaza in calculul necesarului de frig pentru refrigerarea sau congelarea produselor alimentare; se prefera utilizarea acestei marimi in locul caldurii specifice si a caldurii latente de solidificare deoarece de multe ori acestea din urma sunt greu de evaluat. Se masoara in J/kg sau kcal/kg.

Cunoscand entalpia specifica a unui produs alimentar, necesarul de frig pentru racirea acestuia de la temperatura initiala t₁ pana la temperatura finala t₂ se determina cu relatia:

unde i₁ si i₂ sunt entalpiile specifice corespunzatoare temperaturilor t₁ si respectiv t₂.

Pentru un produs format din mai multe componente, cantitatea de caldura ce trebuie extrasa dintr-un kilogram de produs (variatia de entalpie) pentru ca temperatura acestuia sa scada de la t₁ la t₂ este:

in care unde m_i este participatia masica a componentului i, iar Di_i este variatia de entalpie a componentului la racirea de la temperatura t₁ pana la temperatura t₂.

In cazul cel mai general in care racirea are loc cu schimbarea starii de agregare, variatia de entalpie  Di_i se poate determina prin calcul, folosind relatia:

unde

• c_pi1 - caldura specifica a componentului i, corespunzatoare intervalului de temperatura cuprins intre temperatura initiala t₁ si temperatura de solidificare t_s;
• l_i - caldura latenta de solidificare a componentului respectiv;
• c_pi1 - caldura specifica a componentului i, corespunzatoare intervalului de temperatura cuprins intre temperatura de solidificare t_s si temperatura finala t₂.

Entalpiile specifice ale unor produse alimentare, in functie de temperatura sunt prezentate in tabelul 5.3.

4. Conductivitatea termica

Reprezinta cantitatea de caldura ce trece prin unitatea de suprafata, in unitatea de timp, la o diferenta de temperatura de 1⁰C si o distanta de 1 m intre cele doua suprafete; se masoara in W/m·grd si caracterizeaza modul de transmitere prin conductie a caldurii prin produsul alimentar supus racirii. Conductivitatea termica a produselor alimentare creste odata cu cresterea continutului de apa (fig. 5.1).

Tabelul 5.3

Entalpii specifice pentru unele produse alimentare skJ/kgt

Se pot utiliza si formule empirice pentru determinare conductivitatii termice; de exemplu, pentru carne de vita de calitate  superioara se utilizeaza relatia:

In tabelul 5.4 este prezentata conductivitatea termica pentru unele tipuri de carne, in functie de temperatura.

Tabelul 5.4

Conductivitatea termica a carnii de porc si de vita sW/m·Kt

5. Difuzivitatea termica

Este o masura a inertiei termice a produselor; se determina cu ajutorul relatiei:

in care r este densitatea skg/m³t.

Difuzivitatea termica depinde de continutul de apa si grasimi, porozitate etc. (fig. 5.2, 5.3).