VITEZA DE RACIRE LA REFRIGERARE. DURATA RACIRII LA REFRIGERARE

VITEZA DE RACIRE la refrigerare. DURATA RACIRII la refrigerare

In principiu, viteza de racire caracterizeaza intensitatea racirii si se defineste prin relatia:

in care dt este variatia de temperatura in intervalul de timp dt, intr-un punct din corpul racit. Avand in vedere neomegenitatea specifica produselor alimentare si faptul ca procesul de racire este unul nestationar, in diferite puncte ale produsului viteza de racire va avea valori diferite.

O estimare a intensitatii racirii se poate obtine cu ajutorul vitezei de racire globale, exprimata prin raportul dintre scaderea temperaturii medii a produsului si timpul scurs. In practica se estimeaza viteza de racire cu ajutorul timpului de injumatatire, care reprezinta timpul necesar pentru ca diferenta dintre temperatura medie produsului si temperatura mediului in care are loc refrigerarea sa scada la jumatate din valoarea initiala (fig. 6.1). Timpul de injumatatire depinde de natura, forma si marimea produsului refrigerat, precum si de procedeul de refrigerare utilizat.

Determinarea evolutiei in timp a temperaturii produsului supus refrigerarii si a timpului de refrigerare se pot realiza pornindu-se de la urmatoarele ipoteze simplificatoare:

• produsul este considerat omogen;
• la un moment dat, temperatura este aceasi in intreaga masa a produsului;
• temperatura mediului in care are loc racirea este constanta;
• exista doar transfer de caldura de la produs la mediu (nu si transfer de masa).

In aceste conditii cantitatea de caldura elementara dQ transferata mediului de racire produce variatia de temperatura dt s22, 23, 28t, adica:

unde m este masa produsului, c este caldura specifica, S este suprafata exterioara de schimb de caldura, a este coeficientul de transfer de caldura prin convectie de la produs la mediu, t este temperatura produsului, t₀ este temperatura mediului de racire, iar dt este intervalul de timp in care are loc transferul cantitatii de caldura dQ.

Considerand ca c, m, a si S sunt constante, aplicand metoda separarii variabilelor rezulta:

si apoi:

in care C este constanta de integrare; aceasta se determina punand conditia ca la inceputul perioadei de refrigerare (t = 0), temperatura produsului sa fie temperatura initiala, adica t = t_i. Rezulta astfel C = ln(t_i - t₀); inlocuind in relatia anterioara, rezulta:

si in final obtinem legea de variatie in timp a temperaturii:

Utilizand notiunea de coeficient de refrigerare , rezulta:

Se observa ca, in conformitate cu aceste relatii, temperatura pe parcursul refrigerarii variaza exponential (fig. 6.2) si scaderea de temperatura este cu atat mai rapida cu cat coeficientul de transfer de caldura prin convectie este mai mare. In tabelul 6.1 sunt prezentate unele relatii empirice pentru determinarea coeficientului de transfer de caldura prin convectie, in functie de viteza de deplasare w a agentului de racire s22, 23t.

Tabelul 6.1

Relatii pentru calculul coeficientului de transfer de caldura prin convectie

Pornind de la ecuatia de variatie a temperaturii:

rezulta

Apeland la definitia timpului de injumatatire z, punem conditia ca pentru t = z sa avem ; inlocuind timpul si diferenta de temperatura obtinem:

sau

Pentru determinarea timpului total de refrigerare se aplica integrarea intre limite:

de unde rezulta timpul de refrigerare t_r

in care t_i este temperatura initiala a produsului, iar t_f este temperatura sa finala.

Folosind metoda duratei de injumatatire s22, 23t si notand:

• Dt₁ = t_i - t_f ,
• Dt_f = t_f - t₀ ,
• 

cu notatiile din fig. 6.1 putem scrie:

Se impune conditia ca Dt_n = Dt_f , din care rezulta:

iar valoarea numarului de intervale n se rotunjeste la valoarea intreaga imediat superioara.

Durata racirii rezulta din relatia:

Daca se tine cont si de transferul de caldura prin conductie, prin masa de produs, se utilizeaza coeficientul global de schimb de caldura k, definit prin relatia:

unde

• D - dimensiunea caracteristica a produsului smt:

grosimea la produse sub forma de placi;

diametrul la produse de forma sferica;

lungimea la produse de forma cilindrica;

la carcase de carne (m - masa);

• l - conductivitatea termica a produsului sW/m·Kt.

In acest caz, coeficientul de refrigerare va fi:

Exista si relatii de calcul ale timpului de refrigerare stabilite pentru diferite forme specifice ale produsului (placa, cilindru etc.).