Właciwoci termofizyczne zamraanej ywnoci

Podobne dokumenty
Politechnika Gdańska

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

ZAMRAŻANIE PODSTAWY CZ.2

WYMIANA CIEPŁA W PROCESIE TERMICZNEGO EKSPANDOWANIA NASION PROSA W STRUMIENIU GORĄCEGO POWIETRZA

Rys1 Rys 2 1. metoda analityczna. Rys 3 Oznaczamy prdy i spadki napi jak na powyszym rysunku. Moemy zapisa: (dla wzłów A i B)

Wpływ rodzaju obróbki termicznej na zmiany tekstury marchwi

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

ZMIANY W KRZYWIZNACH KRGOSŁUPA MCZYZN I KOBIET W POZYCJI SIEDZCEJ W ZALENOCI OD TYPU POSTAWY CIAŁA WSTP

ODPORNO NA KOROZJ WIELOSKŁADNIKOWYCH STOPÓW NA OSNOWIE Al-Mg

Wpływ wielkoci truskawek na wymian masy w czasie odwadniania osmotycznego. Streszczenie:

BADANIE CIEPLNE LAMINATÓW EPOKSYDOWO-SZKLANYCH STARZONYCH W WODZIE THERMAL RESERACH OF GLASS/EPOXY LAMINATED AGING IN WATER

Materiały metalowe. Wpływ składu chemicznego na struktur i własnoci stali. Wpływ składu chemicznego na struktur stali niestopowych i niskostopowych

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

PROGNOZOWANIE WŁACIWOCI SYNTETYCZNYCH MAS FORMIERSKICH W OPARCIU O WYBRANE PARAMETRY MATERIAŁÓW FORMIERSKICH

12 Obliczanie rozkładu pola temperatury MRS OPIS WYKONYWANIA ZADA

Zasady doboru zaworów regulacyjnych przelotowych - powtórka

WPŁYW WSTPNEJ OBRÓBKI OSMOTYCZNEJ NA PRZEBIEG PROCESÓW ZAMRAANIA I ROZMRAANIA JABŁEK

ZASTOSOWANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W PROCESIE TOPNIENIA MEDIUM

Ocena kształtu wydziele grafitu w eliwie sferoidalnym metod ATD

ZMIANY BARWY SUSZONYCH BORÓWEK I MALIN ZACHODZCE PODCZAS PRZECHOWYWANIA

Kazimierz Zawilak, Marian Panasiewicz, Józef Grochowicz, Paweł Sobczak Akademia Rolnicza w Lublinie, Katedra Inynierii i Maszyn Spoywczych

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 4

( ) Pochodne. Załómy, e funkcja f jest okrelona w pewnym otoczeniu punktu x 0. Liczb

Freezing time analysis of some vegetables the variable parameters of freezing

Analiza parametrów krystalizacji eliwa chromowego w odlewach o rónych modułach krzepnicia

Materiały metalowe. Odkształcenie plastyczne i rekrystalizacja metali. Copyright by L.A. Dobrzaski, IMIiB, Gliwice

ZMĘCZENIE CIEPLNE STALIWA CHROMOWEGO I CHROMOWO-NIKLOWEGO

OKREŚLENIE TEMPERATURY I ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W STOPACH Al-Si

Mieszanie fluidalne w przemyle spoywczym

OKREŚLENIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO MASY FORMIERSKIEJ METODĄ KALORYMETRII SKANINGOWEJ

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

WPŁYW TEMPERATURY W POMIESZCZENIACH POMOCNICZYCH NA BILANS CIEPŁA W BUDYNKACH DLA BYDŁA

ANALIZA WYMIANY CIEPŁA OŻEBROWANEJ PŁYTY GRZEWCZEJ Z OTOCZENIEM

M ZASYPANIE WYKOPÓW WRAZ Z ZAGSZCZENIEM

WYKORZYSTANIE SYSTEMU Mathematica DO ROZWIĄZYWANIA ZAGADNIEŃ PRZEWODZENIA CIEPŁA

SPEKTRALNE CIEPŁO KRYSTALIZACJI ŻELIWA SZAREGO

Badania wybranych cech mechanicznych marchwi suszonej sublimacyjnie

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

Wpływ techniki rozmrażania na odwracalność zmian jakościowych w produkcie żywnościowym

Elementy pneumatyczne

Przemiany fazowe. 1 WSTP TEORETYCZNY

WYKRES 14. BEZROBOCIE W LATACH (ilo bezrobotnych)

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

WPŁYW AGLOMERACJI NA WŁACIWOCI FIZYCZNE KASZEK MLECZNO-ZBOOWYCH W PROSZKU DLA DZIECI

Wpływ warunków konwekcyjnego suszenia i sposobu przygotowania papryki na przebieg zmian chromatycznych współrzdnych barwy

WPŁYW DOBORU ZASTĘPCZEJ POJEMNOŚCI CIEPLNEJ ŻELIWA NA WYNIKI OBLICZEŃ NUMERYCZNYCH

WPŁYW GRADIENTU TEMPERATURY NA WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODZENIA CIEPŁA

Amortyzacja rodków trwałych

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

Technologia produkcji i obróbki kolb kukurydzy cukrowej

SKURCZ TERMICZNY ŻELIWA CHROMOWEGO

LABORATORIUM METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Izolacja Anteny szerokopasmowe i wskopasmowe

Przyczyny zmiany struktury kryształów kolumnowych w odlewach wykonywanych pod wpływem wymuszonej konwekcji

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

WŁACIWOCI SORPCYJNE PIECZYWA CHRUPKIEGO

Instrukcja do laboratorium z fizyki budowli.

ĆWICZENIE 4 WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEWODZENIA CIEPŁA. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika przewodzenia ciepła cieczy.

Politechnika Poznańska Metoda elementów skończonych. Projekt

PARAMETRY EUTEKTYCZNOŚCI ŻELIWA CHROMOWEGO Z DODATKAMI STOPOWYMI Ni, Mo, V i B

ENERGETYKA PRZEPŁYWÓW JONOWYCH W TEORII GRADIENTOWEJ

Agata Zgódka, Andrzej Lenart Wydział Technologii ywnoci, Katedra Inynierii ywnoci i Organizacji Produkcji SGGW, Warszawa

CHARAKTERYSTYKA ENERGETYCZNA DO PROJEKTU ARCHITEKTONICZNO BUDOWLANEGO ZAMIENNEGO

ZAMRAŻANIE PODSTAWY CZ.1

"# $ Woda jest odnawialnym ródłem energii.

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

WPŁYW TEMPERATURY I WILGOTNOŚCI NA WARTOŚĆ CIEPŁA WŁAŚCIWEGO PIECZAREK

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

SPOSÓB WYZNACZANIA MAKSYMALNEGO PRZYROSTU TEMPERATURY W PROCESIE TARCIA METALI

Fizyka jądrowa poziom podstawowy

Wysza twardo to wzrost czasu uytkowania narzdzia

Poliurethane foams properties, applications, recycling

CYKL POWIETRZNY W BILANSIE PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO

WYKORZYSTANIE IMPULSOWEJ METODY FLASH DO OKREŚLANIA DYFUZYJNOŚCI CIEPLNEJ INDUKCYJNIE NAGRZEWANYCH PRÓBEK WSADU

Wpływ geometrii elementów roboczych ekstrudera na energochłonno i jako otrzymywanego produktu

RUCH WODY I SUBSTANCJI ROZPUSZCZONYCH W JABŁKACH ODWADNIANYCH OSMOTYCZNIE

Politechnika Gdańska

Prognozowanie udziału grafitu i cementytu oraz twardoci na przekroju walca eliwnego na podstawie szybkoci krzepnicia

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ ZIEMNIAKÓW NA PRĘDKOŚĆ PROPAGACJI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH

KONKURENCJA DOSKONA!A

WPŁYW CZASU PRZECHOWYWANIA NA WŁACIWOCI FIZYCZNE I STABILNO KAKAO Z DODATKIEM KWASU L-ASKORBINOWEGO

Rezonans szeregowy (E 4)

POLITECHNIKA GDAŃSKA

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA. Poszukiwanie optymalnej średnicy rurociągu oraz grubości izolacji

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W MODELOWANIU WYMIANY CIEPŁA W PRZEGRODZIE BUDOWLANEJ WYKONANEJ Z PUSTAKÓW STYROPIANOWYCH

POBÓR MOCY MASZYN I URZDZE ODLEWNICZYCH

WPŁYW ODZYSKU CIEPŁA NA DZIAŁANIE URZĄDZENIA CHŁODNICZEGO

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

ZALEŻNOŚĆ WSPÓŁCZYNNIKA DYFUZJI WODY W KOSTKACH MARCHWI OD TEMPERATURY POWIETRZA SUSZĄCEGO

Moc mieszadła cyrkulacyjnego W warniku cukrowniczym * Streszczenie:

BADANIE WPŁYWU DODATKU ZMIENNOFAZOWEGO NA WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE WYBRANEGO MATERIAŁU BUDOWLANEGO

Wymiana ciepła w wymiennikach. wykład wymienniki ciepła

Mgr inż. Marta DROSIŃSKA Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa

MIESZANINY NEONOWE W NURKOWANIU SATUROWANYM Cz.II MIESZANINY TLEN-NEON-75. NEOX-75 1

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ I DODATKÓW GAZOWYCH NA WŁASNOŚCI FIZYCZNE MIESZANIN ODDECHOWYCH

Techniki Niskotemperaturowe w Medycynie. Skraplarka Claude a i skraplarka Heylandta (budowa, działanie, bilans cieplny, charakterystyka techniczna).

Transkrypt:

Roman Niesteruk, Sławomir Obidziski Katedra Maszyn i Przemysłu Spoywczego Politechnika Białostocka Właciwoci termofizyczne zamraanej ywnoci Streszczenie W pracy przedstawiono zmiany ciepła właciwego, entalpii, współczynnika przewodzenia ciepła, dyfuzyjnoci cieplnej oraz gstoci produktów spoywczych podczas zamraania. Zmiany właciwoci termofizycznych s wynikiem przemiany fazowej wody w lód. Słowa kluczowe: ciepło właciwe, entalpia, współczynnik przewodzenia ciepła, współczynnik wyrównywania temperatury, gsto. Wprowadzenie Wielko obcienia cieplnego podczas procesu chłodzenia i zamraania jest wan pozycj w bilansie cieplnym układu chłodniczego, niekiedy przekraczajc wielokrotnie pozostałe jego pozycje. Prawidłowa realizacja tych procesów jest take jednym z podstawowych warunków gwarantujcych odpowiedni jako produktu [Kluza 1996]. ywno jest układem biologicznym, wielofazowym o właciwociach zmiennych w czasie. Taki charakter układu ma wpływ na jego właciwoci termofizyczne: ciepło właciwe, entalpi, współczynnik przewodzenia ciepła, współczynnik wyrównywania temperatury i gsto. Zale one temperatury, wilgotnoci, porowatoci, kierunku ułoenia komórek wzgldem strumienia ciepła. W trakcie przetwórstwa, w ywnoci zachodz ponadto przemiany fazowe wody i tłuszczów, denaturacja i koagulacja białek, majce take wpływ na właciwoci termofizyczne. Ciepło właciwe Ciepło właciwe podlega prawu addytywnoci i mona je, przy uwzgldnieniu udziałów masowych piciu podstawowych składników ywnoci: wody (x w ),wglowodanów (x c ), białek (x p ), tłuszczu (x f ) i popiołu (x a ), obliczy z równania [Okos 1986]: c = 4187 x + 1424x + 1549x + 1675x + 837x (1) w c Poniej pocztkowej temperatury krioskopowej ekwiwalentne ciepło właciwe moe by obliczane [Pham 1996, Rahman 1995] np. z równania Schwartzberga: x ( ) = + + nw xnw tw tcr c f c xw 1 lw cw + cl (2) 2 xsr xsr tw t lub z jego modyfikacji [Rahman 1995, Succar, Hayakawa 1983]. gdzie: x nw,x sr,x wz udziały masowe, odpowiednio: wody niewymroonej, substancji suchej, wody wymroonej, l w ciepło przemiany fazowej wody, t w - temperatura zamarzania wody, t cr temperatura krioskopowa, c w ciepło właciwe wody, c l ciepło właciwe lodu. p f a 225

Zmiany ciepła właciwego (wartoci ekwiwalentnej) zamraanej ywnoci, na przykładzie wołowiny, ilustruje rys.1 [Riedel 1956]. Rys. 1. Ciepło właciwe zamraanej wołowiny [Riedel 1956] Fig. 1. Changes in specific heat of frozen beef [Riedel 1956] Warto ciepła właciwego zamroonego misa dla temperatury około -30 0 C wynosi ok. 2,0 kj/kg 0 C. Przemiana fazowa powoduje ponad 40 krotny (do ok. 150 kj/kg 0 C) wzrost wartoci ciepła właciwego. Zaleno ciepła właciwego od temperatury osiga maksimum. Maksimum jest tym wiksze, i znajduje si w temperaturze bliszej 0 0 C, im wiksza wilgotno produktu. Natomiast produkty o małej wilgotnoci, np. wołowina od 17,4 do 0%, maj liniowy przebieg zalenoci temperaturowej ciepła właciwego. Pozostajca w misie woda jest wod zwizan strukturalnie, niewymraajc si [Riedel 1956] nawet w bardzo niskiej temperaturze. Entalpia Przy sporzdzaniu bilansu cieplnego najczciej bierze si pod uwag rónic entalpii. Poniej pocztkowej temperatury krioskopowej entalpia produktu jest funkcj: temperatury, iloci wody wymroonej i wody niezamarzajcej. Równanie Schwartzberga entalpii produktów spoywczych ma [Succar, Hayakawa 1983] posta:

( x bx ) w s lw tcrw tcr h f = ( t t ff ) c ff + (3) tcrw t ff tcrw t gdzie: c ff i t ff ciepło właciwe i temperatura produktu całkowicie zamroonego, b ilo wody nie wymraajcej si, t cr i t crw - temperatura krioskopowa produktu i wody. Rys. 2. Entalpia produktów spoywczych [Pham 1996] Fig. 2. Enthalpy of foodstuff [Pham 1996] Entalpi zamraanych produktów spoywczych: owocu kiwi -1,szynki 2, kurka 3, substancji Tylose 4, sera mozzarella 5, masła pokazano na rys. 2. W przedziale temperatury: -40 0 C -10 0 C funkcja h=h(t) ma charakter liniowy. Przemiana fazowa wody (od ok. -5 0 C do t cr ) przyczynia si do szybkiego wzrostu entalpii. Wiksza wilgotno produktu prowadzi do wikszych przyrostów entalpii w temperaturach jego zamraania (rys. 2). Ponadto temperatura odpowiadajca maksimum wartoci entalpii jest tym blisza 0 0 C, im produkt zawiera wicej wody i mniej tłuszczu (przebiegi 1 i 6). Współczynnik przewodzenia ciepła Współczynnik przewodzenia ciepła produktów spoywczych jest cile zwizany z ich struktur wewntrzn. Współczynnik przewodzenia ciepła wieloskładnikowych produktach spoywczych o ułoeniu składników równolegle do kierunku strumienia ciepła mona zapisa w postaci: = w w + l l + p p + + c c + b b + f f (4) natomiast przy prostopadłym do warstw składników kierunku strumienia ciepła:

1 ε w ε ε l p ε ε c ε b f = + + + + + λ λ λ λ λ λ λ w l gdzie: udziały masowe poszczególnych składników produktu. p c b f (5) Model Maxwella Euckena [Tocci, Flores, Mascheroni 1997] opisuje przewodno ciepln produktu składajcego si z kulistych czstek jednej substancji rozproszonej w drugiej substancji, o charakterze fazy cigłej. W stałych produktach spoywczych o duej zawartoci wody i powyej temperatury krioskopowej, za faz cigł uwaa si wod, za faz rozproszon stanowi pozostałe składniki. Rys. 3. Współczynnik przewodzenia misa jagnicego [Pham, Willix 1996] Fig. 3. Conduction coefficient of lamb [Pham, Willix 1996] Podczas zamraania, za faz cigł przyjmuje si zazwyczaj frakcj lodow a faz rozproszon jest niewymroona woda z rozproszonymi w niej pozostałymi składnikami produktu. Zmian współczynnika przewodzenia ciepła podczas zamraania misa jagnicego pokazano na rys. 3 [Pham, Willix 1989]. Proces zamroenia powoduje ponad 3 krotne zwikszenie współczynnika przewodzenia ciepła; od 0,50 W/m 0 C dla temperatury 0 0 C do około 1,7 W/m 0 C dla 40 0 C. Równoległy ( ) do włókien misa zamroonego przepływ ciepła (rys. 3) daje wysze wartoci współczynnika przewodzenia ciepła ni przy przepływie prostopadłym (). Wiksza przewodno ciepła w kierunku równoległym zwizana jest z faktem, e kryształy lodu maj tendencj do formowania kształtów igiełkowatych, cigncych si równolegle do włókien, tworzcych tym samym lepsze warunki dla przepływu ciepła. Gsto Gsto zamroonego produktu spoywczego uwzgldnia udziały masowe wody, lodu, substancji suchej i gstoci kadego z tych komponentów:

mw ml ms + + 1 ρ w ρl ρ s = (6) ρ m Najwikszy przyrost gstoci obserwuje si [Okos 1986] od około 5 0 C do 0 0 C, a wic podczas zachodzcej przemiany fazowej wody. Gsto mroonych produktów misnych oblicza si ze wzoru [Pham, Willix 1989]: 1053 ρ = (7) 1 xw 0,98221+ 0,113 xw + 0,257 t Współczynnik wyrównywania temperatury (dyfuzyjno cieplna) Przemiana fazowa wody jest take przyczyn bardzo szybkiego spadku wartoci współczynnika wyrównywania temperatury (rys. 4), od ok. 8 10-7 m 2 /s do ok. 0,2 10-7 m 2 /s, dla przedziału temperatury 40 0 C 0 0 C. W zakresie temperatury intensywnego wymraania wody wystpuje minimum funkcji a=a(t), przy czym odpowiada ono maksymalnym wartociom ciepła właciwego. Koniec przemiany zaznacza si skokowym przyrostem (do 1,0 1,5 10-7 m 2 /s) dyfuzyjnoci cieplnej produktu spoywczego. Podsumowanie i wnioski Zachodzca w procesie zamraania przemiana fazowa wody w lód, przyczynia si do duych zmian właciwoci termofizycznych ywnoci. Ciepło właciwe produktów spoywczych o wilgotnoci np. 75 80 % wynosi ok. 3,7 kj/kg K, w temperaturze wyszej ni krioskopowa. Obnienie temperatury i zachodzca przemiana fazowa wody w lód powoduj bardzo szybki wzrost, np. do 150 kj/kg 0 C, wartoci ekwiwalentnego ciepła właciwego. Usunicie z produktu czci wody powoduje obnienie pocztkowej temperatury krioskopowej produktu. Entalpia zmniejsza si od ok. 350 kj/kg do 0 kj/kg w 40 0 C (temperatur odniesienia). Przemiana fazowa wody powoduje wzrost od ok. 0,5 W/m 0 C do ok. 1,70 W/m 0 C współczynnika przewodzenia ciepła. W temperaturze bliskiej krioskopowej współczynnik wyrównywania temperatury produktu osiga swoje minimum, ok. 0,2 10 7 m 2 /s, a nastpnie jego warto wzrasta do około 1,0 10 7 m 2 /s, dla temperatury 40 0 C. Gsto produktu spoywczego podczas zamraania, w porównaniu z innymi właciwociami termofizycznymi, zmienia si nieznacznie, np. gsto niezamroonej truskawki równa si około 1040 kg/m 3. W temperaturze 40 0 C jej gsto obnia si do 940 kg/m 3.

Rys. 4. Współczynnik wyrównywania temperatury wołowiny [Rahman 1995] Fig. 4. Temperature equalizing coefficient of beef [Rahman 1995] Bibliografia Kluza F.: Przebieg chłodzenia i zamraania materiałów biologicznych uformowanych w kształt prostopadłocienny charakteryzowany wybranymi modelami predykcji. Chłodnictwo, tom XXXI, 1996, nr 12, 33 35. Okos M.R., red.: Physical and Chemical Properties of Food. ASAE Publications 09 86., St. Joseph,USA. Pham P.Q., Willix J.: Thermal Conductivity of Fresh Lamb Meat, Offals and Fat in the Range 40 to + 30 0 C: Measurements and Correlations. Journal of Food Science Volume 54, No. 3, 1989. Pham P.Q.: Prediction of Calorimetric Properties of Freezing Time of Foods from Composition Data. Journal of Food Engineering, 30 ( 1996 ), 95 107. Rahman S.: Food Properties Handbook. CRC Press, Boca Raton, New York, London, Tokyo, 1995. Riedel L.: Kalorimetrische Untersuchungen über das Gefrieren von Fleisch. Kältetechnik.8.Jahrgang.Heft 12/1956, 374 377. Tocci A.M., Flores E.S.E., Mascheroni R.H & F.: Enthalpy, Heat Capacity and Thermal conductivity of Boneles Mutton between 40 and + 40 0 C. Lebensmittel Wissenschaft und Technology, 30 (1997), 184-191. Succar J., Hayakawa K i.: Empirical Formulae for Predicting Thermal Physical Properties of Food at Freezing or Defrosting Temparatures. Lebensmittel Wissenschaft und Technology, 16(1983), 326 331.

Thermo-physical properties of frozen food Summary The work presents changes observed in specific heat, enthalpy, conduction coefficient, thermal diffusivity, and density of foodstuff while freezing. Changes in thermo-physical properties result from phase transition of water into ice. Keywords: specific heat, enthalpy, conduction coefficient, temperature equalizing coefficient, density