Tema1_part2 (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencia y Tecnología de los Alimentos - 3º curso
Asignatura Mètodes de Processament d'Aliments II
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 22/03/2016
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4 BLOQUE 1: TEMA 1 2. Procedimientos de producción de fríofrío- generación del foco frío.
Foto Como observamos en la foto hay varios procedimientos de producción de frío: - Basados en medios químicos, principalmente son substancias que cuando se disuelven absorben calor.
- Basados en medios físicos que se basan en el cambio de estado, en expansión y otros efectos especiales.
Las que nos interesan son principalmente los basados en medios físicos como cambios de estado por fusión (paso de hielo a líquido), por sublimación (solido pasa a vapor directamente, normalmente nos referiremos al CO2 sólido), o por cambios en vaporización (líquido que pasa a vapor, los ejemplos más habituales son el nitrógeno i el CO2 líquido que en su cambio de estado absorben el calor i enfrían el alimento). Dentro de vaporización tenemos también la utilización de fluidos condensables que son los que dan lugar a los métodos mecánicos de compresión compresión (frío mecánico).
2.1.
Generación del foco de frio: FRIO MECANICO: MECANICO un sistema de frio mecánico es un SISTEMA CERRADO que extrae calor del alimento o de un recinto aislado térmicamente (como una cámara frigorífica) y lo transfiere a otra parte del sistema donde lo disipa –un sistema cerrado se diferencia de un sistema aislado por que el cerrado solo está 5 BLOQUE 1: TEMA 1 bloqueado el paso de materia. En el aislado está bloqueado el paso de materia, energía y de trabajo, es decir no hay expansiones de volumen ni nada asociado al trabajo o energía–. Esquema de generación de frío mecánico: Foto: Esquema frio mecánico Tenemos el alimento, el equipo de frío actúa como bomba de calor que extrae calor del alimento y lo disipa a un sumidero de calor este puede ser agua o aire. El sumidero de calor es un fluido que capta el calor disipado, normalmente se utiliza aire.
Los componentes principales en la producción de frio mecánico son: evaporador, evaporador compresor, compresor condenador, condenador válvula de expansión y tanque de almacenamiento de refrigerante (que tiene una función reguladora). Como observamos el sistema está divido en dos zonas: una de baja presión y una de alta presión, la línea divisoria imaginaria de separación estaría establecida entre el compresor y la válvula de expansión; como tenemos 2 zonas de presión es lógico que cuando aumentamos la presión en el compresor se establezca una presión alta y esa presión se libera en una válvula de expansión y eso encierra en el lado de la derecha un circuito de alta presión y en el otro lado un circuito de baja presión.
En cuanto el evaporador, es un serpentín de acero inoxidable por donde circula el líquido refrigerante este líquido tiene una propiedad importante a presión atm hierve a Tº muy bajas. Este refrigerante circula dentro del evaporador el cual está dentro de una cámara aislada. El evaporador se encuentra en contacto con el alimento el cual le cederá calor; el calor que cede el alimento (foco caliente) hierva ya es suficiente para que el líquido refrigerante (foco frio): el líquido cambia de estado y el alimento absorbe todo el calor latente, es decir, el calor latente del cambio de estado del refrigerante nos permite 6 BLOQUE 1: TEMA 1 extraer calor sensible del alimento que irá bajando su Tº. En definitiva, el frio frio se genera en el evaporador.
Una vez que el líquido refrigerante se ha evaporado hay que volver a tenerlo en condiciones de volver a entrar para seguir sustrayendo calor ya que hay que extraer calor de forma continua esto se consigue gracias al resto del sistema: con el compresor aplicando trabajo mecánico aumentamos la presión y la Tº del vapor (esto ayuda a que el proceso termodinámicamente se pueda mantener, si la Tº es más elevada en el exterior el trabajo mecánico tendrá que ser mayor), este vapor a Tº y presión elevada entra en el condensador que está en contacto indirecto (a través de otro serpentín) con aire (hablamos del sumidero de calor) el cual va a refrigerar ese vapor al pasar por el serpentín, de manera que el vapor se va a enfriar y va a condensar, una vez el fluido esta condensado pasa a la válvula de expansión que va a liberar la presión de golpe y al liberar la presión el líquido ya está en condiciones de poderse volver a evaporar regeneración de las condiciones para volver a producir frio de manera cte.
Importante: el calor que sustraemos del alimento lo transportamos al exterior (bomba de calor). El calor que sustraemos del alimento + el trabajo mecánico que se aplica en el compresor, debe ser igual al calor que se disipa al al exterior Q1 + W= Q2 Foto Diagrama de fases del agua: si un fluido (agua) lo queremos para de la Tº1 a la Tº2 aplicamos calor sensible luego calor latente y luego calor sensible hasta llegar a la Tº deseada.
Foto: diagrama entalpico Diagrama entálpico: la campana que se observa en el diagrama separa la superficie de la figura en 3 partes: liquido (L), vapor (V) y mezcla de líquido+vapor (L+V). Todo lo que está debajo de la campana es una mezcla de líquido y vapor. A una presión determinada tenemos agua, por ejemplo, en las condiciones a si aplicamos calor se producirá una desplazamiento hacia la 7 BLOQUE 1: TEMA 1 derecha hasta que llegamos a b vamos ganando Tº y por lo tanto entalpia hasta que llegamos a b el cual está sobre la línea que delimita la campana del diagrama que se denomina línea de líquido saturado, saturado es decir si aplicamos más calor, el líquido empieza a vaporizar hasta llegar al punto d (línea de vapor saturado) donde por más calor que aplicamos ya no podremos generar más vapor a partir del agua que teníamos. Si seguimos aplicando más calor lo único que pasara es que ese vapor aumentara su Tº (vapor recalentado o sobrecalentado).
A grandes rasgos, y salvando la distancias, la campana de este diagrama vendría a ser un zoom de la línea de separación del diagrama de fases en la que se puede visualizar los cambios de vaporización.
Si estamos en el punto medio de la línea horizontal habrá un 50% de líquido y vapor según nos vayamos desplazando para un lado o para otro este % cambiara, para saber en todo momento qué % hay de L y V aplicamos la Ley de la palanca para un hipotético punto “b”: %L · distancia X1= %V · distancia X2.
Ciclo de producción de frío mecánico (en base a los diagramas entálpicos) 4Teniendo amoniaco como líquido refrigerante: al inicio el Foto: curva en el evaporador Evaporador amoniaco esta líquido y tiene una entalpia H0, una presión de 1 atm y T de -33ºC El punto de la izquierda representa el punto de ebullición del amoniaco a 1 atm (-33ºC). El calor del alimento nos permite avanzar en la figura aumentando la entalpia pero sin cambio de Tº (como vemos a la salida (punto B) seguimos a -33 ya que se está produciendo un cambio de estado pasamos de líquido a vapor, intercambio de calor latente) por lo que en este tipo de equipos la refrigeración que se produce es por calor latente del fluido refrigerante. Una vez llegamos al punto B el amoniaco esta en forma de vapor (línea de vapor saturado) seguimos a 1 atm y a -33ºC des de aquí pasamos a la siguiente etapa que es la del compresor: tenemos 1 atm, -33ºC y entalpia H2 y pasaremos al punto C donde la Foto: curva en el compresor 8 BLOQUE 1: TEMA 1 entalpia es H3; como en el compresor aplicamos trabajo mecánico, la Tº aumentara por lo que aumentara la entalpia y también la presión, como resultado llegamos al punto C. –Importante el proceso de refrigeración es mediante calor latente del líquido refrigerante pero el alimento baja su Tº y está intercambiando calor sensible–.
Foto: curva en el condensador Como se observa en la figura, en el punto C tenemos una presión de 15 atm, Tº de más de 39ºC y el fluido en forma de vapor (aún no ha habido cambio de estado, hay vapor sobrecalentado a alta P y Tº). En estas condiciones en el condensador el vapor empezara a pasar por el serpentín y disipará calor al exterior (representado en la figura con la flecha que entra a 12ºC y que sale a 16ºC) calor del sistema y lo disipamos extraemos en el aire, consecuentemente el vapor empezara a disminuir su Tº hasta que llegue a la curva donde habrá cambio de estado empezará a condensar y seguirá condensado hasta que llegue al punto D (línea de líquido saturado) y esté todo saturado pasamos de 15 atm y >39ºC a 15 atm y 18ºC, es decir la P se ha mantenido cte. pero la Tº ha bajado (ha habido intercambio de calor latente) y como consecuencia tenemos 18ºC en el líquido.
Foto: curva en la válvula de expansión La válvula de expansión libera el líquido que está a P=15atm y Tº=18 y lo va a dejar pasar a 1 atm bajada brusca de presión (punto A) donde hay una mezcla de líquido y vapor (este vapor, que antes no estaba, se tiene que vaporizar cogiendo calor del propio líquido refrigerante). La bajada de presión implica una vaporización parcial con disminución de la Tº para poder producir esa vaporización parcial, con lo cual llegamos a 1 atm i -33ºC (que eran las condiciones iniciales, hemos vuelto a la entalpia 1 entalpia 4 y 1 son la misma; esto es un proceso isoentálpico) y en vez de tener solo líquido tendremos una mezcla de líquido y vapor que con la regla de la palanca podríamos calcular.
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