UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE INDUSTRIAS

ALIMENTARIAS

REFRIGERANCIÓN Y CONGELACIÓN DE LOS ALIMENTOS

“CÁLCULO Y SIMULACIÓN DE CURVA Y TIEMPO DE

CONGELACIÓN: SIMULACIÓN ALTERNATIVA”

ALUMNOS:

 CAHUAYA MAMANI, NIVIA ELSA

 HUAMANI HUACCHA JULIO CESAR
 MAMANI QUISPE ANA LUZ
 PUGA COLQUE KELLY SANDRA
 ROJAS RUELAS ELISBAN GUSTAVO

AREQUIPA – PERU
2020
PRACTICA 4

CÁLCULO Y SIMULACIÓN DE CURVA Y TIEMPO DE CONGELACIÓN:

SIMULACIÓN ALTERNATIVA

I. OBJETIVO:

 Calcular el tiempo de congelación de un alimento utilizando modelo

teórico
 Simular tiempo de congelación utilizando el simulador del profesor Paul
Singh
 Correlacionar los resultados obtenidos
II. MARCO TEÓRICO

Velocidad de congelación.

La calidad de los alimentos congelados se encuentra influenciada por la

velocidad con que se produce la congelación. Diversas características de calidad
están relacionadas con el tamaño de los cristales el cual es una consecuencia de
la velocidad con que se produce la congelación. El principal efecto de la
congelación sobre la calidad de los alimentos es el daño que ocasiona en las
células el crecimiento de los cristales de hielo. La congelación prácticamente no
provoca afectaciones desde el punto de vista nutritivo.

La resistencia de diversos tejidos animales y vegetales a la congelación es muy

diversa. Así, las frutas y los vegetales, por ejemplo, presentan una estructura
muy rígida por lo que la formación de los cristales de hielo puede afectarlos con
mayor facilidad que a las carnes.

La congelación de los tejidos se inicia por la cristalización del agua en los

espacios extracelulares puesto que la concentración de solutos es menor que
en los espacios intracelulares.

Cuando la congelación es lenta la cristalización extracelular aumenta la

concentración local de solutos lo que provoca, por ósmosis, la deshidratación
progresiva de las células. En esta situación se formarán grandes cristales de
hielo aumentando los espacios extracelulares, mientras que las células
plasmolizadas disminuyen considerablemente su volumen. Este desplazamiento
del agua y la acción mecánica de los cristales de hielo sobre las paredes
celulares provocan afectaciones en la textura y dan lugar a la aparición de
exudados durante la descongelación.
Cuando la congelación es rápida, la cristalización se produce casi
simultáneamente en los espacios extracelulares e intracelulares. El
desplazamiento del agua es pequeño, produciéndose un gran número de
cristales pequeños. Por todo ello las afectaciones sobre el producto resultarán
considerablemente menores en comparación con la congelación lenta. No
obstante, velocidades de congelación muy elevadas pueden provocar en
algunos alimentos, tensiones internas que pueden causar el agrietamiento o
rotura de sus tejidos.Existen diversas maneras de definir la velocidad de
congelación, siendo estas: el tiempo característico de congelación, el tiempo
nominal de congelación y la velocidad media de congelación.

III. INSTRUCCIONES

 Realice en clase con ayuda de su asesor un cálculo teórico de tiempo de

congelación
 Introducción al sistema de simulación
o Ingrese al programa de simulación del profesor Paul Singh
 http://rpaulsingh.com/learning/virtual/virtual.html
 En la pestaña derecha “virtual experiments in food
processing” de click en “food freezing”.
o Leer Overview de la simulación (introducción)
o Hacer un resumen de los sistemas industriales mostrados en
la página “Industrial Systems”
o En el experimento virtual se muestra un ejemplo de congelación de
alimentos para tamaños cilíndricos, tal como se muestra en la
pestaña: “Procedures”.
El experimento tiene las siguientes variables

 Variables independientes: dimensiones del

cilindro, temperaturas, temperatura de aire, y
velocidad de aire.
 Se pueden hacer simulaciones para agua pura, y papa

 Análisis
o Este experimento implicó obtener un tiempo de congelación para
permitir que la temperatura central alcance -18 o -20 ° C.
Además, se obtuvieron datos de temperatura y tiempo para cada
ensayo. A partir de los datos guardados en la hoja de cálculo,
utilice los siguientes pasos para analizar los datos:

1)Grafique los datos de temperatura en función del tiempo para

congelar la muestra dada, agua o papa, para condiciones de
operación similares del diámetro del producto, temperatura de aire
 y velocidad del aire. Identifique las regiones de la curva que
representan la eliminación de calor sensible y latente. Observe
cualquier diferencia en las curvas para papa y agua.
2)Realice un diseño experimental. Investigue la influencia del
tamaño del producto, la temperatura del aire y la velocidad del aire
sobre el tiempo de congelación para agua y papa. Realice cuantas
pruebas sea necesario para obtener claridad en la obtención de
resultados. Realice curvas para mostrar sus resultados.

 Con un cálculo manual, valido alguno de los puntos de la simulación,

utilizando el procedimiento de cálculo manual realizado en clase
(utilice el modelo de transferencia de calor para cilindro)
 Finalmente investigue las páginas web en la pestaña “Online Resources”.
Muestre un resumen
del contenido de esas páginas.

IV. INFORME

Resumen de los sistemas industriales mostrados en la página “Industrial Systems”

Congelador de contacto directo

El producto se congela por contacto

directo con el medio de congelación.
Por ejemplo, un paquete de alimentos
en contacto con el aire a una
temperatura bajo cero

Fuente: (Singh P., 2013)

1. Congelador sin contacto

Una placa con alta conductividad

térmica separa los alimentos del
refrigerante

Fuente: (Singh P., 2013)

2. Congelador de placas

El producto se coloca primero en

placas y luego se bajan para
establecer un buen contacto entre
las placas y el producto. El
refrigerante líquido fluye dentro de
las placas. El refrigerante crea y
extrae calor del producto.

Fuente: (Singh P., 2013)

3. Congelador de cama fludizada

El producto se levanta de la correa

por aire a una temperatura de
congelación

Fuente: (Singh P., 2013)

4. Sistemas de congelación criogénica

En estos congeladores, los alimentos

se sumergen en un criógeno líquido.

Fuente: (Singh P., 2013)

 5. Congelador en espiral

En un congelador en espiral, el
producto se transporta en una
correa en espiral.

Fuente: (Singh P., 2013)

6. Congelador de impacto de aire

En un congelador de impacto, se
utilizan chorros de alta velocidad
para congelar alimentos.

Fuente: (Singh P., 2013)

 Diseño experimental curvas de congelación Temperatura del aire (-42 °C)

Temperatura del aire (-38 °C)

Velocidad del aire

(1m/s) Temperatura del aire (-33 °C)

Temperatura del aire (-29 °C)

Dimensión (D:10 – Temperatura del aire (-24 °C)

L:20)

Velocidad de aire (3 m/s)

Temperatura aire (- Velocidad de aire (5 m/s)

30 °C)
Velocidad de aire (6 m/s)

Velocidad de aire (8 m/s)

Temperatura inicial
Velocidad de aire (10 m/s)
del producto (20°C)

Diámetro (14 mm)

 Diámetro (18 mm)

Temperatura aire (- Velocidad del aire Diámetro (22 mm)

30 °C) (1m/s)

Diámetro (26 mm)

Temperatura inicial del producto (24 °C)

Diámetro (30 mm)

Temperatura inicial del producto (20 °C)

Dimensión Temperatura Velocidad del Temperatura inicial del producto (16 °C)
(D:10 – L:20) aire (-30 °C) aire (1m/s)
Temperatura inicial del producto (12 °C)

Temperatura inicial del producto (8 °C)

V. EXPERIMENTO VIRTUAL
1. RECORDEMOS:
El experimento tiene las siguientes variables
 Variables independientes
- Dimensiones de cilindro
- Temperatura inicial del producto
- Temperatura del aire
- Velocidad del aire
 Variables dependientes
- Tiempo de congelación

2. MUESTRA: PAPA
 SE TRABAJO CON LOS SIGUIENTES DATOS
Tabla1. Valores para determinación de Tiempo de congelación - dimensión

Variable a cambiar
Dimensión del cilindro
Diámetro (mm) 14 18 22 26 30
Longitud (mm) 20
Variables que se mantienen constantes
Temperatura inicial del producto (°C) 20
Temperatura final (°C) -10
Temperatura del aire (°C) -30
 Velocidad del aire (m/s) 1
Fuente: elaboración propia, 2020

Dimensión
25

20

15
Temperatura (°C)

10 14 mm
18 mm
5 22 mm
26 mm
0 30 mm
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-5

-10

-15

Tiempo (min)

Figura 1. Curvas de congelación – Dimensión

Fuente: elaboración propia, 2020

Tabla 2. Valores para determinación de Tiempo de congelación -

Temperatura inicial del producto

Variable a cambiar
Temperatura inicial del producto (°C) 8 12 16 20 24
Variables que se mantienen constantes
Temperatura inicial del producto (°C) 20
Temperatura final (°C) -10
Temperatura del aire (°C) -30
Velocidad del aire (m/s) 1
Diámetro (mm) 10
Longitud (mm) 20
Fuente: elaboración propia, 2020
 T° incial del producto
30

25

20

15
Temperatura (°C)

24 °C
10 20 °C
16 °C
5 12 °C
8 °C
0
0 5 10 15 20 25
-5

-10

-15
Tiempo (min)

Figura 2. Curvas de congelación – Temperatura inicial del producto

Fuente: elaboración propia, 2020

Tabla 3. Valores para determinación de Tiempo de congelación – Temperatura

del aire

Variable a cambiar
Temperatura del aire (°C) -42 -38 -33 -29 -24
Variables que se mantienen constantes
Temperatura inicial del producto (°C) 20
Temperatura final (°C) -10
Velocidad del aire (m/s) 1
Diámetro (mm) 10
Longitud (mm) 20
Fuente: elaboración propia, 2020
 T° de aire
25

20

15
Temperatura (°C)

10 -42 °C
-38 °C
5 -33 °C
-29 °C
0 -24 °C
0 5 10 15 20 25 30
-5

-10

-15

Tiempo (min)

Figura 3. Curvas de congelación – Temperatura del aire

Fuente: elaboración propia, 2020

Tabla 4. Valores para determinación de Tiempo de congelación – Velocidad del

aire

Variable a cambiar
Velocidad del aire (m/s) 3 5 6 8 10
Variables que se mantienen constantes
Temperatura inicial del producto (°C) 20
Temperatura final (°C) -10
Temperatura del aire (°C) -30
Diámetro (mm) 10
Longitud (mm) 20
Fuente: elaboración propia, 2020
 Velocidad de aire
25

20

15
Temperatura (°C)

10 3 (m/s)
5 m/s
5 6 m/s
8 m/s
0 10 m/s
0 2 4 6 8 10 12 14 16
-5

-10

-15

Tiempo (min)

Figura 4. Curvas de congelación – Velocidad del aire

Fuente: elaboración propia, 2020
3. MUESTRA: AGUA
Tabla5. Valores para determinación de Tiempo de congelación - dimensión

Variable a cambiar
Dimensión del cilindro
Diámetro (mm) 14 18 22 26 30
Longitud (mm) 20
Variables que se mantienen constantes
Temperatura inicial del producto (°C) 20
Temperatura final (°C) -10
Temperatura del aire (°C) -30
Velocidad del aire (m/s) 1
Fuente: elaboración propia, 2020
 Dimension
25

20

15

10
diametro a 30
Temperatura

diámetro a 26
5 diámetro a 22
diámetro a 18
0 diametro a 14
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-5

-10

-15

Tempo

Figura 5. Curvas de congelación – Velocidad del aire

Fuente: elaboración propia, 2020

Tabla 6. Valores para determinación de Tiempo de congelación -

Temperatura inicial del producto

Variable a cambiar
Temperatura inicial del producto (°C) 8 12 16 20 24
Variables que se mantienen constantes
Temperatura inicial del producto (°C) 20
Temperatura final (°C) -10
Temperatura del aire (°C) -30
Velocidad del aire (m/s) 1
Diámetro (mm) 10
Longitud (mm) 20
Fuente: elaboración propia, 2020
 Temperatura del producto
30

25

20

15
Temperatura inicial a 24
Temperatura

10 Temperatura inicial a 24
Temperatura inicial a 16
5 Temperatura inicial 12
t. inicial a 8
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-5

-10

-15

Tempo

Figura 6. Curvas de congelación – Velocidad del aire

Fuente: elaboración propia, 2020

Tabla 7. Valores para determinación de Tiempo de congelación – Temperatura

del aire

Variable a cambiar
Temperatura del aire (°C) -42 -38 -33 -29 -24
Variables que se mantienen constantes
Temperatura inicial del producto (°C) 20
Temperatura final (°C) -10
Velocidad del aire (m/s) 1
Diámetro (mm) 10
Longitud (mm) 20
Fuente: elaboración propia, 2020
 Temperatura del aire
25

20

15
T. aire a -42
Temperatura

10
T. del aire a -38
5 T. del aire a -33
T aire a -29
0 t. aire a -24
0 5 10 15 20 25
-5

-10

-15
Tiempo

Figura 7. Curvas de congelación – Velocidad del aire

Fuente: elaboración propia, 2020

Tabla 8. Valores para determinación de Tiempo de congelación – Velocidad del

aire

Variable a cambiar
Velocidad del aire (m/s) 3 5 6 8 10
Variables que se mantienen constantes
Temperatura inicial del producto (°C) 20
Temperatura final (°C) -10
Temperatura del aire (°C) -30
Diámetro (mm) 10
Longitud (mm) 20
Fuente: elaboración propia, 2020
 velocidad del aire
25

20

15
Vel. Del aire a 3m/s
Temperatura

10
Velocidad del aire a 5m/s
5 Vel. del aire a 6m/s
Velocidad del aire a 8m/s
0 Velocidad del aire a 10m/s
0 2 4 6 8 10 12
-5

-10

-15
Tiempo

Figura 8. Curvas de congelación – Velocidad del aire

Fuente: elaboración propia, 2020

- En las curvas se puede interpretar que la eliminación del calor latente se da

cuando la temperatura desciende a menos 0°C y de ahí se mantiene
constante por más de 1 hora como es en el caso de la muestra de papa ya
que el producto al tener mayor diámetro y espesor es más difícil el actual
de la temperatura hasta llegar al centro del tubérculo.
- En el caso del agua tenemos como referencia que la temperatura de esta
es 0°C y esta se mantiene constante por casi 1 hora donde se puede
presumir que existe la eliminación del calor sensible durante este tiempo
para luego tener un descenso mayor para continuar con el proceso de
congelación
- Una diferencia que se puede distinguir en las dos curvas es notar que en la
papa la temperatura desciende más a comparación con el agua esto puede
deberse a la composición de cada uno y a su volumen o masa de cada
dónde los tiempos y temperaturas actúan de manera distinta.
VI. DISCUSIÓN:
El tiempo de congelación aumentará cuando aumente la densidad, el
calor latente de fusión y la dimensión característica a. Por otro lado, el
tiempo de congelación disminuirá al aumentar el gradiente de
temperatura, y la conductividad térmica del producto congelado.
Aunque la temperatura de congelación inicial se encuentra tabulada
para muchos alimentos, las temperaturas iniciales y final del producto
no se tienen en cuenta en los cálculos del tiempo de congelación.
Además, no es sencillo encontrar valores precisos de la conductividad
térmica de muchos de los productos congelados. EN EL TIEMPO DE
CONGELACIÓN Existen varios factores que influyen en el tiempo de
congelación que influirán en el diseño del equipo utilizado para la
congelación de los alimentos. Uno de estos factores es la temperatura
del medio de congelación, de tal manera que los tiempos de
congelación disminuirán de manera significativa cuanto menor sea ésta,
el tamaño del producto afectará directamente al tiempo de congelación,
aunque este factor no puede ser utilizado para modificar dichos
tiempos, ya que también dependen de la forma del producto. El
parámetro que más influye es el diámetro ya que aumentara el tiempo a
mayor proporción.
VII. CONCLUSIONES:

La congelación como cambio de estado ocasiona cambios en el producto. Sin

embargo, el tiempo que el producto permanezca almacenado, así como el
método de descongelación también influyen en la calidad final del producto.
Algunos productos fueron sensibles tan sólo al proceso, pero no al tiempo de
almacenamiento, como el nopal, mientras que otros, como la masa, dieron
muestras de deterioro después de un cierto tiempo. La propiedad que menos
cambios sufrió fue la densidad, en contraparte, se observaron cambios
importantes en la textura. Los cambios de humedad en un producto son
responsables de los cambios texturales en gran medida. Se determinó que en
la mayoría de los productos estudiados hubo cambios de humedad
significativos. Los alimentos como el mole, la masa de tortilla o la nogada son
 rehidratados o diluidos a la hora de utilizarse, por lo que los efectos del
proceso de congelación son reversibles.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

HOSSAIN, Md.M.; CLELAND, D.J.; CLELAND, A.C. (1992a). Prediction of freezing and thawing times
for foods of regular multidimensional shape by using an analytically derived geometric
factor. Int. J. Refrig., 15, 227-234.

HOSSAIN, Md.M.; CLELAND, D.J.; CLELAND, A.C. (1992b). Prediction of freezing and thawing times
for foods of two dimensional irregular shape by using a semianalytical geometric factor.
Int. J. Refrig., 15, 235-240.