• Author / Uploaded
• Brandon Guerrero

Citation preview

Pasteurización de alimentos Ospina Cardona, Aura María – 1630819, Dominguez Rivera, Leidy Vanessa – 1623182, Universidad del Valle. Facultad de ingeniería. TALLER Y LABORATORIO V

INTRODUCCIÓN La pasteurización es un tratamiento térmico generalmente realizado en líquidos para disminuir la presencia de agentes patógenos en el fluido por consecuencia de altas temperaturas. La finalidad primordial del tratamiento es minimizar las UFC ( Unidades formadoras de colonias ) para evitar intoxicaciones y prolongar su vida útil en un refrigerante posterior. La pasteurización tiene 3 clasificaciones: 1. VAT : Lenta , 63 °C por 30 min. 2. HTST : Altas temperaturas en corto periodo, 71°C por 15 s. 3. UHT: Muy altas temperaturas en periodos más cortos, 137 °C por 2 s. La pasteurización es necesaria para prevenir enfermedades causantes por los microorganismos. Un ejemplo de estos son los patógenos comunes en la leche como lo son la Mycobacterium tuberculosis, la difteria, el polio , la Salmonella; En zumos son Salmonella Typhi, Cryptosporidium, E.Coli, Bacillus cereus. MATERIALES un pasteurizador de laboratorio Armfield modelo FT 43A consola de control

MÉTODO Para la realización de esta práctica se lleno el tanque de alimentación con agua, fijando la temperatura requerida de pasteurización y el set point de la alarma, para operar la válvula de desviación a una temperatura cercana a la de pasteurización además de ello se hizo la curva de calibración de la bomba de alimentación fijando la velocidad de la bomba en el controlador graduado de la consola. Al iniciar el bombeo de producto se encendió el interruptor (PUMP). y el sistema de control del calentador en la consola (interruptor HEATER), para así iniciar el flujo del agua de calentamiento. Por último se fijó el flujo del agua de calentamiento, se registró la temperaturas, repitiendo el procedimiento para diferentes flujos de alimentación y diferentes temperaturas de pasteurización. RESULTADOS Los delta de temperatura para la ecuación de temperatura logarítmica media (Ec.1) de la tabla 8, se hallaron con las siguientes diferencias de temperaturas: Caliente : 𝛥𝑇1 = 𝑇2 − 𝑇1 Y 𝛥𝑇2 = 𝑇3 − 𝑇5 Regeneración: 𝛥𝑇1 = 𝑇5 − 𝑇1 Y 𝛥𝑇2 = 𝑇9 − 𝑇4 Frío: 𝛥𝑇1 = 𝑇9 − 𝑇7 Y 𝛥𝑇2 = 𝑇6 − 𝑇7 Los resultados de las áreas de transferencia (Ec.4) se hallan en la tabla 8,y los cálculos se realizan de acuerdo al número de placas de cada sección. Hallado el delta de temperatura media logarítmica, el área de transferencia y la transferencia de calor por sección. Se calculan los coeficientes globales de transferencia observados en la siguiente tabla: Tabla 1. Coeficiente global de transferencia de calor

Cálculo

Caliente

Regeneración

Frío

U (W/m2ºC)

1056,44

404,61

2312,13

El coeficiente de transferencia de calor convectivo es el mismo para todas las secciones, dado a que es una propiedad del flujo y no depende de la sección donde este se ubique, el resultados es: Tabla 2. Coeficiente de transferencia de calor Ecuación

Todas las secciones

h (W/m^2°C)

5,132

El flujo de pasteurización es la variable que permite cumplir las especificaciones de tiempo de retención, así como la tasa de recirculación o retorno , es decir este flujo debe tener la capacidad suficiente para abastecer la llenadora o para tener un retorno o sobrante, este se obtiene mediante el ajuste de frecuencia en la bomba de envío de pasteurización, en la práctica se trabajó en la posición 9 y para determinar su flujo volumétrico se realizó una curva

de calibración con los flujos obtenidos en el laboratorio, como se puede observar en la figura 1, donde por medio de la ecuación hallada se determinó un flujo para el alimento de 435 ml/min para la posición 9.

Figura 1. Flujo volumétrico en función de la posición De acuerdo al flujo volumètrico del sistema , el área transversal y longitud del tubo de retención, se halla la velocidad màxima y la velocidad promedio, cuyos resultados se encuentran en la tabla 9. Hallada las velocidades , se calcula el tiempo de retención para el flujo del alimento Tabla 3. Tiempo de retención

Ecuaciòn

Tubo de retención

Tr (s)

469,61

El manual del pasteurizador da un rango entre 3-5 min en el tubo de retención, mientras nuestro cálculo arrojó como resultado 7,8 minutos. Por tanto el porcentaje de error en el tubo de retención es de 40 %. Las temperaturas para un proceso de pasteurización HSTS de leche se encuentran entre 71 °C y 89 °C, para establecer el respectivo flujo volumétrico que se requiere de acuerdo al diseño del equipo, se utilizó la ecuación (2) de la tabla 1, de la cual se despejo el volumen como se puede observar en la siguiente tabla 4, donde aparecen anexados los valores utilizados y el flujo hallado. Tabla 4. Datos para el flujo volumétrico de pasteurización HSTS de leche.

Ecuación

𝑉 =

𝑄 𝜌 ∗ 𝐶𝑝 ∗ 𝛥𝑇

Q

Densidad

Cp

T1

T2

521,6

1000

4183

89

71

Flujo volumétrico = 0,00000693𝑚3 /𝑚

CONCLUSIONES La pasteurización debe cumplir un tiempo de retención de 3 a 5 minutos para poder así destruir los microorganismos y otorgar estabilidad. Este tiempo de retención depende directamente del flujo de pasterización, es decir a mayor tiempo de pasteurización menor tiempo de retención, en la práctica el tiempo de retención fue de 7,8 minutos, es decir que superó el tiempo recomendado provocando así que el producto cambie sus propiedades organolépticas por sobreexposición a temperaturas altas. BIBLIOGRAFÍA Del castillo, Roser Romero. Producto Lácteos , tecnología -

Peña Saenz, Ricardo Jose. Evaluación de la capacidad del proceso de pasteurización, quimica http://repositorio.sibdi.ucr.ac.cr:8080/jspui/bitstream/123456789/2181/1/35553.pdf

-

Instituto Superior Minero Metalúrgico. Centro de Estudio de Energía y Tecnología Avanzada de Moa. Holguín. Cubahttp://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1815-59442014000100008

ANEXOS Porcentaje de error

% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | -

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝐴𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 5 𝑚𝑖𝑛 − 7 𝑚𝑖𝑛 | 𝑥100 = | |𝑥 100 = 40 % 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 5 𝑚𝑖𝑛

Preguntas de interés

1. Discutir el efecto de la viscosidad del producto en los coeficientes de transferencia de calor En general, puede decirse que los valores más altos de transferencia de calor se dan en fluidos menos viscosos. Cuando un alimento es calentado o enfriado, no se espera que el coeficiente de transferencia de calor sea constante a través de todo el proceso, debido a que la temperatura tiene un efecto sobre la viscosidad de este. 2. Comparar ventajas y desventajas de la pasteurización en tandas, la pasteurización HTST y la pasteurización a temperatura ultra-alta (UHT) VAT: Consiste en calentar los líquidos hasta una temperatura de aproximadamente 63 Cº y luego dejarla enfriar durante 30 minutos dentro del mismo recipiente. Al terminar, se les envasa de inmediato para prevenir contaminación. HTST: Los líquidos se calientan rápidamente a entre 71 Cº y 89 Cº, dependiendo de su tipo, por sólo 15 segundos. Es el más utilizado por la industria, ya que es rápido y se puede trabajar con grandes volúmenes. UHT: También conocido como la ultra pasteurización, consiste en someter a los líquidos a a una temperatura de 137 Cº por sólo 2 segundos, para luego enfriarla rápidamente. Tabla 5: Ecuaciones para desarrollar los cálculos

𝛥𝑇

Delta temperatura media logarítmica (1)

=

𝑙𝑛 (𝛥𝑇2/𝛥𝑇1)

𝐴 = 𝑁. 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎𝑠 ⋅ á𝑟𝑒𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Coeficiente de transferencia de calor por convección (5)

ℎ = 1,32 ⋅ (𝛥𝑇𝑖/𝐿) 𝑎

Área transversal del tubo (6)

=𝜋⋅𝑟

𝑡

Velocidad promedio fluido (7)

𝑣

𝑝𝑟𝑜𝑚

Velocidad máxima en tubo (8)

𝑣

𝑚𝑎𝑥

𝑡

Tiempo de retención (9) Tabla 6. Datos del equipo

Número de placas en la sección de calentamiento Número de placas en la sección de regeneración

𝛥𝑇2 − 𝛥𝑇1

𝑄 = 𝑉 ⋅ 𝜌 ⋅ 𝐶𝑝 ⋅ 𝛥𝑇 𝑄 𝑈= 𝐴 ⋅ 𝛥𝑇𝑙𝑜𝑔

Flujo de calor (2) Coeficiente global de transferencia de calor (3) Área de transferencia (4)

𝑙𝑜𝑔

11 19

Número de placas en la sección de frío

5

Área de cada placa (m^2)

0,006

Longitud de la placa (m)

0,075

Longitud del tubo de retención (m) Diámetro interno del tubo de retención (m)

1,2 0,085

área transversal del tubo de retención

0,006

Cp (J/Kg*K)

4183

Densidad (kg/m^3)

1000

𝑟

=𝑣

=2⋅𝑣

= 𝐿/𝑣

1/4

2

𝑝 /𝑎

𝑡

𝑝𝑟𝑜𝑚 𝑚𝑎𝑥

Tabla 7. Datos experimentales

Tiempo (min)

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

T9

0

25,3

24,2

24,9

24,5

23,5

21,4

20,6

10

71,3

5

28,6

37,5

25,5

25,0

24,2

21,4

20,6

10

71,3

10

37,4

54,2

29,7

31,1

27,7

21,6

20,6

10

71,3

15

49,2

63,7

38,5

40,1

34,6

22,0

20,6

10

71,3

20

59,1

74,9

46,8

49,1

42,6

22,7

20,6

10

71,3

21

61,2

77,1

48,5

50,9

44,5

22,9

20,6

10

71,3

22

63,6

80,0

50,2

52,7

46,1

23,0

20,6

10

71,3

23

65,1

81,9

51,9

54,3

47,6

23,6

20,6

10

71,3

24

66,9

83,3

53,5

56,1

49,3

24,7

20,6

10

71,3

10

71,3

25

68,7

85,4

55,2

57,9

51,0

25,9

20,6

26

70,6

87,0

56,8

59,6

52,5

26,9

20,6

10

71,3

26,99

71,8

87,5

57,7

60,5

54,3

27,3

20,6

10

71,3

27,029

73,7

88,2

60,2

63,4

56,5

28,9

20,6

10

71,3

Tabla 8. Delta de temperatura media logarítmica

Cálculo ΔTlog Área (m2) Q (W)

Caliente 7,91 0,0624 521,57

Regeneración Frío 11,95 0,1078 521,57

Tabla 9. Velocidad promedio y máxima

Ecuación

Tubo de retención

Vprom (m/s)

0,00128

Vmax (m/s)

0,00256

23,43 0,0284 1537,41