I. INTRODUCCIÓN

Las propiedades termo físicas nos sirven para predecir la velocidad de transferencia de calor en alimentos, Además del análisis de la misma ya sea en enfriamiento o calentamiento ya que se requiere de valores precisos, constantes y uniformes. Para cada una de las propiedades se requiere de técnicas analíticas, modernas y sofisticadas las cuales deben de ser confiables, teniendo en cuenta que todas las propiedades termofisicas son afectadas por factores internos y externos de los alimentos; estos factores pueden ser, Composición, porosidad, densidad, temperatura, tiempo, especie. Para el caso de este experimento se utilizó un Software que facilita la información de las propiedades termofísicas brindando información de la composición química y otras características de los alimentos. El objetivo es verificar la importancia de las propiedades termofísicas y cuanto facilita el software a esa información.

II. MATERIALES Y MÉTODOS

Los materiales utilizados fueron:

Computadora Software Programa Costherm Tabla de Composición de Alimentos

El procedimiento consistió en abrir el Software Costher, se analizaron 2 alimentos arroz y aceite, cada uno considerando la composición química en el Costherm y sin poner la información, para comparar resultados. Una vez abierto el software los pasos a seguir son los siguientes:

1. Activar mayúsculas ()2. Presionar <F3>3. Tipear: LOAD” COSTHE01 <Presionar enter>4. Presionar <F2> , el programa correrá automáticamente y aparece el siguiente

cuadro en la pantalla:

1 Cereals (cereales) 8 Sugars (azúcares)2 Milk, eggs (leche y huevos) 9 Fruits (frutas)3 Fat 10 Beverages (bebidas)4 Meat (carne) 11 Sauces, Soups (salsas, sopas)5 Fish (pescado) 12 Confectionary (confitería)6 Vegetables (vegetales) 13 Cheese (queso)7 Nuts (nueces) 14 Miscellaneous (otros)

5. Aparece “Product Group?” , en este punto se indicór a qué grupo pertenece el alimento del que deseamos conocer sus propiedades termofísicas. Presionamos el <1> ya que el arroz es un cereal y para el caso del aceite presionamos <3>.

6. Aparece “Product name?” donde se indica el nombre que le daremos al producto, se trabajo con ACEITE Y ARROZ

7. Aparece Whater content (%) (Contenido de agua)

1 Moist (húmedo) 70 – 100 2 Semi – moist (semi-húmedo) 40 – 69.93 Semi – Dry (semi seco) 20 – 39.9 4 Dry (seco) 0 – 19.9

8. Aparece “Group Number”: En este paso indicamos según el cuadro anterior a que grupo pertenece el alimento que se escoge. Para arroz se escogió el numero 4 y para aceite el numero 4.

9. Aparece “Composition Know”: En este punto se decide si se trabaja conociendo la composición química del alimento o no, para nuestro caso se trabajo con las composiciones químicas obtenidas de la TABLAS PERUANAS DE COMPOSICION DE ALIMENTOS (Collazos, 1996) para el arroz y el aceite, como se ve en el Cuadro N°1. Se decide si se pone Y o N, si o no se conoce respectivamente para el caso que se desee. Si se conoce la composición se sigue el siguiente paso.

10. Aparece Dry Base (D) or Wet Base (W): Generalmente se trabaja en base húmeda, ya que se considera los porcentajes teniendo presente el porcentaje de humedad.

11. Aparece “ If a component is unaviable type a negative number”: Si algún componente de la composición química no se conoce se escribe un número negativo.

Cuadro N°1. Composición química del arroz y aceite usados en el software.ARROZ ACEITE

Agua: 13.1 0

Proteína: 8.2 100Grasa: 0.5 0Carbohidratos 77.8 0Minerales: 0.4 -

12. Aparece “Is Product solid (S) or liquid (L)”: Se indica si el producto es sólido o liquido. Arroz se considero sólido y aceite líquido.

13. Aparece “Homogeneus (H) or Bulk (b)” (Homogéneo o a granel) Presionamos <B>. Se considero <B> en arroz y <H> en el aceite

14. Aparece “Density of Homogeneous Product (densidad del producto homogéneo) (kg/m3). Si no se conoce escriba 0

15. Aparece “Equivalent diameter of homogeneous product (CM)(diámetro equivalente de producto homogéneo) Sino se conoce escriba 0, Escribimos 0

16. Aparece “Density of Bulk” (Densidad del alimento a granel) (Kg/m3)? Ya que no se utilizo esta información se puso 0.

17. Aparece “Initial Freezing point”: Punto inicial de congelación. Sino es disponible ingrese un valor positivo. Se ingresó un valor positivo por ejemplo 1

18. Aparece “Specific (S) or Range (R)” : Si se desea las propiedades en temperaturas específicas o en un determinado rango, se trabajo con temperaturas especificas para todos los casos. En el caso que se use un rango de temperaturas, le pedirá tres valores de temperatura separadas por comas, el valor mínimo de temperatura, valor máximo de temperatura, intervalo en que deben estar los valores de temperatura en el rango indicado.

III. RESULTADOS Y DISCUSIONESSe obtuvo los resultados del Arroz, en el Cuadro 2 se ve los resultados usando la composición química de la Tablas Peruanas de Composicion de Alimentos (Collazos,1996) y sin dar esa información al software. En el Cuadro °3 se observa los resultados sin utilizar la composición química.

Cuadro N°2. Propiedades termofisicas del Arroz indicando su Composición Química en Costherm.

TEMPERATURA (°C)

Conductividad Térmica

Difusividad Térmica Entalpía

Calor Específico

Fracción de hielo

-30 0.2643 0.1739 -356.6748 1.6048 0.13100.1 0.2609 0.1715 -324.5583 1.6058 0.131010 0.2114 0.1331 16.7038 1.6704 0.000030 0.2163 0.1364 50.1114 1.6704 0.000050 0.2213 0.1396 83.5189 1.6704 0.000070 0.2263 0.1429 116.9265 1.6704 0.000090 0.2313 1.1462 150.3341 1.6704 0.0000

110 0.2363 1.1496 183.7416 1.6704 0.0000130 0.2414 1.153 217.1492 1.6704 0.0000

Cuadro N°3. Propiedades termofísicas del Arroz sin indicar su Composición Química en Costherm.

TEMPERATURA (°C)

Conductividad térmica

Difusividad térmica

Entalpia Calor especifico

Fracción de hielo

-10 0.3569 0.4323 -46.2042 10.5789 0.079010 0.2646 0.1324 25.4225 2.5423 0.000030 0.2758 0.1383 76.2675 2.5423 0.000050 0.287 0.1443 127.1125 2.5423 0.000070 0.2983 0.1504 177.9575 2.5423 0.000090 0.3097 0.1566 228.8025 2.5423 0.0000

110 0.3211 0.1628 279.6475 2.5423 0.0000130 0.3326 0.1691 330.4925 2.5423 0.0000

Grafica N°1. Conductividad Térmica en Arroz, comparando los resultados con o sin dar la Composición Química.

-10 20 90 100 1300

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Conductividad Térmica en Arroz

Conductividad térmica (Con CQ)Conductividad térmica (Sin CQ)

Axis Title

En la gráfica N°1 se puede apreciar la diferencia entre los resultados de conductividad térmica del arroz cuando se da la información de la composición química del arroz se ve unos datos mas variables en relación a cada incremento de temperatura. Mientras aumenta la temperatura aumenta la conductividad térmica, en caso de temperaturas negativas se ve una caída conforme avanza hasta llevar a una temperatura por encima de 0. En la Gráfica N°2 se ve que la a partir de la temperatura de 70 grados la difusividad térmica aumenta considerablemente, para luego mantenerse.

Grafica N°2. Difusividad Térmica en Arroz, comparando los resultados con o sin dar la Composición Química.

-10 20 90 100 1300

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14Difusividad Térmica en Arroz

Difusividad térmica (Con CQ)Difusividad térmica (Sin CQ)Axis Title

En la Grafica N°3 se observa que la entalpia presenta un sentido creciente en relación a la temperatura, debido a que la entalpia es el nivel de energía calórica de un material es natural que creza mientras se aumenta la temperatura. En el caso otro caso, los valores son muy similares al no usar la composición química conocida.

Grafica N°3. Entalpía en Arroz, comparando los resultados con o sin dar la Composición Química.

-10 20 90 100 130-50

0

50

100

150

200

250

300

Entalpía en Arroz

Entalpia (Con CQ)Entalpia (Sin CQ)Axis Title

En la Grafica N°4 se que los valores de calor especifico para los dos casos brindando y no brindando información son muy similares. Según Orrego álzate (2003) los valores de calor específico de arroz por encima del punto de congelación (0) son de 1.8, lo que muestra similitudes con nuestros resultados, ya que a temperaturas mayores a 10 grados se muestra constante a valores cercanos a 1.6. VER Anexo I

Grafica N°4. Calor Específico en Arroz, comparando brindando información de la Composición Química

-10 20 90 100 1300

0.20.40.60.8

11.21.41.61.8

2

Calor Específico en Arroz

Calor Especifico (Con CQ)Calor especifico (Sin CQ)Axis Title

Cuadro N°4. Propiedades termofisicas del Aceite indicando su Composición Química en Costherm.

TEMPERATURA (°C)

Conductividad térmica

Difusividad térmica

Entalpia Calor especifico

Fracción de hielo

-10 0.25 0.1322 -12.2 1.22 0.00000 0.25 0.1322 0 1.22 0.0000

10 0.25 0.1322 12.2 1.22 0.000020 0.25 0.1322 24.4 1.22 0.000090 0.25 0.1322 109.8 1.22 0.0000

100 0.25 0.1322 122 1.22 0.0000130 0.25 0.1322 158.6 1.22 0.0000

Cuadro N°5. Propiedades termofísicas del Aceite sin indicar su Composición Química en Costherm.

TEMPERATURA (°C)

Conductividad térmica

Difusividad térmica

Entalpia Calor especifico

Fracción de hielo

-10 0.18 0.1019 -19 1.9 0.00000 0.18 0.1019 0 1.9 0.0000

10 0.18 0.1019 19 1.9 0.000020 0.18 0.1019 38 1.9 0.000090 0.18 0.1019 171 1.9 0.0000

100 0.18 0.1019 190 1.9 0.0000130 0.18 0.1019 247 1.9 0.0000

En la gráfica N°5 se observa valores diferentes pero cercanos de conductvidad térmica en los resultados comparados, sin variar en relación a la temperatura. Siendo valores de 0.25 y 0.18 respectivamente.

Grafica N°5. Conductividad Térmica en Aceite, comparando los resultados con o sin dar la Composición Química.

-10 20 90 100 1300

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Conductividad Térmica en Aceite

Conductividad térmica (Con CQ)Conductividad térmica (Sin CQ)Axis Title

En la gráfica N°6 se observa valores diferentes de Difusividad térmica en los resultados comparados, pero los dos no varian en relación a la temperatura.

Grafica N°6. Difusividad Térmica en Aceite, comparando los resultados con o sin dar la Composición Química.

-10 20 90 100 1300

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14Difusividad Térmica en Aceite

Difusividad térmica (Con CQ)Difusividad térmica (Sin CQ)Axis Title

Grafica N°7. Entalpia en Aceite, comparando los resultados con o sin dar la Composición Química.

-10 20 90 100 130-50

0

50

100

150

200

250

300

Entalpía en Aceite

Entalpia (Con CQ)Entalpia (Sin CQ)Axis Title

En la gráfica N°7 ligeras variaciones entre las curvas, pero de mucha similitud, la entalpia esta de manera creciente en relación a la temperatura. En el gráfico 8 se muestra el calor especifico del aceite, en los resultados usando la composición química se ve un calor especifico de 1.9 cercano a un valor teórico de 1,67 según Kirk-Othmer(1983). Para el caso

Grafica N°8. Calor Especifico en Aceite, comparando los resultados con o sin dar la Composición Química.

-10 20 90 100 1300

0.20.40.60.8

11.21.41.61.8

2

Calor Específico en Aceite

Calor Especifico (Con CQ)Calor especifico (Sin CQ)Axis Title

IV. CONCLUSIONES El Costherm es un programa muy útil para determinar las propiedades

termofísicas a través de la composición química e información de las características del alimento, comparando con algunas referencias bibliográficas suelen estar muy cercanas a los resultados.

De acuerdo a los resultados que se pudieron comparar con información bibliográfica se observo mayor similitud en la información trabajado con composición química conocida.

V. RECOMENDACIONESPodría realizarse una versión más nueva del Costherm, donde se incluya tablas de composición de alimentos.

VI. CUESTIONARIO1. Existen otros programas que calculan las propiedades termofisicas de los

alimentos. ¿Cuáles Adjunte el programa y la información pertinente.

Se presenta el desarrollo de un programa computacional que permite calcular las propiedades termofísicas de un alimento fresco o procesado en función de la composición del alimento y la temperatura. La herramienta, denominada DEPROTER (Determinación de Propiedades Termofísicas) permite determinar el calor específico, la conductividad térmica, la difusividad térmica y la densidad. Para validar el modelo se usaron datos experimentales encontrados en la literatura de muestras de ñame frescas y procesadas, utilizando diferentes temperaturas de proceso. Loys datos fueron procesados automáticamente por el software, para la generación de los valores de las propiedades térmicas con desviaciones pequeñas con respecto a los datos experimentales. También existe otro programa denominado Food Property usado en la Universidad Austral de Chile, con un similar procedimiento y finalidad.

2. De que otra forma se pueden encontrar las propiedades termofisicas de los alimentos. Explique.Existen maneras experimentales de analizar las diferentes propiedades termofísicas en base a los modelos matemáticos que definen cada una de las propiedades, por lo general se analizan por un alimento específico a manera experimental, se ha encontrado equipos que puedan dar a conocer las propiedades por ejemplo para la difusividad térmica de la carne, que consiste en un equipo especialmente armado el cual consiste en un baño térmico de agua agitado, en el cual un cilindro (hecho con un material de alta conductividad térmica) que contiene el alimento esta inmerso. El equipo consiste de un cilindro de cobre hueco de 200 mm de longitud y 27 mm de diámetro, con un espesor de pared igual a 1 mm. Los ambos extremos están tapados con un tapón hermético de teflón de 11 mm de espesor. Uno de los tapones tiene un agujero en el centro para introducir una termocupla de tipo J hasta el centro geométrico del cilindro.

Figura 1. Equipo que mide difusividad térmica.Para la determinación de propiedades termofísicas en general se hace uso de calorímetros existen distintos modelos como MICRO DSCII – SETARAM, MICRO DSCIII – SETARAM, CALORÍMETRO CALVET. (Ver Anexo 8.1)

3. ¿Qué utilidad tiene conocer dichas propiedades en la Industria Alimentaria?Las propiedades térmicas (calor específico, conductividad térmica y difusividad térmica influyen en la transferencia de calor. Su conocimiento es necesario para el cálculo y diseño de procesos y equipos y en la calidad del producto; están influenciadas en un mayor o menor grado por la temperatura y la composición del producto, durante un tratamiento térmico Las propiedades térmicas de frutas y vegetales son necesarias para calcular la rapidez de calentamiento o enfriamiento en procesos o para estimar las cantidades de calor requeridas en los procesos como: escaldado, pasteurización, evaporación, fritura, refrigeración, congelación, esterilización, secado entre otra, en los cuales hay intercambio de energía y masa (Alvis, Calced y Peña, 2011).

4. ¿Qué tan exacto es el programa que se trabajo?Es un programa bastante cercano a los valores teóricos existentes y analizados, lo que permite ser una buena fuente de información para dar las propiedades termofísicas de los alimentos, teniendo mayor exactitud cuando se da la composición química.

5. Obtenga información teórica relacionada con el presente tema de que se le asigne, analice profundamente.

En los resultados y discusiones se comparo ya que se encontró valores de calor especifico de aceite y arroz, se vio similitudes con los resultados obtenidos usando la composición química del alimento. Para el caso del arroz, según Orrego álzate (2003) los valores de calor específico de arroz por encima del punto de congelación (0) son de 1.8, lo que muestra similitudes con nuestros resultados, ya que a temperaturas mayores a 10 grados se muestra constante a valores cercanos a 1.6. En el caso del aceite si se encontró el calor especifico teórico donde los valores también fueron cercanos. Al realizar el software con los datos de composición química según los modelos matemáticos a seguir dan

resultados cercanos a los obtenidos en diferentes experimentos y/o información bibliográfica.

VII. BIBLIOGRAFIA

o ORREGO ALZATE. 2003. PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS. Universidad Nacional de Colombia. Disponible en: http://books.google.com.pe/books?id=u5IWOJlhKAoC&pg

o COLLAZOS, 1996. TABLAS PERUANAS DE COMPOSICION DE ALIMENTOS. SETIMA EDICIÓN

o KIRK-OTHMER. 1983. Enciclopedia De Tecnologia Quimica. 3ra. Edicion, 1983, John Wiley-Interscience, New York, U.S.A.

o ORREGO ALZATE. o MORALES BLANCAS. CALCULO DE PROPIEDADES TERMOFISICAS DE

ALIMENTOS. UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE. INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS. Disponible en: http://www.icytal.uach.cl/efmb/apuntes/itcl232/Apuntes/UNIDAD%20VI%20-%20Propiedades%20Termof%EDsicas%20de%20Alimentos/ Consultado el 2 de Abril del 2012.

o ALVIS,CAICEDO Y PEÑA. 2011. Determinación de Propiedades Termofísicas de Alimentos en Función de la Concentración y la Temperatura empleando un Programa Computacional. Universidad de Córdoba, Facultad de Ingeniería, Depto. de Ingeniería de Alimentos. Disponible en: http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642012000100012&script=sci_arttext. Consultado el 2 de Abril del 2012.

o GONZÁLEZ SALGADO. Determinación de propiedades Termofísicas de líquidos iónicos. Disponible en: http://webs.uvigo.es/prosepav/WEB_IONIC-LIQUID/3_Reunion_liquidos_ionicos/Diego%20Gonzalez.pdf. Consultado el 4 de Abril.

VIII. ANEXOSVIII.1. Descripciones técnicas de calorimetros

VIII.2. Calor especifico de distintos alimentos según ORREGO (2003)