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Paolo Masi » 13.Trattamenti termici


Introduzione

Obiettivi

  • Modifica struttura
    • rendere edibile materie prime non edibili
    • cambiamento delle caratteristiche organolettiche
  • Sanitizzazione
  • Conservazione

Trasferimento di calore


Trasferimento di calore

  • Refrigerazione
  • Congelamento
  • Bollitura
  • Arrostimento
  • Cottura in forno

Bilancio energia termica

Qin – Q usc ± G = Acc

Generazione di energia termica

  • Corrente elettrica = I2/ke
  • Reazione chimica = DH
  • Microonde

Trasferimento di calore

Velocità di ingresso = qxdydz + qydxdz + qzdxdy

Velocità di uscita = qx|x+Δxdydz + qy|y+Δydxdz + qz|z+Δzdxdy

Velocità di accumulo = (Vol)ρCp(∂T/∂t) = dxdydz ρCp(∂T/∂t)

Ipotesi G = 0

dxdydzρCp(∂T/∂t) = [qx|x-qx|x+Δx ]dydz+ [qy|y-qy|y+Δy ]dxdz + [qz|z-qz|z+Δz ]dxdy

ρCp(∂T/∂t) = [qx|x-qx|x+Δx ]/dx+ [qy|y-qy|y+Δy ]/dy + [qz|z-qz|z+Δz ]/dz

-ρCp∂T/∂t = ∂qx/∂x + ∂qy/∂y + ∂qz/∂z

Trasferimento di calore

Monodirezionale → -ρCp∂T/∂t = ∂qx/∂x
Regime stazionario → dqx/dx = 0

Equazione costitutiva: Eq. di Fourier

q ∝ – ∇T
qx ∝ - ΔT/dx
qx = – k ΔT/L
q = qx + qy + qz

q = – k (dT/dx + dT/dy + dT/dz)

q = – k ∇T

Flusso = Forza spingente/resistenza

k/L = 1/R

K [=] (kJ/m2s(m/°C) = kJ/(°C)(m)(s) = W/m°C

Sostanze pure: tabelle

Composti: regola della miscela


Trasferimento di calore

Es . Calcolo del calore trasmesso per conduzione

Un espositore per gelati di geometria prismatica ha dimensioni 60 x 60 x 200 (cm). Ad eccezione della porta di apertura le pareti sono perfettamente coibentate. La porta di apertura è formata da un vetro ( k = 0.5 W/m °K) di spessore pari a 4 mm. Sapendo che la temperatura interna nell’espositore è di -18 °C e che la temperatura del locale dove esso è situato è di 20 °C, calcolare l’energia che bisogna sottrarre ogni ora dall’interno dell’espositore affinché la sua temperatura interna resti costante.
Qin = Qusc = Q = qA

qA = A kv (Te – Ti)/L

Q = (2)(0,6)(0,5)(20+18)/(0,004) = 5700

[=](m)(m)(W/m°C)(°C/m)= W

Ipotesi: lastra piana infinita

Ipotesi: lastra piana infinita


Trasferimento di calore

Un secondo espositore, uguale al primo, ha la porta di apertura formata da due vetri di spessore 1,5 mm distanziati di 1 mm, ed in tale intercapedine è presente aria perfettamente stagnante ( ka = 0.024 W/m °K). Calcolare il risparmio energetico che il secondo espositore consente rispetto al primo. = 0,024

Q = A kv (Te – T1)/L1
Q = A ka (T1 – T2)/L2
Q = A kv (T2 – Ti)/L3
(Q/A)[(L1/kv) + (L2/ka) + (L3/kv)] = (Te – Ti)

Q = A \frac {1}{[(L1/kv) + (L2/ka) + (L3/kv)]}(Te - Ti)

Q = 1,2 \frac 1 {[2(0,0015/05)+(0,001/0,024)]}(20+18)= 975 W

Risparmio energetico = (1 – 975/5700)% = 83,2%


Trasferimento di calore

Calcolo profilo di temperatura in un alimento

Un prodotto di pasticceria è costituito essenzialmente da un pan di spagna (kT =0.65 W/m°K) dello spessore di 3 cm, ricoperto di una glassa al cioccolato (kG =0.11 W/m°K) dello spessore di 4 mm. Per mantenerne la sofficità esso viene adagiato su un piatto espositore la cui temperatura può essere opportunamente variata. La parte superiore della torta è esposta all’aria la cui temperatura è di 20 °C. Poichè non si vuole che la glassa fonda (Tf = 24 °C) stabilire quale deve essere la temperatura massima del piatto espositore.

Qin = Qusc = Q
Q = A kG(24 – 20)/0,004
Q/A = 110 W/m2
Q/A = KT (T-24)/0,03 = 110
T = [110 (0,03)/(0,65)] + 24 = 29°C


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