Silvana Cavella » 6.Meccanismi di trasporto di calore

Operazioni unitarie e trasporto di calore

• Per tutte le operazioni unitarie che prevedono il riscaldamento o il raffreddamento di un prodotto alimentare, bisogna valutare la quantità di calore totale coinvolta nell’operazione unitaria e la velocità con cui il calore è trasferito all’alimento.
• A tale scopo è di fondamentale importanza studiare i principi base dei meccanismi di trasporto di calore e conoscere le proprietà termiche degli alimenti, come: calore specifico, conducibilità e diffusività termica.

Trasporto di calore per conduzione

• La conduzione è il meccanismo secondo cui il calore si trasferisce in un materiale solido.
• In condizioni di regime stazionario, il flusso termico conduttivo dipende dalla superficie di scambio termico, dalla conducibilità termica del materiale e dal gradiente di temperatura (prima legge di Fourier).
• Risolvendo l’equazione di Fourier, con opportune condizioni al contorno, si ottiene la temperatura del prodotto in ogni suo punto.

Trasporto di calore per convezione

• La convezione è il meccanismo di trasporto secondo cui il calore si trasferisce in un fluido quando esso è a contatto con un solido e quando esiste una differenza di temperatura tra la superficie del solido (T_S) e il fluido (T_∞).
• La convezione può essere naturale o forzata.
• Il flusso termico convettivo dipende dalla superficie di scambio termico, dalla differenza di temperatura e dal coefficiente di trasporto convettivo.
• Quest’ultimo dipende da proprietà del fluido (densità calore specifico, viscosità, conducibilità termica), dalla velocità del fluido e dalla rugosità della superficie del solido.

Trasporto di calore per irraggiamento

• L’irraggiamento è un meccanismo mediante cui il calore si trasferisce tra due superfici attraverso emissione e successivo assorbimento di onde elettromagnetiche.
• Il calore trasmesso per irraggiamento non richiede alcun mezzo fisico per la sua propagazione.
• Qualunque oggetto, al di sopra dello zero assoluto, emette radiazioni termiche.
• Il flusso termico emesso dalla superficie di un oggetto è proporzionale alla quarta potenza della sua temperatura assoluta (legge di Stefan-Boltzmann).

Considerazioni conclusive: Riscaldamento e raffreddamento dei prodotti alimentari.

Meccanismi di trasporto di calore

• Il trasporto di calore governa le operazioni che prevedono riscaldamento o raffreddamento, può realizzarsi in condizioni di regime stazionario (temperatura che cambia da punto a punto ma è costante nel tempo) o transitorio (temperatura che cambia da punto a punto e nel tempo).
• Quando il calore è trasferito attraverso più meccanismi si stima un coefficiente di scambio termico globale.

Prossima lezione

Cinetica delle reazioni chimiche di interesse delle tecnologie alimentari:

• Principali reazioni chimiche dei prodotti alimentari e loro influenza sulla qualità.
• Meccanismi delle reazioni chimiche e velocità di reazione.
• Influenza della temperatura sulla velocità di reazione chimica.