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UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE QUÍMICA FARMACÉUTICA DEPARTAMENTO DE ALIMENTOS APROBADO POR CONSEJO DE FACULTAD DE QUIMICA FARMACÉUTICA ACTA 697 DEL 16 DE OCTUBRE DE 2011.

PROGRAMA DE OPERACIONES UNITARIAS II NOMBRE DE LA MATERIA PROFESOR OFICINA HORARIO DE CLASE HORARIO DE ATENCION

OPERACIONES UNITARIAS II

INFORMACION GENERAL Código de la materia Semestre Área Horas teóricas semanales Horas teóricas semestrales No. de Créditos Horas de clase por semestre Campo de formación Validable Habilitable Clasificable Requisitos Correquisitos Programa a los cuales se ofrece la materia

4018661 FIA- 661 VI Ciencias de la Ingeniería 4 64 4 64 Profesional SI SI NO FIA-562, FIA-563

INGENIERIA DE ALIMENTOS

INFORMACION COMPLEMENTARIA Propósito del curso:

Formar al estudiante con las bases conceptuales adecuadas que le permitan solucionar problemas relacionados con la transferencia de calor en los procesos alimentarios.

Justificación:

Todo proceso de producción de alimentos

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involucra operaciones con transferencia de calor. Es el ingeniero de alimentos el encargado de diseñar, analizar, evaluar y controlar este tipo de procesos. El curso brindará a los estudiantes los conceptos necesarios para la comprensión de los fenómenos y mecanismos de Transferencia de Calor, sus leyes fundamentales, cálculos de procesos y de los equipos utilizados en la Industria Alimentaria. Objetivo General:

Objetivos Específicos:

Al terminar el curso, el estudiante estará en capacidad de especificar equipos de transferencia de calor en la industria alimentaria. Identificar y comprender los mecanismos de transferencia de calor por conducción, convección y radiación, así como las leyes fenomenológicas que los rigen. Formular, interpretar y aplicar las ecuaciones que describen la conservación de la energía térmica. Aplicar los conceptos básicos de transferencia de calor para el diseño de equipos de tratamientos térmicos. Identificar las principales aplicaciones y manejo de los intercambiadores de calor y evaporadores para la industria alimentaria.

Contenido resumido

1. Introducción a la transferencia de calor y mecanismos de la transferencia de calor (conducción, convección y radiación). 2. Transferencia de calor por conducción en estado estacionario, unidimensional. 3. Transferencia de calor en estado transitorio. 4. Transferencia de calor por convección libre y forzada. Números adimensionales (Nusselt, Reynolds, Prandtl, Grashof, Rayleigh, Peclet),

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5. Transferencia de calor por radiación 6. Intercambiadores de calor: tubos concéntricos, coraza y tubos, placas y otros. 7. Evaporadores. 8. Tratamientos térmicos: pasteurización y congelación.

esterilización

UNIDADES DETALLADAS Unidad No. 1 Tema(s) a desarrollar

Subtemas

Introducción a la transferencia de (conducción, convección y radiación).

calor

• • • •

Definición de transferencia de calor. Mecanismos de transferencia de calor. Mecanismos combinados. Propiedades térmicas de los alimentos y materiales. • Ejemplos de aplicación. 1,5

No. de semanas que se le dedicarán a esta unidad BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad:

1. CENGEL, YUNUS. Transferencia de calor y masa, un enfoque práctico. Tercera edición. Ed. Mc Graw Hill 2. INCROPERA, DE WITT. Fundamentos de transferencia de calor. Cuarta edición. Ed. Thompson. 3. IBARZ, A. and GUSTAVO V. BARBOSA-CÁNOVAS. Unit Operation in food engineering. Ed. CRC.

Unidad No. 2 Tema(s) a desarrollar

Transferencia de calor por conducción en estado estacionario y unidimensional.

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Subtemas

• Conducción en estado estable. • Conducción en distintas figuras geométricas (Paredes planas, cilindros, esferas huecas y concéntricas, simples y compuestas). • Resistencia individual y total conductiva, convectiva, radioactiva. • Radio critico de aislamiento. • Coeficiente global de transmisión de calor. • Aletas de sección constante.

2,5 No. de semanas que se le dedicarán a esta unidad BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad: 1. CENGEL, YUNUS. Transferencia de calor y masa, un enfoque práctico. Tercera edición. Ed. Mc Graw Hill 2. INCROPERA, DE WITT. Fundamentos de transferencia de calor. Cuarta edición. Ed. Thompson. 3. IBARZ, A. and GUSTAVO V. BARBOSA-CÁNOVAS. Unit Operation in food engineering. Ed. CRC. Unidad No. 3 Tema(s) a desarrollar Subtemas

Transferencia de calor en estado transitorio • Definición de estado transitorio. • Interpretación del número de Biot. • Resistencia interna despreciable y no despreciable. • Conducción transitoria en paredes planas cilindros y esferas con condiciones de frontera convectiva. • Manejo de las cartas de Heisler. • Modelamientos Matemáticos. • Sistemas bidimensionales para geometrías no finitas. • Aplicaciones en alimentos (escaldado). • Calentamiento y enfriamiento de líquidos.

2 No. de semanas que se le dedicarán a esta unidad BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad: 1. CENGEL, YUNUS. Transferencia de calor y masa, un enfoque práctico. Tercera edición. Ed. Mc Graw Hill 2. INCROPERA, DE WITT. Fundamentos de transferencia de calor. Cuarta edición. Ed. Thompson.

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3. IBARZ, A. and GUSTAVO V. BARBOSA-CÁNOVAS. Unit Operation in food engineering. Ed. CRC. Unidad No. 4 Tema(s) a desarrollar

Transferencia de calor por convección libre y forzada. Números adimensionales (Nusselt, Reynolds, Prandtl, Grashof, Rayleigh, Peclet).

Subtemas

• Convección natural en régimen laminar y régimen turbulento (Número Nussel, Prandlt, Grasshof, Rayleigh, Peclet). • Convección natural para placas y cilindros horizontales y verticales. • Convección forzada en régimen laminar y turbulento. Números de Nusselt, Reynolds y Prandlt. • Convección forzada en flujo interno y externo (Tubos y ductos). • Ejemplos. 1,5

No. de semanas que se le dedicarán a esta unidad BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad:

1. CENGEL, YUNUS. Transferencia de calor y masa, un enfoque práctico. Tercera edición. Ed. Mc Graw Hill 2. INCROPERA, DE WITT. Fundamentos de transferencia de calor. Cuarta edición. Ed. Thompson. 3. IBARZ, A. and GUSTAVO V. BARBOSA-CÁNOVAS. Unit Operation in food engineering. Ed. CRC. Unidad No. 5 Tema(s) a desarrollar Subtemas

Transferencia de calor por radiación. • Definición de emisividad, reflectividad y absortividad. • Transferencia de calor por radiación entre dos cuerpos negros. • Transferencia de calor por radiación entre dos cuerpos Grises. • Transferencia de calor por radiación entre un cuerpo negro y un cuerpo gris. • Evaluación del coeficiente de transferencia

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de calor por radiación. • Ejemplos. 1,5

No. de semanas que se le dedicarán a esta unidad BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad: 1. CENGEL, YUNUS. Transferencia de calor y masa, un enfoque práctico. Tercera edición. Ed. Mc Graw Hill 2. INCROPERA, DE WITT. Fundamentos de transferencia de calor. Cuarta edición. Ed. Thompson. 3. IBARZ, A. and GUSTAVO V. BARBOSA-CÁNOVAS. Unit Operation in food engineering. Ed. CRC. Unidad No. 6 Tema(s) a desarrollar

Intercambiadores de calor: tubos concéntricos, coraza y tubos, placas y otros.

Subtemas

Intercambiadores de tubos concéntricos y coraza • Características físico térmicas de los fluidos a temperatura promedio. • Balance de energía. • Calculo de los coeficientes de película para ambos fluidos. • Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor para cada uno de los equipos. • Cálculo del MLDT en contracorriente y paralelo. • Determinación del área de transferencia de calor. • Determinación de pérdidas de carga para cada fluido. Intercambiadores de placas: • Características físico térmicas de los fluidos a temperatura promedio. • Balance de energía. • Características de placas, disposiciones y pasos. • Características de diseño. • Balance de energía. • Número de unidades de transferencia. • Cálculo del MLDT.

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• Cálculo de los coeficientes de transferencia de calor en régimen laminar o turbulento. • Calculo del área de transferencia. • Cálculo del número de placas. • Determinación de pérdidas por carga. Cavas o cuartos fríos: • • • • •

Características del alimento a conservar. Propiedades físicas y térmicas. Condiciones de almacenamiento. Dimensiones del cuarto frío. Características de los materiales en: paredes, techo, piso y aislante térmico. • Determinación de los coeficientes globales de transferencia de calor. • Determinación de las cargas térmicas por paredes, techos, pisos, producto, motores, infiltración de aire, infiltración equivalente, presencia de luminarias, empaque, embalaje, estibas, y personal. • Selección de equipos: Condensador, difusor y compresor.

3 No. de semanas que se le dedicarán a esta unidad BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad: 4. KARLEKAR, F. Transferencia de calor. 2ª edición. Mc. Graw – Hill, México, 1994. 5. PERRY J. H. Chemical Engineering Handbook. 6ª edición. Mc. Graw Hill. 1992. 6. HOLMAN H. HP. Transferencia de calor C.E.C.S.A. México. 1986. 7. KERN, D. Q. Process Heat Transfer. Compañía Editorial Continental S.A. México. 1965.

Unidad No. 7 Tema(s) a desarrollar Subtemas

Evaporadores. • Definición, partes del evaporador. • Tipos de evaporadores. • Evaporadores de uno y múltiple efecto.

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• Aplicaciones en la industria de los alimentos: Concentración de leches y jugos. 1,5 No. de semanas que se le dedicarán a esta unidad BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad: 1. KERN, D. Q. Process Heat Transfer. Compañía Editorial Continental S.A. México. 1965. 2. IBARZ, A. and GUSTAVO V. BARBOSA-CÁNOVAS. Unit Operation in food engineering. Ed. CRC. 3. R. Paul Singh y Dennis R. Heldman. Introducción a la ingeniería de los alimentos. Ed. Acribia. Segunda Edición. 1984. 4. Jhon W. Zartha S. y Juan C. Palacio P. Operaciones y Procesos agroalimentarios. Ed. Universidad Pontificia Bolivariana. 2009. 5. http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/evaporation.htm

6. Unidad No. 8 Tema(s) a desarrollar

Tratamientos térmicos: pasteurización y congelación.

Subtemas

Esterilización:

esterilización

• Crecimiento Bacteriano (datos en grafica semilog, representación de muerte térmica, Valor D). • Curva de resistencia térmica valor Z. • Curva de tiempo de muerte térmica. • Equipos utilizados para la esterilización. • Historia de la temperatura durante el proceso de la esterilización. Pasterización: • Definición y objetivo de la pasterización. • Curva de la pasterizaron de la leche. • Destrucción de la fosfatasa alcalina. Congelación: • Curvas de congelación. • Congelación rápida.

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• Congelación lenta. • Calculo de la congelación. • Ejemplos. 2,5

No. de semanas que se le dedicarán a esta unidad BIBLIOGRAFÍA BÁSICA correspondiente a esta unidad:

1. R. Paul Singh y Dennis R. Heldman. Introducción a la ingeniería de los alimentos. Ed. Acribia. Segunda Edición. 1984. 2. IBARZ, A. and GUSTAVO V. BARBOSA-CÁNOVAS. Unit Operation in food engineering. Ed. CRC. 3. Jhon W. Zartha S. y Juan C. Palacio P. Operaciones y Procesos agroalimentarios. Ed. Universidad Pontificia Bolivariana. 2009.

METODOLOGÍA: Se diseñaran esquemas lógicos como los mapas conceptuales que permitan relacionar los diferentes conceptos del curso. El docente seleccionará ejemplos de un nivel de complejidad adecuado y proporcionará pistas para que el estudiante se encamine en la solución del problema y aplicación de los conceptos del curso, resaltando la importancia de los mismos para la carrera. Se construirán talleres que requieran manejar de manera secuencial y lógica, las herramientas que ofrece el curso, y permitiendo que el estudiante en el tiempo de trabajo independiente genere las dudas y adquiera las competencias que se buscan en la asignatura del mismo y se propondrán lecturas relacionadas con los conceptos que requieran de mayor análisis e interpretación por parte de los estudiantes.

EVALUACIÓN: La evaluación, como proceso inherente e inseparable de la enseñanza y del aprendizaje, cumple una función formativa, en la búsqueda de un permanente mejoramiento y, una función social, que implica la certificación académica del logro de los objetivos, el desarrollo de competencias, la adquisición

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de conocimientos y la incorporación de valores. Actividad Porcentaje Primer parcial Segundo parcial Tercer parcial Cuarto parcial Seguimiento

Fecha (día, mes, año) La programación se concertará con los estudiantes en el primer día de clase

BIBLIOGRAFÍA 7. KARLEKAR, F. Transferencia de calor. 2ª edición. Mc. Graw – Hill, México, 1994. 8. PERRY J. H. Chemical Engineering Handbook. 6ª edición. Mc. Graw Hill. 1992. 9. HOLMAN H. HP. Transferencia de calor C.E.C.S.A. México. 1986. 10. KERN, D. Q. Process Heat Transfer. Compañía Editorial Continental S.A. México. 1965. 11. ANTONIO LÓPEZ-GÓMEZ AND GUSTAVO V. BARBOSACÁNOVAS. Food plant design. 12. DONALD HOLDSWORTH AND RICARDO SIMPSON. Thermal processing of packaged food Transport Phenomena in Food Processing. 13. CENGEL, YUNUS. Transferencia de calor y masa, un enfoque práctico. Tercera edición. Ed. Mc Graw Hill 14. INCROPERA, DE WITT. Fundamentos de transferencia de calor. Cuarta edición. Ed. Thompson 15. R.L. EARLE. Ingeniería de los alimentos. Editorial Acribia. Segunda edición. 16. BRENNAN, J.G. ET AL. Las Operaciones de la Ingeniería de los Alimentos. Acribia, Zaragoza, España, 1980. 17. IBARZ, A. and GUSTAVO V. BARBOSA-CÁNOVAS. Unit Operation in food engineering. Ed. CRC. 18. R. Paul Singh y Dennis R. Heldman. Introducción a la ingeniería de los alimentos. Ed. Acribia. Segunda Edición. 1984. 19. Jhon W. Zartha S. y Juan C. Palacio P. Operaciones y Procesos agroalimentarios. Ed. Universidad Pontificia Bolivariana. 2009. Cibergrafía. http://rpaulsingh.com/ http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/evaporation.htm