TRANSFERENCIA DE CALOR DURANTE LA FRITURA DE RODAJAS

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TRANSFERENCIA DE CALOR DURANTE LA FRITURA DE RODAJAS DE PAPA 
Juan Camilo Moreno López
Laura Abad Gil
Resumen
El coeficiente de transferencia de calor durante la fritura de papa se determinó a diferentes temperaturas. 
La conductividad térmica y el calor específico de la muestra se expresaron como una función del tiempo.
La formación de corteza ocurrió principalmente en la superficie inferior de la rebanada de papa, por lo tanto, la fritura se examinó en la superficie inferior; Antes y después de la formación de la corteza. 
El coeficiente de convección oscilo 300 a 335 w/ m2 °C, para la superficie inferior antes de la formación de la corteza. Después de la formación de la corteza vario de 70 a 150 w/ m2 °C, para la superficie inferior dentro de rango de temperaturas de 150 a 190 °C.
Introducción
La fritura con grasa puede definirse como un proceso de Secado y cocción por contacto con aceite caliente.
Hay dos modos distintos de transferencia de calor durante Fritura con grasa, La conducción ocurre dentro del alimento y la convección que ocurre entre el aceite y el material. 
El objetivo de este estudio fue determinar el coeficiente de transferencia de calor convectivo en superficies horizontales durante la fritura de papas a varias temperaturas de aceite.
Materiales y métodos
Preparación de rodajas de papa:
Las papas fueron peladas, lavadas y cortas usando un dispositivo de corte de rodajas de 0.05 * 0,05 * 0,005 cm. La uniformidad de las rebanadas fue comprobado usando un calibrador (mitutuyo – japon). Las rebanadas se lavaron para eliminar el almidón libre y la superficie se secó con una toalla de papel antes de freír.
 
fritura y medición de temperatura:
Los experimentos se llevaron a cabo a una temperatura controlada y a una cantidad de aceite de 2 litros, las temperaturas fueron 150°, 160°, 170°, 180° y 190°C respectivamente, usando el aceite de girasol como medio de fritura.
La temperatura del producto se midió 0,1 cm por debajo de las superficies superior e inferior de la rodaja de papa por micro termocuplas cobre – constantan y registrado a intervalos de 10 segundos usando un data logger.
Cuando las temperaturas del aceite fueron de 180°C y 190°C, el rápido aumento de la temperatura produjo una rápida evaporación por eso el registro de datos se tomo en intervalos de 2 segundos. Los experimentos se repitieron al menos 5 veces.
Materiales y métodos
Análisis de muestras:
Las rodajas de papa se retiraron de la unidad de fritura en intervalos de 30 segundos (150, 160, 170 y 180 °C) y a intervalos de 15 segundos (190°C). El exceso de aceite se dreno con una toalla de papel por 2 minutos. Los siguientes análisis se llevaron a cabo cada uno por lo menos tres veces por cada condición experimental.
Calor específico:
El calor específico de las muestras se determinó usando un calorímetro diferencial de barrido. Con una sensibilidad de 6 micro W/cm a un rango de temperatura de 150 a 190°C.La velocidad de escaneo fue de 12°C /min. 
Materiales y métodos
Valoración de tono de la matriz:
El sistema se analizó antes y después de la formación de la corteza. Se grabó la fritura y se analizó la imagen obtenida. El valor del tono se determinó como una función del tiempo mediante el uso de software de análisis de imágenes. El tiempo de formación de la corteza fue estimado usando los valores de tono y se complementaron con inspección visual.
Materiales y métodos
Modelo matemático:
El cambio de temperatura de la muestra puede describirse por una ecuación de difusión en una dimensión.
Las condiciones iniciales y de frontera utilizadas para la ecuación son:
Materiales y métodos
Suponiendo que:
La distribución inicial de la temperatura en la muestra es uniforme.
El encogimiento es insignificante.
La densidad es constante durante la fritura.
La presión de vapor de humedad dentro del aceite es insignificante 
El coeficiente de masa convectiva se determinó usando la relación de Lewis:
Que puede escribirse como:
 
 
Materiales y métodos
Era necesario conocer las condiciones de ebullición en la interfaz. Dado que la temperatura de ebullición en la superficie no aumentaría, hasta que no se produzca evaporación suficiente, se utilizó el concepto de caída de temperatura. La temperatura de caída se calculó a partir de:
Los valores del coeficiente de transferencia por convección fueron determinados por un método de ensayo y error hasta encontrar el modelo más adecuado que cuadrara con los datos del modelo experimental.
Resultados y Discusión: 
Resultados y Discusión:
Ambos muestran una relación cuadrática con el tiempo de fritura. Figura 1: disminución del calor especifico a mayor tiempo y temperatura; figura 2: disminución de la conductividad térmica a mayor tiempo y temperatura.
En relación a la valoración de tono de la matriz (papa), disminuyo con la formación de la corteza, resultados en la tabla 1.
Resultados y Discusión:
Resultados y Discusión:
Se observó que la tasa de evaporación es significativamente afectada cuando el valor de tono de la matriz de la corteza fue 22 más o menos 0.5. El tiempo en que se obtuvo este valor de tono se definió como el tiempo de formación de corteza crítica y la fritura se examinó en dos partes: antes y después de este tiempo. 
La estructura y color de la corteza es principalmente una función de un efecto combinado del tiempo, temperatura y contenido de humedad. 
Resultados y Discusión
Figura 3: desarrollo de la temperatura interna de las rodajas de papa durante la fritura a 150 °C (a) 0,1 cm debajo de la superficie interior; (b) 0,1 cm debajo de la superficie exterior. Las líneas continuas representan el modelo. 
Resultados y Discusión:
Figura 7: desarrollo de la temperatura interna de las rodajas de patata durante fritura a 190 °C (a) 0,1 cm por debajo de la superficie interior; (b) 0,1 cm por debajo de la superficie exterior. Las líneas solidas representan el modelo.
Resultados y Discusión:
Se observó que la temperatura en la superficie exterior aumentaba hasta la temperatura de evaporación y seguía siendo constante. Sin embargo, en la superficie interior, después de la evaporación, la temperatura permaneció constante durante un corto periodo de tiempo y luego comenzó aumentar debido a la formación de la corteza.
Para el coeficiente de transferencia de calor convectivo se observa como aumenta a medida que aumenta la temperatura.
Resultados y Discusión: 
Tabla 2: promedio de los valores del coeficiente de transferencia de calor convectivo durante la fritura de rodajas de papas.
Conclusiones:
la conductividad térmica de las papas fritas a la francesa disminuyo con el tiempo y la temperatura.
la formación de la corteza se produjo principalmente en la superficie interior de la papa y se hizo más gruesa mostrando una mayor resistencia a la evaporación.
Los valores de tono durante la fritura disminuyeron debido a la formación de la corteza.
Al realizar la prueba de rangos múltiples de Duncan no se detectaron diferencias significativas entre los tiempos de fritura después del tiempo crítico de formación de la corteza.
Conclusiones:
Se encontró una buena relación entre el perfil de temperatura experimental y el simulado en las superficies exterior e interior a diferentes temperaturas de fritura
el coeficiente de transferencia de calor convectivo en la superficie exterior era menor en comparación con el de la superficie interior, ya que el efecto aislante de las burbujas de vapor de agua se hizo más significativo en la superficie exterior. (antes de la formación de la corteza)
el coeficiente de transferencia de calor convectivo en la superficie interior disminuyo después de la formación de la corteza