Photo002

gdzie: X_p - przewodność cieplna produktu spożywczego, W/(m • K): (p - ułamek 1 kg wody przypadającej na 1 kg produktu.

Przewodność cieplna wzrasta w czasie zamrażania żywności głównie z tego powodu, że przewodność lodu jest około czterokrotnie większa od przewodności wody.

Opublikowano wiele eksperymentalnych wzorów służących do obliczania przewodności cieplnej poszczególnych produktów spożywczych na podstawie znajomości fizycznych i chemicznych wartości łatwych do określenia. Na przykład na przewodnictwo cieplne X Sweat podał wzory: dla świeżych owoców i warzyw A = 0,148 + 0,00493w 20 <T< 65 60 < w dla mięsa

X = 0,0798 + 0,00517w 0 <T<70 60 < w < 80

X = 0,284 + 0,0194w-0,00923 r

-40<T<-5

65 < w< 80

gdzie: X - przewodność cieplna, W/(m • K); T - temperatura, °C; w - zawartość wody w żywności, % wag.

W tablicy 5.1 podano przewodność cieplną niektórych produktów spożywczych. W praktyce elementem przewodzącym ciepło jest zwykle metalowa ścianka urządzenia grzejnego lub oziębiającego.

Wartość współczynnika X wyrażona w W/(m- K) wynosi: dla większości materiałów budowalnych 0,35-0,90; dla materiałów izolacyjnych 0,02-0,12; dla metali od 6 aż do 460 (np. srebro - 458, miedź - od 350 do 420, glin - 200, żelazo - 63, stal od 46 do 52, stal nierdzewna ok. 23); dla szkła od 0,44 do 0,93, średnio 0,70.

Tablica 5.1. Przewodność cieplna właściwa niektórych produktów spożywczych w zakresie temperatur od 0 do 30°C

Produkt spożywczy	Przewodność cieplna właściwa W/(m • K)
Mięso wołowe	0,45
Mięso kurczaka	0,41
Ryby (dorsz)	0,46
Tłuszcze zwierzęce	0,150
Mleko	0,58-0,65
Masa jajeczna	0,29

Ponieważ woda i bogate w wodę tkanki roślinne i zwierzęce mają stosunkowo małą przewodność cieplną (woda w temp. 20°C: 0,60 W/(m- K) oraz w temp. 100°C: 0,68 W/(m- K)), przeto w celu przyspieszenia tempa nagrzewania (lub studzenia) tego rodzaju stałych ośrodków, przy niemożności wykorzystania tu w/istotnym stopniu przenoszenia ciepła sposobem konwekcyjnym, należy się starać zwiększać temperaturę czynnika grzejnego (lub stosować możliwie niską temperaturę czynnika oziębiającego) albo zmniejszyć drogę, przez którą ciepło musi przenikać, stosując w tym celu rozbudowany układ grzejny lub chłodniczy, lub rozdrabniając materiał ogrzewany (chłodzony).

5.2.2. Konwekcja albo przenoszenie ciepła

Gęstość wszystkich substancji zmienia się wraz ze zmianą temperatury. W ciałach stałych siły wiążące występujące między cząsteczkami są wystarczające do utrzymania ich we względnie stałej pozycji. Jednak w płynach (w cieczach, paiach, gazach), jakakolwiek różnica gęstości wywołana różnicą temperatur powoduje ruch masy w celu wyrównania gęstości ośrodka. Przenoszenie ciepła w materii przez przemieszczanie się (płynięcie) płynu nazywa się konwekcją ciepła.

Konwekcja jest zasadniczo operacją mieszania i każda metoda zwiększająca szybkość mieszania odpowiednio zwiększa szybkość konwekcji ciepła. Gdy mieszanie odbywa się wolno w polu grawitacji, proces nazywa się konwekcją wolną. Jeżeli mieszanie jest przyspieszone mechanicznie, nazywa się je konwekcją wymuszoną. Zjawisko konwekcji ma duży wpływ np. na warunki doprowadzania ciepła do jakiejś przegrody (np. do płaszcza parowego w wyparce) oraz odprowadzania ciepła w ośrodku ogrzewanym z drugiej strony przegrody. W rezultacie konwekcja daje możność wielokrotnego przyspieszania tempa nagrzewania się (lub oziębiania) ośrodka reprezentowanego przez jakiś ciekły lub półciekły, niekiedy nawet sypki surowiec, półprodukt czy produkt spożywczy.

Ilość ciepła Q (J), która od powierzchni F (m²) ciała o temperaturze /_pow (°C) przejdzie do ośrodka zimniejszego o temperaturze ł_oir, (°C) w czasie t(s), zgodnie z prawem Newtona o chłodzeniu, określa się jako

Q ~ (%F (,tpow ~^ośi-j) ^

gdzie: a - współczynnik proporcjonalności nazywamy współczynnikiem przenikania lub wnikania ciepła albo współczynnikiem powierzchniowego przenoszenia ciepła, albo przejmowalności energii cieplnej W/(m² • K).

Ze zjawiskiem pobierania ciepła z przegrody F sposobem konwekcyjnym przez ośrodek chłodniejszy jest związane nierozłącznie równoczesne zjawisko dostarczania ciepła przez ośrodek cieplejszy, znajdujący się z drugiej strony przegrody F, tak że jednocześnie mamy

Q ~ OC^F (tośr_c ^— (jow)

przy czym t_oirc. >t_oif2. Współczynnik przenikania ciepła otj symbolizuje zdolność oddawania ciepła przez ośrodek cieplejszy o temp. t_ośrc przegrodzie o temp. /_pow, która z kolei odda to ciepło ośrodkowi chłodnemu o temp. t_oiT..

171