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TECNOLOGIE DELLE APPLICAZIONI FRIGORIFERE
PER LO SCOMPARTO ABASSA TEMPERATURA
Tipico dei mono porta.
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Non vale la data di scadenza perché la T non è adeguata.
Da qui in poi vale la data di scadenza riportata in etichetta.
CATEGORIE DI CONGELATORI DOMESTICI
- Orizzontale
Può ospitare prodotti con dimensioni maggiori vista la mancanza di scomparti ma rischia di diventare più "disordinato" e di sedimentarsi qualcuno sul fondo. - Verticale
Più organizzato ma non permette lo stoccaggio di prodotti voluminosi. Può possedere cassetti atti al congelamento rapido.
CONSUMI ENERGETICI
Il frigorifero ed il congelatore sono gli elettrodomestici con i consumi maggiori, circa un sesto del consumo. Per questa ragione è importante gestirlo bene.
A livello industriale c'è un lavoro intenso di ricerca per ridurre i consumi. Questo perché anche le celle industriali hanno consumi molto elevati.
Etichetta energetica
Informazioni che devono
- identificazione
- classe di efficienza energetica ed eventuale ecolabel
- consumo di energia in kWh/anno
- capacità/codice a stelle
- rumorosità
- T: tropicale, fino a 43°C
- ST: semitropicale, fino a 35°C
- N: normale, fino a 32°C
Congelamento e surgelazione sono fenomeni identici, varia solo il tempo. Due fenomeni fondamentali governano il congelamento:
-
ABBASSAMENTO DELLA TEMPERATURA
Inibisce la crescita dei mo alteranti e patogeni, riduce anche le velocità delle reazioni biochimiche a carico degli alimenti.
-
CAMBIAMENTO DI STATO DELL'ACQUA
Rende indisponibile l'acqua alle reazioni chimiche, biochimiche e biologiche. Nella porzione di acqua non congelata la concentrazione delle sostanze in soluzione abbassa notevolmente l'aw.
Il congelamento include due processi successivi:
-
NUCLEAZIONE
Formazione dei cristalli di ghiaccio
-
PROPAGAZIONE
Accrescimento delle dimensioni dei cristalli
Queste due fasi sono regolate da due fattori:
-
Termodinamici
Definiscono la fattibilità del processo, determinando il punto di
equilibrio (può avvenire? Si/no) - Cinetici
Determina la velocità con cui avviene il processo. Determina la differenza tra congelamento e surgelazione.
Durante il congelamento hanno importanza entrambi i fattori, l'uno prevalendo sull'altro a seconda della fase del processo
RIMOZIONE DEL CALORE
Dobbiamo abbassare i contenuti termico del prodotto per far avvenire il congelamento. Il calore da sottrarre sarà diviso in una quota di calore sensibile e una di calore latente.
SOTTORAFFREDDAMENTO
Riducendo la temperatura al di sotto di 0°C non si verifica immediatamente alcun passaggio di stato. L'abbassamento della temperatura al di sotto di 0°C non si traduce in un immediato cambiamento di fase, ma produce uno stato termodinamicamente instabile, durante il quale ha inizio la formazione di aggregati submicroscopici di acqua (nuclei) necessari per la trasformazione da liquido a solido.
L'abbassamento di temperatura necessario perché si verifichi la
TECNOLOGIE DELLE APPLICAZIONI FRIGORIFERE → NUCLEAZIONE: Disposizione di molecole in particelle ordinate di dimensioni sufficienti a sopravvivere e a diventare sito per la crescita dei cristalli. È necessaria perché avvenga il congelamento e può essere considerata un passaggio critico che precede la solidificazione completa. Durante la nucleazione è rilasciato
calore latente di cristallizzazione. Sulla superficie dei cristalli si verifica un continuo interscambio di molecole di acqua tra la fase liquida e quella solida. È la prima fase di interazione tra le molecole. Se non si ha questa fase, con la creazione di nuclei stabili, non si avrà l'aggregazione che genera propagazione.
Possiamo avere nucleazione:
- Omogenea: ha luogo nell'acqua priva di impurità. Richiede un maggior grado di sotto raffreddamento.
- Eterogenea: ha luogo quando le molecole di acqua si aggregano su agenti di nucleazione. In sistemi complessi, come gli alimenti, la nucleazione eterogenea è più importante di quella omogenea. Nelle emulsioni diventa importante anche la nucleazione omogenea, perché abbiamo goccioline di acqua e di grassi puri.
r* è il raggio critico in corrispondenza del quale il cluster presenta uguale probabilità di accrescersi o disintegrarsi.
La curva centrale è la sommatoria dei
duemezzi. All'inizio il raggio dei nuclei è così piccolo che fa prevalere la curva positiva. All'aumentare del raggio prevale la curva negativa. La curva è negativa perché delta G è ottenuta sottraendo all'energia libera del solido l'energia libera del liquido (nel liquido le particelle hanno più gradi di libertà e quindi più energia libera). La curva determina quindi la dimensione minima del nucleo. I fattori che influenzano r* sono: - L'energia libera interfacciale - Il calore latente di fusione - Il grado di sotto raffreddamento Più è basso r* minore è il numero di molecole di acqua che si devono unire e più facilmente ottenibile è la nucleazione. Più elevato è il grado di sotto raffreddamento minore è r*. 23TECNOLOGIE DELLE APPLICAZIONI FRIGORIFEREA parità di raggio il volume della goccia è molto inferiore in caso di nucleazione eterogenea.per questa ragione è un fenomeno notevolmente vantaggioso.
VELOCITÀ DI NUCLEAZIONE è molto dipendente dalla temperatura del mezzo refrigerante. Un elevato grado di sotto raffreddamento iniziale aumenta la velocità.
VELOCITÀ DI PROPAGAZIONE
La crescita del cristallo è controllata da:
- velocità di rimozione del calore latente
- velocità del trasferimento di massa
- grado di sotto raffreddamento.
Velocità di nucleazione e di crescita dei cristalli di ghiaccio.
Delta T è dato dalla differenza tra Tic (temperatura teorica di inizio congelamento) e T (temperatura attuale).
La velocità di accrescimento dei cristalli non è una semplice funzione lineare del grado di sottoraffreddamento.
CURVE DI CONGELAMENTO
La velocità di accrescimento dei cristalli non è una semplice funzione lineare del grado di sotto raffreddamento.
Il grafico rappresenta la curva di congelamento dell'acqua pura.
Tf è la temperatura
iniziale di congelamento e tf è il tempo di congelamento determianto sperimentalmente. All'aumentare della quantità di ghiaccio, la velocità di trasferimento del calore aumenta poiché la conducibilità termica, la diffusività e la capacità termica del ghiaccio differiscono notevolmente da quelle dell'acqua. La capacità termica del ghiaccio differisce notevolmente da quella dell'acqua. Il congelamento di un prodotto alimentare è più complesso del congelamento dell'acqua pura. - B' è più alto di B perché la nucleazione eterogenea richiede un maggior grado di sottoraffreddamento. - C' è più basso di C perché la presenza di soluti abbassa il punto criogenico. - Tra C' e D' la temperatura non è costante perché i soluti non congelano e si concentrano sempre più nella fase liquida, con il conseguente abbassamento della temperatura.temperatura crioscopica.- D’ tutta l’acqua congelabile ha effettuato il passaggio di stato, da questo punto in poi la temperatura tende a quella della sorgente fredda.
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Le curve di congelamento variano al variare della velocità del processo, se il congelamento avviene troppo velocemente i punti non saranno distinguibili.
ABBASSAMENTO CRIOSCOPICO Il punto crioscopico si ottiene incrociando le curve PV/T della soluzione e del ghiaccio.
A: acqua pura
B: ghiaccio
C e D: soluzioni a concentrazione crescente di soluto
Se nell’acqua sono presenti soluti, le pressioni parziali di vapore della soluzione e del ghiaccio sono uguali a temperature inferiori a 0°C. Tale abbassamento di temperatura prende il nome di abbassamento crioscopico e segue la legge di Raoult:
- p0 = pressione parziale di vapore dell’acqua pura
- p = pressione parziale di vapore dell’acqua in soluzione
- x = frazione molare di soluto
EFFETTI DEL
CONGELAMENTO CELLULE E TESSUTI
Nei tessuti vegetali e animali la presenza di barriere al movimento dell'acqua costituisce un elemento di ulteriore complessità nei fenomeni del congelamento.
La localizzazione dei cristalli di ghiaccio può dipendere da:
- natura delle cellule
La formazione di cristalli intracellulari è favorita da membrane poco permeabili che impediscono la fuoriuscita dell'acqua.
- velocità di congelamento
lento (<1°C/min.)
Generalmente provoca la formazione di cristalli di ghiaccio nelle regioni extracellulari.
TECNOLOGIE DELLE APPLICA
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