Materiales para intercambio de calor
Un material con elevada conductividad térmica, o con alta capacidad térmica volumétrica, será más eficaz para la eliminación de calor que otro con escasa conductividad térmica o con reducida capacidad térmica volumétrica bajo las mismas condiciones de contacto térmico. También será importante la temperatura del medio para el intercambio de calor; cuanto más baja sea la temperatura, mayor será la fuerza impulsora para el intercambio de calor, que será más rápido.
Téngase presente que un material con baja capacidad térmica aumentará de temperatura con bastante rapidez con un incremento relativamente pequeño en el contenido de calor, y así puede ser difícil mantener una baja temperatura en un medio para intercambio de calor con esta característica. La capacidad térmica volumétrica del aire es baja, y su conductividad térmica reducida, y así para que el aire sea un material eficaz para intercambio de calor, debe encontrarse a baja temperatura, y la superficie del producto debe ponerse en contacto con un gran volumen de aire en un corto plazo de tiempo, para eliminar suficiente calor y mantener al mismo tiempo la baja temperatura del aire. Así, aunque el aire es un medio ineficaz para el intercambio de calor, el aire muy frío y que circula a gran velocidad puede resultar muy efectivo.
El metal frío puede ser un material muy efectivo para el intercambio de calor, debido a su capacidad para eliminar calor con rapidez debido a su conductividad térmica, aunque esto obliga a mantener un contacto efectivo entre las superficies del producto y del metal. Cualquier fallo en el contacto entre producto y metal actúa como un aislador que reducir a la eficacia del intercambio de calor. Otro requisito consiste en que el metal debe ser capaz de transferir el calor que recoge hacia un depósito eficaz de calor.
Los líquidos pueden constituir un buen medio para el intercambio de calor, debido a su capacidad térmica volumétrica. Un líquido a baja temperatura puede ser usado eficazmente para la congelación. La salmuera fría constituye un ejemplo. La inmersión proporciona un buen contacto con la superficie del producto. Para mejorar la capacidad térmica volumétrica, puede ser útil un medio para intercambio de calor que experimente cambio de fase, porque el calor latente necesario para el cambio de fase puede ser extraído del producto, sin que aumente la temperatura del medio empleado para el intercambio de calor. Así puede mantenerse la fuerza impulsora de la baja temperatura para el intercambio de calor.
Los materiales que experimentan cambio de fase a bajas temperaturas y que se usan de forma corriente son nitrógeno líquido, dióxido de carbono sólido, y freon líquido. El nitrógeno líquido, que hierve a –194°C puede ser un refrigerante muy eficaz. Además de la lenta pía del cambio de fase, existe la posibilidad de intercambio térmico gaseoso con gas muy frío que puede moverse a gran velocidad.
El dióxido de carbono sólido, que elimina calor cuando se sublima a unos 80°C, produce también un gas frío. Los clorofluorocarbonos líquidos, por ejemplo, Freon 12, que hierve a unos –40°C, pueden ser también unos intercambiadores de calor muy efectivos, debido a su excelente contacto térmico. Sin embargo, ya no se recomienda el empleo de clorofluorocarbonos como congelantes líquidos, debido a las consecuencias ambientales que supone su escape hacia la atmósfera. Los métodos para intercambio de calor que utilizan estos diferentes medios serán estudiados más adelante al tratar sobre los aspectos prácticos de la congelación.
Fuente: Apuntes de Industrialización de frutas y hortalizas de la UNIDEG
