Este documento discute las propiedades térmicas de los alimentos como el calor específico, la conductividad térmica y la difusividad térmica. Explica cómo estas propiedades dependen de la composición, humedad y temperatura de los alimentos. También proporciona ecuaciones para calcular estas propiedades térmicas para diferentes alimentos y ejemplos numéricos.

1. Enrique Alfonso Cabeza Herrera.
Ph.D en Ciencia y Tecnología de los Alimentos
Especialista en Protección de Alimentos
Departamento de Microbiología
Universidad de Pamplona

2. Introducción
 El calor puede transmitirse a través de
un medio material o en ausencia de él.
La gran variedad de alimentos que se
procesan mediante intercambiadores de
calor suelen plantear a menudo
problemas específicos propios, por lo
que en cada caso deben tenerse en
cuenta lo siguiente:

3. Introducción
1.1. Propiedades térmicas:Propiedades térmicas: calor
específico, conductividad térmica y
difusividad de los alimentos y
materiales.
2.2. Mecanismo de transmisión de calor:Mecanismo de transmisión de calor:
Conducción, convección, radiación.
3.3. Estado estacionario y noEstado estacionario y no
estacionarioestacionario

4. Propiedades Térmicas de
los Alimentos

5. Calor Específico cp
Cantidad de calor ganado o
perdido por una unidad de
peso de producto para
provocar un determinado
incremento de temperatura,
sin que tenga lugar un
cambio de estado

6. Calor Específico
Q
Cp =
M (ΔT)
KJ
Cp =
Kg ºC
Cp = Calor específico
Q = Calor ganado o perdido (Kj)
M = Masa (Kg).
ΔT = incremento de temperatura del material (ºC)

7. Calor Específico
El calor específico de un producto depende de:
1. Composición.
2. Humedad.
3. Temperatura.
4. Presión.
Cp1
= 1,675 + 0,025w(Productos cárnicos con Humedad entre 26 y 100%)
(Zumos de frutas con Humedad mayor al 50%)
Cp2
= 1,424mc + 1,549mp + 1,675mf + 0,837ma + 4,187mm
1= w es el contenido en agua expresada en %
2= m es la fracción en peso
http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp/search/

8. Calor Específico
Ejercicio 1. Predecir el calor específico de un alimento-
modelo con la siguiente composición: hidratos de
carbono 40%, proteínas 20%, grasa 10%, cenizas
5% y humedad 25%. Respuesta: 2,14 Kj/Kg*ºC.
Cp = 1,424mc + 1,549mp + 1,675mf + 0,837ma + 4,187mm

9. Conductividad Térmica
k
Medida de la velocidad con la que el calor se
transmite a través de un espesor unidad de
ese material cuando existe un gradiente de
temperatura unidad entre sus extremos.
La conductividad provee un medio para
cuantificar las propiedades de transmisión
de calor de los materiales sólidos.

10. Conductividad térmica
(T1 – T2)
Q = kA
X
J
k =
s m ºC
Q = tasa de transferencia de calor (J/s) o (W)
k = Constante de conductividad térmica
A = Área transversal (m2
)
(T1- T2)/X = es el gradiente de temperatura (ºC/m)
Se puede expresar como Btu/h*ft*ºF; 1 Btu /h ft ºF= 1,731 W/mºC o ºK
W
k =
m ºC

11. Conductividad Térmica
MaterialMaterial Temperatura (ºC)Temperatura (ºC) k (W/m*ºC)k (W/m*ºC)
PlataPlata 0 428
CobreCobre 0 / 100 403 / 395
AluminioAluminio 20 218
Acero inoxidableAcero inoxidable 0 8 a 16
VidrioVidrio 0 0,1 a 1,0
HieloHielo 0 2,3
AguaAgua 0 / 20 0,573 / 0,597
AireAire 0 / 20 0,0242 / 0,0251
Alcohol etílicoAlcohol etílico 20 0,24
CarneCarne 0 0,491
Carne congeladaCarne congelada 0 1,37
AlmidónAlmidón 0 0,15
Manzana (verde / roja)Manzana (verde / roja) (20) 0,422 / 0,513

12. Conductividad Térmica de
Alimentos
 Son malos conductores del calor.
 Influenciada por: composición (el agua
ejerce la mayor influencia), la presión y la
temperatura.
 Algunos materiales biológicos y alimentos
preparados tienen diferentes
conductividades según la dirección que se
considere, sus propiedades están
direccionalmente orientadas, es decir son
anisótropos. Ej.: carne y el pescado.
 La conductividad térmica disminuye en la
medida que el alimento se va secando.

13. Conductividad Térmica de
Alimentos
Ecuaciones de conductividad térmica de
los Alimentos
k = 0,148 + 0,00493w(Frutas y verduras con Humedad mayor a 60%)
k = 0,08 + 0,0052w (Carnes con Humedad del 60-80% y ºT 0 y 60ºC)
k = 0,0324 + 0,3294mm (Pescado)
k = 0,564 + 0,0858mm (Sorgo)
k = 0,25mc + 0,155mp + 0,16mf + 0,135ma + 0,58mm

14. Efecto de la composición
 Modelo paralelo
k = vsks + vwkw + ….. vnkn
V = Fracción en volumen
k = Conductividad térmica
 Modelo perpendicular
1/k = (vs/ks) + (vwkw) + …. (vn/kn)

15. Efecto de la composición
Componente k (en fracción)
Aire kair = 0,025
Proteína kp = 0,20
Carbohidrato kc = 0,245
Sólidos ks = 0,26
Grasa kf = 0,18
Agua kw = 0,6
Hielo ki = 2,24

16. Conductividad Térmica de
Alimentos
Ejercicio 1. Calcular la conductividad de una
carne de ternera con un 60,1% de
humedad. Respuesta: 0,393 W/mºC.
k = 0,08 + 0,0052w

17. Conductividad Térmica de
Alimentos
Ejercicio 2.
Calcular la conductividad térmica de una
manzana cuya composición es 0,844 veces
agua y 0,156 veces sólido (fracción de
masa), si las densidades del agua y el
sólido son 1,00 g/m y 1,59 g/m,
respectivamente.
Respuesta:
0,565 W/mºC (modelo paralelo)
0,528 W/mºC (modelo
perpendicular)

18. Difusividad de los
Alimentos α
 La difusividad térmica (a) es la relación
entre la conductividad térmica y el calor
específico del producto multiplicado por
su densidad.
a = k/(d*Cp) unidades de a = m2
/s
a = (J/s*m*ºC)/{(Kg/m3
)*(J/Kg*ºC)}

19. Difusividad de los
Alimentos
 La difusividad térmica de los alimentos
da una medida dela rapidez del cambio
de temperatura cuando hay
calentamiento o enfriamiento, es decir,
cuan rápido se calienta o enfría el
alimento.
 Los materiales con difusividad alta se
calientan rápidamente, y viceverza.