CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE LOS MATERIALES DE CAMBIO DE FASE DE LOS ALIMENTOS

Conductividad térmica de los materiales de cambio de fase de los alimentos

El medidor de conductividad térmica de líquidos de hilo caliente transitorio (THW-L1) es un instrumento analítico de precisión para medir directamente la conductividad térmica de líquidos y pastas de baja viscosidad, de 10 a 200 °C.

Imagen 1. Medidor de conductividad térmica de líquidos Thermtest THW-L1

El medidor de conductividad térmica de líquidos Thermtest de hilo caliente transitorio (THW-L1) es un sistema de medición avanzado para la determinación directa de líquidos y pastas de conductividad térmica de acuerdo con la norma ASTM D7896-19: método de prueba estándar para la conductividad térmica de los refrigerantes del motor y fluidos relacionados por Método de conductividad térmica líquida de alambre caliente transitorio.

El medidor THW-L1 fue diseñado pensando en la velocidad y la simplicidad operativa. Con una sola medición de 1 segundo de duración, se pueden medir con exactitud y precisión pequeños volúmenes de líquidos y pastas de baja viscosidad en cuanto a conductividad térmica, difusividad térmica y calor específico. El medidor THW-L1 utiliza un enfoque de medición no estacionario y tiempos de prueba rápidos, lo que limita los efectos convectivos para muestras con una amplia gama de viscosidades (0,1 a 10 000 000 mPas).

Accesorios de medición

Para las medidas de los Materiales de Cambio de Fase (PCM), se utiliza una celda novedosa con fácil acceso a la carga. El diseño de resorte único permite la expansión y contracción de la muestra al tiempo que garantiza que la muestra esté en contacto constante con el cable THW durante las mediciones. El resorte en la parte inferior de la celda permite mediciones de conductividad térmica sobre temperaturas para la expansión térmica de fluidos hasta un 15%.

Conductividad Térmica Del Aceite De Coco

El aceite de coco (Imagen 2) es sólido o semisólido a temperatura ambiente y su composición es una mezcla de ácidos grasos como el ácido láurico, ácido mirístico, ácido caprílico, ácido palmítico, ácido oleico, ácido cáprico, ácido esteárico y ácido linoleico.

Para las mediciones de conductividad térmica de 10 a 80 °C, se utilizó una muestra de aceite de coco virgen orgánico. La celda de prueba y el sensor se calentaron a 70 °C; Luego, el aceite de coco derretido se vertió dentro de la celda de prueba. El fondo accionado por resorte se atornilló y comenzaron las mediciones.

Imagen 2. Muestra de Aceite de Coco en estado sólido.

En la Figura 1 se dan todas las medidas tomadas con el dispositivo THW-L1. La repetibilidad de las mediciones es superior al 1 % incluso en el rango de temperatura de cambio de fase de 15 a 20 °C.

La Figura 2 muestra solo una corrida de solidificación y una de fusión. Se puede notar que incluso si la conductividad térmica en la región de cambio de fase se ve afectada por los procesos exotérmicos y endotérmicos, el efecto es mayor también durante el proceso de fusión endotérmica.

Figura 1. Mediciones de conductividad térmica de la muestra de aceite de coco que muestran todas las corridas de medición

Figura 2. Mediciones de conductividad térmica de la muestra de aceite de coco que muestran una ejecución de medición

Conductividad Térmica De Las Chispas De Chocolate

Otro material alimentario de cambio de fase utilizado para esta hoja de aplicación son las chispas de chocolate (Imagen 3). La celda de prueba con la parte inferior cargada por resorte y el sensor THW-L1 atornillado se precalentó en el dispositivo THW-L1 hasta 80 °C. Las chispas de chocolate se derritieron lentamente para evitar que se quemaran y se vertieron dentro de la celda de prueba tibia.

Imagen 3. Muestra de las chispas de chocolate utilizadas para las mediciones de PCM.

Múltiples series de mediciones de temperatura de 80 °C a 10 °C y luego de 10 a 80 °C permitieron registrar la conductividad térmica durante la solidificación y fusión de las chispas de chocolate. En la Figura 3 se presentan todas las medidas tomadas con el sensor THW-L1. Como puede verse, las mediciones son muy repetibles durante todo el tiempo de medición y el rango de temperatura.

El rango de temperatura entre 15 y 25 °C es la región de cambio de fase. Las medidas de conductividad térmica no son los valores reales, ya que se ven afectadas por los procesos endotérmicos y exotérmicos de las muestras a estas temperaturas.

La Figura 4, muestra el diferente comportamiento de la muestra durante la solidificación y fusión. Se puede observar que el proceso exotérmico durante la solidificación del chocolate afecta menos la conductividad térmica, en comparación con el proceso endotérmico inverso durante la fusión del chocolate.