Ba phương thức truyền nhiệt chính trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Sự truyền nhiệt xảy ra trong tự nhiên, khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai điểm. Một lượng nhiệt sẽ truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Sự truyền nhiệt này xảy ra theo ba phương thức truyền nhiệt như sau:
1) Dẫn truyền nhiệt.
2) Đối lưu nhiệt.
3) Bức xạ nhiệt.
Trong chế biến thực phẩm quá trình truyền nhiệt theo các phương thức trên cũng được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị như: gia nhiệt, làm nguội, cô đặc, đông lạnh nhanh, thanh trùng, tiệt trùng ….
Như hình vẽ mô phỏng đơn giản ở trên (đun nóng dung dịch chất lỏng được đựng trong nồi), chúng ta có thể nhận thấy rằng nguồn nhiệt (có giá trị lớn) được truyền qua thành vách nồi (vật thể rắn) để chứa dung dịch chất lỏng có nhiệt độ thấp hơn thông qua vật thể rắn nguyên khối (thành nồi) được hiểu là vật truyền dẫn nhiệt từ nguồn nhiệt sang cho dung dịch chất lỏng (tiếp thu nhiệt).
Sau một thời gian (nhiệt độ được truyền dẫn qua chiều dày của vật thể) – phương thức truyền dẫn nhiệt xảy ra nên bề mặt bên ngoài và bên trong nồi chứa sẽ nóng lên. Do có sự tiếp xúc trực tiếp với dung dịch chất lỏng, dẫn tới nhiệt độ dung dịch sẽ liên tục gia tăng – hiện tượng đôi lưu nhiệt xuất hiện sẽ làm nóng dung dịch chất lỏng.
Khi bề mặt bên ngoài của vật thể (nồi chứa) dung dịch chất lỏng được làm nóng lên đạt giá trị nhiệt lớn hơn giá trị nhiệt độ môi trường và tỏa nhiệt làm nóng không khí xung quanh – hiện tượng (phương thức) bức xạ nhiệt xuất hiện.
Ba phương thức truyền nhiệt chính trong chế biến thực phẩm lần lượt sẽ được giới thiệu sau đây:
Phương thức 1: truyền dẫn nhiệt
Phương thức truyền dẫn nhiệt xảy ra khi có sự tiếp xúc giữa các thành phần của vật thể có nhiệt độ khác nhau.
Sự dẫn nhiệt thường chủ yếu diễn ra trong các chất rắn, tuy nhiên hiện tượng này cũng chung cho vật chất ở cả ba trạng thái rắn, lỏng và khí.
Truyền dẫn nhiệt là phương thức phổ biến trong quá trình làm nóng / làm lạnh các vật liệu rắn không trong suốt. (Ví dụ trong chế biến thực phẩm, quá trình sấy nông sản như sấy gạo, tiêu, các loại hạt,…).
Theo các nhà khoa học, có hai giả thiết được đưa ra để mô tả sự dẫn truyền nhiệt. Giả thiết thứ nhất cho rằng sự dẫn truyền nhiệt giống sự dẫn truyền năng lượng của phân tử trong vật thể rắn. Khi các phân tử trong vật liệu rắn đạt được năng lượng nhiệt bổ sung, chúng sẽ trở nên giàu năng lượng hơn và truyền năng lượng sang các phân tử xung quanh.
Những dao động này được truyền từ phân tử này sang phân tử khác mà không có chuyển động tịnh tiến thực tế của các phân tử. Do đó, nhiệt được truyền từ những vùng có nhiệt độ cao hơn đến những vùng có nhiệt độ thấp hơn trong vật thể rắn.
Một ví dụ thực tế về sự dẫn truyền nhiệt trong quá trình rán/ nấu chín thực phẩm, nhiệt độ được tạo ra từ nguồn nhiệt (bếp điện, bếp than, bếp gas) sẽ làm cho bề mặt bên ngoài của chảo rán trở nên nóng hơn bề mặt bên trong và do thực phẩm được tiếp xúc trực tiếp với bề mặt bên trong của chảo rán nên cũng được gia nhiệt nóng lên để được nấu chín.
Sự truyền nhiệt từ bề mặt bên ngoài vào bề mặt bên trong của chảo rán phụ thuộc vào bề dầy và đặc tính/ thành phần nguyên tử của vật liệu kim loại làm thành chảo rán.
Như hình vẽ mô phỏng đơn giản (đun nóng dung dịch chất lỏng được đựng trong nồi), chúng ta có thể nhận thấy rằng nguồn nhiệt (có giá trị lớn) được truyền qua thành vách nồi (vật thể rắn) để chứa dung dịch chất lỏng có nhiệt độ thấp hơn thông qua vật thể rắn nguyên khối (thành nồi) được hiểu là vật truyền dẫn nhiệt từ nguồn nhiệt sang cho dung dịch chất lỏng (tiếp thu nhiệt).
Sau một thời gian (nhiệt độ được truyền dẫn qua chiều dày của vật thể) – phương thức truyền dẫn nhiệt xảy ra nên bề mặt bên ngoài và bên trong nồi chứa sẽ nóng lên. Do có sự tiếp xúc trực tiếp với dung dịch chất lỏng, dẫn tới nhiệt độ dung dịch sẽ liên tục gia tăng – hiện tượng đôi lưu nhiệt xuất hiện sẽ làm nóng dung dịch chất lỏng.
Khi bề mặt bên ngoài của vật thể (nồi chứa) dung dịch chất lỏng được làm nóng lên đạt giá trị nhiệt lớn hơn giá trị nhiệt độ môi trường và tỏa nhiệt làm nóng không khí xung quanh – hiện tượng (phương thức) bức xạ nhiệt xuất hiện.
Phương thức 2: đối lưu nhiệt
Phương thức đối lưu nhiệt là phương thức truyền dẫn nhiệt thường diễn ra khi chất lỏng hoặc chất khí (gọi chung là lưu chất) tiếp xúc với một chất rắn. Sự trao đổi nhiệt giữa vật thể rắn và dòng lưu chất (khí hoặc lỏng) sẽ diễn ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ ở tại vị trí tiếp xúc với nhau.
Phương thức đối lưu nhiệt được áp dụng rất nhiều trong chế biến thực phẩm. Ví dụ quá trình là nóng hoặc làm nguội sữa trong thiết bị thanh trùng/tiệt trùng bản mỏng. Hoặc quá trình làm nóng hoặc làm nguội trong thiết bị sấy/làm nguội tầng sôi.
Phương thức đối lưu nhiệt được chia ra làm hai nhóm:
Nhóm 1: chất lỏng tiếp xúc với bề mặt rắn (ví dụ dòng chất lỏng (nước, sữa, hay nước dịch quả) tiếp xúc với bề mặt tường của thiết bị truyền nhiệt.
Nhóm 2: chất khí tiếp xúc với bề mặt rắn (ví dụ không khí nóng tiếp xúc với bề mặt nông sản như các loại hạt ngũ cốc,..). Tốc độ truyền nhiệt sẽ phụ thuộc vào tốc độ của dòng không khí lưu thông trong quá trình đốt nóng và làm lạnh các chất khí và chất lỏng, các dòng lưu thể .
Tùy thuộc vào việc nhiệt lượng là nhân tạo hay tự nhiên, có hai loại truyền nhiệt đối lưu: đối lưu cưỡng bức và đối lưu tự do (còn gọi là tự nhiên). Đối lưu cưỡng bức liên quan đến việc sử dụng một số phương tiện, thiết bị cơ học, chẳng hạn như máy bơm hoặc quạt, để tạo ra chuyển động của lưu thể. Ngược lại, đối lưu tự do xảy ra do sự chênh lệch mật độ gây ra bởi gradient nhiệt độ trong hệ thống.
Phương thức 3: bức xạ nhiệt
Sự truyền nhiệt bức xạ được hiểu là phương thức truyền dẫn nhiệt xảy ra giữa hai bề mặt bằng sự phát xạ và hấp thụ sóng điện từ (hoặc photon) sau này. Trong quá trình liên kết với sự dẫn truyền và đối lưu, bức xạ không cần môi trường vật chất nào cho sự lan truyền nhiệt. Bức xạ thậm chí có thể xảy ra trong một chân không hoàn hảo, chuyển động với tốc độ ánh sáng, như bức xạ năng lượng mặt trời hàng ngày. Chất lỏng là chất hấp thụ bức xạ mạnh. Các chất khí trong suốt đối với bức xạ, ngoại trừ một số chất khí hấp thụ bức xạ có bước sóng cụ thể (ví dụ, ôzôn hấp thụ bức xạ tử ngoại). Chất rắn không trong suốt đối với bức xạ nhiệt. Do đó, trong các vấn đề liên quan đến bức xạ nhiệt với vật liệu rắn, chẳng hạn như thực phẩm rắn, chủ yếu quan tâm đến bề mặt của vật liệu.
Mọi vật ở nhiệt độ trên 0 Tuyệt đối đều phát ra bức xạ nhiệt. Bức xạ nhiệt phát ra từ bề mặt của một vật thể tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối được nâng lên lũy thừa thứ tư và đặc điểm bề mặt.
Trong các nhà máy chế biến thực phẩm như: đông lạnh trái cây, rau quả hay chế biến nước ép trái cây, hay chế biến nông sản, chế biến thịt cá, … thì hầu hết đều được đầu tư các dây chuyền máy móc để chế biến, kho lạnh bảo quản, ,, nói cách khác là đều liên quan tới các phương thức truyền nhiệt.
Ba phương thức truyền nhiệt chính này hầu như đều xuất hiện trong quá trình chế biến thực phẩm và chúng được thể hiện ở nhiều cấp độ khác nhau.
Nếu Quý vị quan tâm các giải pháp công nghệ trong các nhà máy chế biến thực phẩm & đồ uống, xin liên hệ:
👉 KIM NGUYỄN CORPORATION – Hotline: 0938 613 408
👉 Số 45 Nguyễn Văn Quá, Đông Hưng Thuận, Quận 12, Hồ Chí Minh, Việt Nam
👉https://Kimnguyencorp.com | Email: 👉Kimnguyencoltd@gmail.com
👉 https://www.facebook.com/Kimnguyencorp
