식품기사(변경)
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2004년05월23日 60번

[식품가공학]
구모양의 식품이 송풍식으로 냉동되고 있다. 식품의 초기 온도는 10℃이며 송풍공기의 온도는 -15℃이다. 식품은 지름 7㎝, 밀도 1000㎏/m3ㆍK이며, 빙점은 -1.25℃이고 융해잠열은 250kJ/㎏이다. (단, 냉동식품의 열전도도는 1.2W/mㆍK, 대류열전달계수는 50W/m2ㆍK 이다.) 이 때 냉동시간은 얼마인가?

  • ① 2.04h
  • ② 3.14h
  • ③ 3.54h
  • ④ 4.04h
(정답률: 24%)

문제 해설

냉동식품의 초기온도와 송풍공기의 온도 차이가 크므로 대류열전달계수를 이용하여 열전달량을 계산한다.

열전달계수 = 50W/m2ㆍK
면적 = π(지름/2)2 = 38.48×10-4m2
냉동식품과 송풍공기의 온도차 = 10 - (-15) = 25℃ = 25K
열전달량 = 열전달계수 × 면적 × 온도차 = 50 × 38.48×10-4 × 25 = 48.1W

냉동식품의 빙점은 -1.25℃이므로, 냉동시간 동안 냉동식품의 온도가 -1.25℃로 유지되도록 열전달량을 계산한다.

냉동식품의 융해잠열 = 250kJ/㎏
냉동식품의 밀도 = 1000㎏/m3ㆍK
냉동식품의 열전도도 = 1.2W/mㆍK
냉동식품의 질량 = 밀도 × 부피 = 1000 × (4/3)π(지름/2)3 = 0.0094kg
냉동식품의 열전달량 = 열전도도 × 면적 × 냉동시간/두께 × 온도차 = 1.2 × 38.48×10-4 × t/0.07 × (10 - (-1.25)) = 48.1t
t = 2.04h

따라서, 냉동시간은 2.04시간이다.
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