23-220 ℃의 지육을 -20 ℃ 냉각실에 넣어 자연대류 조건에서 얼… | 2023년 식품안전기사실기(필답형) 2회차 기출문제 상세 페이지

(1) 빠르다

(2) ① 얼음의 열전도도가 물보다 약 4배 크다 ② 얼음의 열확산도가 물보다 약 9배 크다

[해설]

온도차의 크기(40 ℃)와 대류 조건은 두 과정이 똑같다. 갈리는 것은 열이 통과해야 하는 층의 재질이다. 동결과 해동은 모두 표면에서 시작해 중심으로 진행되므로, 동결이 진행되는 동안 표면에는 얼음층이 두꺼워지고 해동이 진행되는 동안 표면에는 녹은 물층이 두꺼워진다.

물과 얼음의 표준 물성을 보면 차이가 뚜렷하다.

· 열전도도 : 얼음 $2.2\ \mathrm{W/(m \cdot K)}$, 물 $0.58\ \mathrm{W/(m \cdot K)}$ $\Rightarrow$ $2.2 / 0.58 \approx 3.8$ 배

· 열확산도 $\alpha = \dfrac{k}{\rho c_p}$ : 얼음 $1.18 \times 10^{-6}\ \mathrm{m^2/s}$, 물 $1.39 \times 10^{-7}\ \mathrm{m^2/s}$ $\Rightarrow$ 약 $8.5$ 배

즉 동결 때는 열을 잘 전달하는 얼음층을 통해 내부의 열이 빠르게 빠져나가므로 동결이 빨리 진행되고, 해동 때는 열전도도가 낮은 물층이 표면에 생겨 단열재처럼 작용해 내부로 들어가는 열을 가로막으므로 해동이 느려진다. 여기에 해동 시에는 녹은 물층 안에서 자연대류가 거의 일어나지 않아 전도에만 의존한다는 점도 더해진다.

실무에서 급속동결은 쉬워도 급속해동이 어려운 이유, 해동에 유수·마이크로파처럼 표면 물층을 우회하는 방법을 쓰는 이유가 여기에 있다.