Empleo de un software comercial en la simulación de la cocción de alimentos en hornos convectivos

OLIVERA, D. F. Y SALVADORI, V. O.

Rosario, Argentina

Workshop; Workshop on Mathematical Modelling of Energy and Mass Transfer Processes; 2005

Universidad Austral

En la actualidad se verifica a nivel mundial un marcado incremento en la producci¨®n de comidas precocidas, listas para recalentar y consumir. Una premisa fundamental de la etapa de cocci¨®n es realizar la misma en condiciones de m¨ªnimo abuso t¨¦rmico, es decir, regular temperatura y tiempo para conseguir la cocci¨®n y destrucci¨®n de microorganismos tratando de conservar las caracter¨ªsticas organol¨¦pticas y nutricionales del alimento. Para ello se debe dar especial ¨¦nfasis al estudio de la transferencia de calor en el proceso. El modelado de la cocci¨®n se hace, en la actualidad, fundamentalmente, por medio de diferencias o elementos finitos, asumiendo importantes simplificaciones. En este aspecto, la simulaci¨®n de la transferencia de calor en bandejas de comidas preparadas tiene dos condicionantes que la dificultan fuertemente: el car¨¢cter heterog¨¦neo y generalmente anisotr¨®pico de los alimentos y la falta de informaci¨®n y dificultad en la determinaci¨®n o c¨¢lculo de las propiedades f¨ªsicas involucradas. En el presente trabajo se estudi¨® la factibilidad de utilizar un software comercial de elementos finitos para modelar la cocci¨®n de una comida precocida: lasagna. El software utilizado, Algor v. 13.36, est¨¢ orientado principalmente a la simulaci¨®n de eventos mec¨¢nicos, pero cuenta con m¨®dulos adicionales que permiten resolver problemas de transferencia de calor tanto estacionaria como transiente, con la posibilidad de incorporar propiedades variables, condici¨®n indispensable para simular el sistema modelo propuesto. Los valores de las propiedades termof¨ªsicas se calcularon a partir de ecuaciones de literatura y el coeficiente de transferencia cal¨®rica fue determinado experimentalmente. Si bien se encontraron dificultades para considerar en forma directa la evaporaci¨®n superficial debido a limitaciones propias del software (no considera generaci¨®n interna de energ¨ªa dependiente de la temperatura), fue tenida en cuenta a trav¨¦s de la incorporaci¨®n de un cpef para valores de temperatura cercano de 100¡ãC con ¦¤T= 5¡ãC. La malla de elementos finitos es generada en forma autom¨¢tica por el sofware. Debido a la simetr¨ªa del sistema se trabaj¨® s¨®lo con un cuarto del mismo, el que se discretiz¨® en elementos tipo ¡°Brick¡±, tridimensionales, espec¨ªficos del m¨®dulo de transferencia de calor. Para validar los resultados num¨¦ricos, se realizaron determinaciones experimentales de historias t¨¦rmicas durante la cocci¨®n de porciones individuales de lasagna en un horno convectivo el¨¦ctrico en condiciones de convecci¨®n natural y forzada. Los resultados obtenidos indican que el modelo num¨¦rico planteado predice con buena precisi¨®n el comportamiento experimental del sistema demostrando la aptitud del software para resolver sistemas multicomponentes de geometr¨ªa compleja. El error relativo porcentual promedio entre los valores de temperaturas experimentales y calculados es de 6.7% y 10.6% para los casos de convecci¨®n natural y forzada respectivamente.