Horneado de bizcochuelo: modelado de la transferencia de energía

URETA, M. M.; OLIVERA, D.; SALVADORI, V

Cordoba

Congreso; V Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos (CICYTAC 2014); 2014

El horneado es una instancia clave en el proceso de elaboración de productos de panadería y pastelería, durante el cual la masa inicial es transformada en un material sólido liviano, poroso y a su vez, permite desarrollar todos los sabores y aromas característicos del producto. Debido a esto, el proceso debe ser cuidadosamente controlado, especialmente la velocidad y cantidad de calor transferido, y el tiempo de horneado. En ese sentido, tanto desde el punto de vista del proceso como del producto resulta fundamental medir y estudiar las variables que controlan la evolución del proceso. En particular, el objetivo de este trabajo es investigar la capacidad de un modelo matemático de transferencia de energía, resuelto en elementos finitos, para predecir la evolución de la temperatura durante el horneado de bizcochuelo. El modelo considera transferencia de energía por conducción en el interior del producto y por convección en la superficie, utilizando propiedades termofísicas variables e incorporando la evaporación superficial a través del calor específico aparente; la conductividad térmica decrece bruscamente a temperaturas mayores de 100ºC y se adopta densidad constante, igual a la densidad global final del producto determinada experimentalmente. El coeficiente de transferencia de calor representa las condiciones de convección natural o forzada de uno de los equipos de horneado simulados. El modelo matemático se resolvió por elementos finitos, mediante el software comercial COMSOL 3.4, considerando geometría bidimensional, axisimétrica. La variación de volumen se representó empleando malla móvil mediante el método arbitrario de Lagrange-Euler . Para validar los resultados numéricos, se realizaron experiencias de horneado de bizcochuelos en dos equipos: un horno eléctrico doméstico, con modo convección natural, y un horno semi-industrial, con convección forzada, ambos con temperatura de proceso entre 140 y 180 ºC. Se registraron las historias térmicas del horno y del centro del producto, se observa que las simulaciones siguen el comportamiento experimental presentando una meseta alrededor de los 100ºC al final de la cocción, el error relativo absoluto entre temperaturas predichas y experimentales que oscila entre 5 y 9%, para todas las condiciones operativas ensayadas. De este modo, el modelo resulta una herramienta útil para calcular las historias térmicas y comparar distintas alternativas de procesamiento