SIMULACIÓN NUMÉRICA DEL PROCESO INDUSTRIAL DE CONGELACIÓN DE ALIMENTOS DE ORIGEN MARINO UTILIZANDO EL METODO DE ELEMENTOS FINITOS

M.V. SANTOS; J. DIMA; A. CALIFANO; P. BARON; N ZARITZKY

Rosario

Congreso; CONGRESO ARGENTINO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE ALIMENTOS XIV; 2013

AATA

Globalmente la producción de cangrejos alcanza valores de exportación de 300.000ton por 2 billones de dólares. En la Argentina la explotación de cangrejos constituye una actividad industrial incipiente. Las especies como Ovalipes trimaculatus y Danielethus patagonicus son consideradas de alto valor pesquero y presentan un fuerte potencial para su exportación y comercialización en el mercado interno. Una de las principales maneras en que pueden ser comercializados es como productos congelados. Por esta razón es importante conocer los tiempos de proceso, en particular se estudió la congelación de sistemas complejos tales como pulpa de cangrejo cocida envasada en películas plásticas al vacío y pinzas de cangrejo cocida que incluyen la lámina calcárea. Estos productos además de su geometría irregular presentan composición heterogénea multicapa (constituida por diversos materiales en serie). La simulación numérica del proceso de congelación permite estudiar el efecto de los parámetros principales; como la temperatura y velocidad del aire refrigerante, temperatura inicial del producto, etc., en los tiempos de proceso. El método de los elementos finitos la técnica numérica más útil para simular geometrías irregulares. Simular numéricamente el proceso de transferencia de energía con cambio de fase, como es el caso de la congelación implica resolver un problema matemático fuertemente no lineal dado que las propiedades termofísicas del alimento intervinientes en la ecuación diferencial (conductividad térmica, calor específico y densidad) son función de la temperatura. Se analizó la congelación de carne de cangrejo cocida envasada al vacío en películas plásticas utilizando la formulación Entálpica y de Kirchhoff. En el caso de las pinzas de cangrejo cocida que incluyen la capa externa  calcárea se utilizó el calor específico aparente, que incluye el cambio de fase, mediante la suma de las funciones Heaviside y Gaussiana, lo cual genera una función más suave en todo el rango de temperaturas especialmente en la zona de cambio de fase, evitando inestabilidades en la resolución numérica.  Los objetivos del trabajo son: 1) determinar tiempos de congelación de pulpa y pinzas de cangrejo cocidas mediante la simulación numérica con elementos finitos y 2) validar los modelos con experimentos de congelación en túnel a escala industrial.  Se congelaron muestras de los productos en túnel registrando las historias térmicas tanto en el producto como en el aire refrigerante. El contorno irregular del objeto se obtuvo mediante imágenes digitales. Se simuló numéricamente la temperatura en función del tiempo en todo el producto, especialmente en el punto más caliente. Se consideró el proceso de transferencia de energía conductivo en el producto y los coeficientes de transferencia de calor adecuados según la interfase considerada (contacto producto-placa metálica e interfase producto-aire). Las predicciones concordaron satisfactoriamente con resultados experimentales permitiendo determinar adecuadamente los tiempos de congelación. A partir de los resultados obtenidos se cuentan con las herramientas necesarias para aplicar la tecnología de congelación a productos marinos que presentan un alto potencial tanto para su exportación como comercialización en la región.