Horneado de bizcochuelo: modelado de la transferencia de energía

MARÍA M. URETA; D.F. OLIVERA; V. O. SALVADORI

Congreso; V Congreso Internacional Ciencia y Tecnología de los 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. Es un proceso que se realiza tanto a nivel artesanal como industrial, el conocimiento de los fenómenos de transferencia de calor y/o materia que se producen permitirá un mejor control del mismo. En particular, el objetivo de este trabajo es implementar un modelo matemático de transferencia de energía 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 variables, entre otras la conductividad térmica que decrece bruscamente a temperaturas mayores a 100ºC. La evaporación superficial, que da lugar a la formación de corteza, se tiene en cuenta a través del calor específico aparente. La densidad se considera 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 que se encuentran en los distintos equipos de horneado simulados. El modelo matemático propuesto se resolvió mediante elementos finitos, utilizando el software COMSOL 3.4, considerando geometría bidimensional, axisimétrica. Para incorporar al modelo la expansión o aumento de volumen, típica de estos productos, se empleó una malla móvil mediante el método arbitrario de Lagrange-Euler. Para validar este modelo, se comparan los resultados numéricos con resultados experimentales. Para ello, se realizaron experiencias de horneado de bizcochuelos en dos equipos disponibles en nuestra planta piloto: un horno eléctrico doméstico, que entre otros modos de cocción permite simular la condición de convección natural, y un horno semi-industrial, con convección forzada. En ambos las experiencias de horneado en el rango de temperaturas (nominales) entre 140 y 180 ºC. Para la preparación de la emulsión inicial, se utilizó una premezcla comercial batida con huevo entero fresco. La emulsión se horneó empleando un molde cilíndrico, de 18 cm de diámetro y 7 cm de alto (500 g de emulsión por muestra). Se registraron las historias térmicas del horno y de varias posiciones en el interior del producto, el molde a su vez tenía incorporado pequeñas varillas en distintas posiciones radiales para medir la altura en función del tiempo. 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 es menor al 10%, 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.