Simulación Numérica de los Perfiles de Temperatura y Velocidad Durante la Esterilización de Alimentos Líquidos Envasados en Frascos. Análisis de la Orientación del Frasco e Influencia del Espacio de Cabeza

A. R. LESPINARD; P.R. SALGADO; R. H. MASCHERONI

San Luis

Congreso; XVII CONGRESO SOBRE MÉTODOS NUMÉRICOS Y SUS APLICACIONES; 2008

Asociación Argentina de Mecánica Computacional

La esterilización por calor es uno de los procesos más utilizados para extender el período de aptitud de alimentos y hacerlos mas seguros para el consumo humano. Existe una amplia cantidad de trabajos sobre análisis y simulación de la transferencia de calor durante el tratamiento térmico de alimentos envasados, pero la mayoría de ellos solo se aplicaron a modelos conductivos con condiciones de contorno constantes, dejando de lado el fenómeno convectivo sobre el cual existen muy pocos trabajos.En el presente trabajo se simularon los perfiles de temperatura y velocidad, durante el calentamiento por convección natural para un alimento líquido viscoso envasado en frasco de vidrio, y temperatura externa variable con el tiempo (característica de autoclaves de baja capacidad). Las ecuaciones de continuidad, conservación de momento y energía fueron resueltas numéricamente por el método de elementos finitos para un dominio de simulacion 2D axisimétrico. Se emplearon las propiedades de carboximetil celulosa (85 % P/P) (simulante de alimentos líquidos de alta viscosidad), las cuales se asumieron constantes, excepto para la viscosidad (dependiente de la temperatura) y la densidad. Se analizó la influencia de la orientación del frasco (0 y 180°) y el espacio de cabeza (0 y 1cm) en la velocidad del fluido, localización de la zona de calentamiento lento (ZCL) y espesor del líquido ascendente. Se encontró que la evolución térmica para frascos con la tapa hacia arriba (0°) es independiente de la presencia de espacio de cabeza; sin embargo, para los frascos con la tapa hacia abajo (180°) se observa un mayor retardo debido al mismo. Los tiempos de proceso necesarios para obtener un valor de letalidad de 3 minutos fueron los siguientes: 71.0 minutos (180 °- con espacio de cabeza), 75.0 minutos (0° - con/sin espacio de cabeza) y 74.5 minutos (180° - sin espacio de cabeza). Por su parte, el espesor de líquido ascendente no depende de la posición ni de la presencia de espacio de cabeza, pero es función del tiempo de proceso. Los valores de velocidad del fluido resultaron mayores para el frasco colocado a 180° y con espacio de aire, debido a que este último permite un mayor movimiento del líquido, a su vez la parte inferior se calienta mas rápidamente que la superior generando una recirculación mayor del líquido que las restantes combinaciones.