PROPIEDADES TERMOFÍSICAS DE ALIMENTOS: SU DETERMINACIÓN Y APLICACIÓN EN LA SIMULACIÓN DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

M. V. SANTOS; V. VAMPA; A. CALIFANO; N. ZARITZKY

Córdoba, Argentina

Congreso; II Reunión Interdisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos; 2010

PLAPIQUI e IDTQ

El conocimiento de las propiedades termofísicas de alimentos tales como conductividad térmica, calor específico y densidad, son de gran importancia cuando se requiere simular numéricamente procesos de transferencia de energía. Generalmente durante el enfriamiento o calentamiento de alimentos la ecuación diferencial a derivadas parciales de conducción de calor se puede resolver con coeficientes constantes. Sin embargo durante la congelación o descongelación se produce un cambio de fase en el material, que tiene lugar en un intervalo de temperaturas que modifica las propiedades termofísicas; el calor específico aparente que incluye el calor latente presenta una funcionalidad cuasi Delta Dirac, lo cual conlleva a que el problema sea altamente no-lineal.En el presente trabajo se estimó por Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) el calor específico aparente y la entalpía de dos materiales alimenticios con diferente composición y humedad: masa cruda a base de harina de trigo y carne picada cocida. Trabajando con DSC entre -50 y 100º C, a través de la curva endotérmica de descongelación se pudo estimar además la cantidad de agua ligada, punto inicial de fusión, calor latente de fusión, punto inicial de congelación y la temperatura del pico de fusión.Se desarrolló una formulación matemática utilizando el método de los elementos finitos para simular computacionalmente la transferencia de energía en procesos de refrigeración y congelación de alimentos. Para procesos no-lineales como la congelación se aplicó una transformación de variables en entalpía y función de Kirchhoff que permite resolver de manera eficaz el problema con la ventaja de obtener simulaciones en tiempos mínimos de ejecución de máquina.Se simuló por un lado la refrigeración de un producto alimenticio heterogéneo de geometría irregular en condiciones de transferencia de energía tridimensional de interés para la industria procesadora de alimentos pre-elaborados, como es el caso de empanadas. Se utilizaron las propiedades térmicas de cada fase previamente medidas, masa cruda y carne picada cocida. Se realizaron experimentos de refrigeración de este producto en cámara registrando las temperaturas del alimento mediante termocuplas conectadas a un adquisidor. Los datos experimentales concordaron satisfactoriamente con las salidas numéricas del código siendo las diferencias máximas en valor absoluto entre las temperaturas predichas y experimentales menores a 1.3ºC. También se modeló la congelación de cilindros finitos y alimentos de geometría irregular (sólido de revolución) introduciendo los datos experimentales de entalpía en función de temperatura. Las temperaturas predichas por el modelo ajustaron satisfactoriamente los datos experimentales. Asimismo se analizó el efecto del contenido de agua de los alimentos en las propiedades físicas, y la simultánea influencia del coeficiente de transferencia calórica en los tiempos de congelación.