Simulación del tratamiento térmico de alimentos particulados en medio líquido envasados en frascos. Aplicación de un modelo de difusividad térmica efectiva

A. R. LESPINARD; S. M. GOÑI; R. H. MASCHERONI

Córdoba - Argentina

Congreso; II CONGRESO INTERNACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS; 2009

Agencia Córdoba Ciencia

La esterilización por calor es uno de los métodos más ampliamente utilizados para inactivar microorganismos y enzimas a los fines de alcanzar inocuidad microbiológica y aumentar la vida útil de conservas de alimentos. Durante dicho proceso la transferencia de energía dentro del envase puede producirse por conducción, convección -natural o forzada-, o por una combinación de ambos mecanismos, dependiendo del tipo de envase, estructura y propiedades reológicas del alimento, y características del sistema de calentamiento. En el caso de alimentos líquidos que contienen sólidos en suspensión, se produce un calentamiento mixto, donde el líquido se calienta por una combinación de conducción y convección, mientras que las partículas sólidas por conducción. Debido al alto costo computacional (tiempo de procesamiento o capacidad de procesador), que implica resolver en forma simultanea las ecuaciones de continuidad, momento y energía en 3 dimensiones para estos sistemas, existen muy pocas referencias bibliográficas que aborden dicha temática en forma completa. Un enfoque alternativo utilizado para disminuir la complejidad del problema ha sido considerar sólo el mecanismo de transferencia conductivo con propiedades variables apropiadamente seleccionadas. En este trabajo se desarrolla y se evalúa un modelo de simulación numérica que asume a la transferencia de energía en el sistema (líquido y partículas) como puramente conductiva, y considera el aporte del mecanismo convectivo mediante el empleo de una conductividad térmica efectiva. Para esto se midió la temperatura en el centro geométrico de la partícula ubicada en el centro térmico de la conserva y en el líquido que la rodea. Estas mediciones se realizaron para sistemas conteniendo partículas de polietileno de alta densidad (simulante) de diferentes geometrías (esferas, cubos y cilindros) y longitudes características (1cm, 1.5cm y 2cm) utilizando agua y una solución de CMC al 0.85% p/p como líquido de cobertura, envasadas en frascos de vidrio de 660 cm3. La kef  se estimo por medio del método inverso (método SQP-LM), minimizando las diferencias entre las temperaturas experimentales y simuladas. La kef se consideró dependiente de la temperatura y se utilizó una relación polinomial de 2 grado. Las temperaturas obtenidas mediante el modelo desarrollado fueron validadas exitosamente con los datos experimentales, encontrándose diferencias medias relativas inferiores al 1% en todos los casos. La conductividad térmica efectiva vario entre 0.57 a 1.28 w/mK y de 10.65 a 24.87 w/mK, para temperaturas de 20ºC y 121ºC respectivamente. La mayor conductividad estimada con respecto al líquido y a las partículas, índica la predominancia de la convección natural durante el calentamiento, siendo esta más importante cuando se empleo agua como líquido de cobertura. Por otra parte la kef aumentó al disminuir la longitud característica de las partículas. La metodología desarrollada logro reducir la complejidad del modelado de dichos sistemas, y por consiguiente los tiempos de procesamiento computacional. La misma arrojo buenas predicciones para el centro térmico del producto lo que permitiría estimar en forma rápida y sencilla los tiempos de esterilización.