Modelado matemático del proceso de recubrimiento de alimentos por inmersión utilizando un fluido Newtoniano generalizado. I. Desarrollo del modelo

PERALTA, JM; MEZA, BEV; ZORRILLA, SE

Rosario

Congreso; XIV Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología de Alimentos, 5º Simposio Internacional de Nuevas Tecnologías y III Simposio Latinoamericano sobre Higiene y Calidad de Alimentos; 2013

Asociación Argentina de Tecnólogos Alimentarios

El proceso de recubrimiento de alimentos tiene por objetivos: modificar la apariencia del alimento, prolongar su vida útil evitando la deshidratación, mejorar su resistencia mecánica y/o incorporar aditivos con fines específicos (nutrientes, preservantes, etc.) al fluido utilizado como cobertura. Específicamente, el proceso por inmersión consiste en la generación de una película de un material líquido sobre un sustrato sólido, sumergiendo el sustrato en un recipiente que contiene el fluido. El proceso se completa retirando el sustrato del recipiente para que, por drenado del fluido, se complete la formación de la película. El objetivo del presente trabajo fue desarrollar un modelo matemático de las variables fluido-dinámicas en un proceso de recubrimiento de alimentos por inmersión. Para ello, se consideró una placa plana cuasi-vertical como sustrato y se realizó un balance de momento, suponiendo que el material utilizado puede ser descripto como un fluido Newtoniano generalizado. Como suposiciones se propuso que el proceso de recubrimiento estudiado es el resultado, principalmente, de un balance entre las fuerzas gravitacionales y las fuerzas viscosas. La relación entre las tensiones y las velocidades de deformación fue descripta por el modelo de Herschel?Bulkley generalizado de 4 parámetros [Ofoli et al. 1987, J. Texture Stud. 18, 213]. El mismo fue seleccionado debido a que es una expresión generalizada que involucra varios modelos reológicos (Bingham, Casson, Heinz?Casson, Herschel?Bulkley, Mizrahi?Berk, Ostwald?de Waele, entre otros). Para el desarrollo del modelo se utilizó la aproximación por lubricación. Se obtuvo una solución analítica del modelo matemático propuesto. Como resultado, se obtuvieron los perfiles de velocidad del fluido utilizado como cobertura, tanto en la etapa de inmersión como en la de drenado. Se obtuvo una expresión que relaciona la velocidad de extracción del sustrato con el espesor de la película formada y una ecuación que describe el espesor de la película en la etapa de drenado en función de la posición y del tiempo. Además, se determinaron las condiciones físicas que deben cumplirse para usar las ecuaciones obtenidas. Entre las condiciones, se menciona que la relación entre el espesor del film y la longitud de la placa debe ser mucho menor que uno (e << 1), que el número de Reynolds debe ser menor que uno (Re < 1) y que la relación entre los números de Reynolds y Froude debe ser del orden de uno (Re/Fr = O(1)). La validación experimental y un análisis de sensibilidad del modelo propuesto se presentan en este congreso en un trabajo complementario como Parte II.