Modelado de la transferencia de energía y materia en la congelación de alimentos por hidrofluidización

PERALTA, J. M.; RUBIOLO, A. C.; ZORRILLA, S. E.

Concordia, Entre Ríos, Argentina

Congreso; XII Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología de Alimentos (CYTAL); 2009

Asociación Argentina de Tecnólogos Alimentarios (AATA)

La hidrofluidización es un método que permite refrigerar y/o congelar alimentos. En este sistema se bombea el líquido refrigerante en dirección ascendente a través de orificios o boquillas hacia un recipiente generando chorros de líquido. De esta forma se obtiene un medio altamente turbulento en contacto directo con los productos alimenticios, además de altos coeficientes de transferencia superficiales. El objetivo del presente estudio fue desarrollar y validar experimentalmente un modelo matemático para estimar las transferencias de energía y materia entre el alimento y el medio refrigerante líquido en un sistema de hidrofluidización teniendo en cuenta el campo de flujo existente en el refrigerante. Para modelar las transferencias de energía y materia en el interior de alimento se utilizó y adaptó el modelo planteado por Zorrilla y Rubiolo [J Food Eng 66 (2005): 329] para sistemas de congelación de alimentos por inmersión. Las transferencias en el seno del refrigerante y los campos de flujo fueron modelados mediante la dinámica de fluidos computacional. La conexión de los modelos descriptos anteriormente se efectuó mediante el uso del coeficiente de transferencia de energía superficial (hc) en función de la posición sobre la superficie del alimento. Se consideró una porción cilíndrica del dominio del refrigerante utilizando una malla compuesta por tetraedros y varias capas de prismas sobre la superficie de la esfera. Las simulaciones se realizaron usando esferas de papa estáticas de 2 cm de diámetro ubicadas colinealmente sobre un orificio de 3 mm de diámetro generador de un único jet. Se usó como refrigerante una solución de NaCl-agua al 23,1%. Se usaron distintas condiciones de temperatura (-10 y -15ºC), caudal (1 y 3 L min^-1) y separación entre la esfera y el orificio (1 y 5 cm). El modelo se validó con datos experimentales de ganancia global de NaCl y de temperatura en el centro geométrico de las esferas para diferentes tiempos. Estos datos fueron obtenidos usando un equipo de hidrofluidización diseñado y construido en nuestro grupo de investigación. Los valores teóricos tuvieron un buen ajuste a los datos experimentales de temperatura central y concentración global de NaCl para todas las condiciones estudiadas. El modelado del campo de flujo permitió predecir los cambios en las transferencias de energía y materia superficiales para las condiciones estudiadas. A partir de estos resultados, se concluyó que el modelo desarrollado puede ser usado para configuraciones de alimentos estáticos en los procesos de hidrofluidización.