Efecto de varios jets de líquido generados por orificios circulares sobre el campo de flujo y la transferencia de energía en un sistema de hidrofluidización

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

Buenos Aires

Congreso; XIII Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología de Alimentos (Cytal); 2011

Asociación Argentina de Tecnólogos Alimentarios

La hidrofluidización es un método que permite refrigerar y/o congelar alimentos. En la misma se bombea un 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 superficial. El objetivo del presente trabajo fue estudiar el efecto, sobre el campo de flujo y la transferencia de energía, de la presencia de varios jets de líquido generados por orificios circulares e incidiendo sobre una única esfera en un sistema de hidrofluidización. El estudio se realizó mediante simulaciones computacionales usando dinámica de fluidos computacional. Las mismas se llevaron a cabo usando como dominio físico, un sistema de hidrofluidización compuesto por un cilindro de 100 mm de altura y 250 mm de diámetro con una única esfera de 20 mm de diámetro ubicada a 10 mm sobre el plano de la base del recipiente donde se ubicaron los orificios circulares de 3 mm de diámetro. El dominio computacional fue una porción cilíndrica de 60° del dominio físico para reducir los requerimientos computacionales. Se estudiaron arreglos de 1, 7, 13, 19, 25 y 31 orificios. Los orificios se ubicaron en dirección radial desde el centro geométrico del dominio computacional. La separación entre los centros geométricos de los mismos fue de 4 mm. La temperatura del refrigerante fue de -15 °C, la velocidad promedio del fluido en cada orificio fue de 2,36 m s^-1 y se utilizaron las propiedades termofísicas de una solución acuosa de NaCl de 0,231 kg kg^-1 como medio refrigerante y del cobre para la esfera. En cada simulación, la temperatura inicial de la esfera de cobre fue de 20 °C. Se usó una malla compuesta por tetraedros y varias capas de prismas sobre la superficie de la esfera. Se estudiaron, como variables representativas, el coeficiente de transferencia de energía superficial, el coeficiente de presión, el ángulo de separación de la capa límite y los niveles de turbulencia. En general, se observó que un aumento en el número de jets, incrementó la transferencia de energía entre la esfera y el fluido refrigerante, los niveles de turbulencia se mantuvieron uniformes en las cercanías de la esfera para un número alto de orificios y el ángulo de separación de la capa límite se movió desde la parte posterior de la superficie de la esfera hacia la mitad de la misma. Estos resultados son importantes para el diseño y la optimización de los equipos de hidrofluidización con múltiples jets, ya que un estudio detallado del campo de flujo y la transferencia de energía es crítico para obtener un producto de adecuada calidad y para asegurar la eficiencia del proceso.