Modelado matemático de un sistema de hidrofluidización usando esferas móviles I. Transferencia de momento

ORONA, J. D.; ZORRILLA, S. E.; PERALTA, J. M.

Cordoba

Congreso; V Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología de los Alimentos; 2014

Ministerio de Industria, Comercio, Minería y Desarrollo Científico Tecnológico de la Provincia de Cordoba

La hidrofluidización es un método de congelación de alimentos que consiste en el bombeo de un líquido refrigerante en dirección ascendente a través de orificios o boquillas hacia un recipiente, generando chorros sumergidos de líquido en contacto directo con los productos alimenticios y produciendo un medio altamente turbulento con altos coeficientes de transferencia superficial. El objetivo del presente trabajo fue estudiar el efecto de las principales variables geométricas y operativas sobre los campos de flujo y los perfiles de velocidad en un sistema de hidrofluidización teniendo en cuenta el movimiento del alimento. Los balances de momento y materia en el líquido fueron planteados usando dinámica de fluidos computacional (CFD). El movimiento del alimento se estimó mediante balances de momento usando los métodos de fase discreta (DPM) y elementos discretos (DEM). El sistema estudiado fue un recipiente cilíndrico de 100 mm de diámetro por 100 mm de altura en el cual se colocó inicialmente un arreglo de esferas de papa (Solanum tuberosum L) de 10 mm de diámetro sobre su eje axial. El recipiente contó en su base con una placa con orificios en arreglos cuadrados. Se usó como refrigerante una solución acuosa de NaCl de 0,231 kg/kg (p/p). Las variables estudiadas fueron la distancia entre los centros geométricos de los orificios (S = 1 cm y S = 2 cm), el número de esferas en el arreglo inicial (E = 13, E = 29 y E = 61), la velocidad promedio del líquido en los orificios (V = 0,30 m/s, V = 0,59 m/s y V = 1,18 m/s) y la temperatura del líquido (T = -5°C y T = -10°C). Se utilizó una malla compuesta por tetraedros para discretizar el dominio. El modelo se validó con datos extraídos de bibliografía. Se estudiaron los campos de velocidad, líneas de corriente del fluido, el comportamiento de las esferas dentro del dominio, y los perfiles de velocidad absoluta y relativa de las esferas. Los resultados mostraron que tanto S como V afectaron a los campos de velocidad y líneas de corriente. Por otro lado, el movimiento de las esferas dentro del dominio y sus perfiles de velocidad fueron función de E, S y V. Este estudio muestra el potencial uso de la combinación de la dinámica de fluidos computacional junto con métodos que estimen la interacción entre partículas para modelar el movimiento y el efecto de las principales variables en un sistema de hidrofluidización.