Efecto del número de esferas estáticas de alimento y de orificios en la transferencia de energía en un sistema de hidrofluidización

BELIS, EE; ZORRILLA, SE; PERALTA, JM

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

La hidrofluidización es un método de preservación de alimentos que se basa en el bombeo del líquido refrigerante en dirección ascendente a través de orificios o boquillas hacia un recipiente, generando chorros de líquido y un medio altamente turbulento en contacto directo con los productos alimenticios, además de altos coeficientes de transferencia superficial. El objetivo del presente trabajo fue modelar matemáticamente el efecto del número de orificios y del número de esferas estáticas, en un arreglo cuadrado, y las variables operativas sobre el campo de flujo y las transferencias de energía y materia en la congelación de esferas de cobre en un sistema de hidrofluidización. Las transferencias fueron simuladas usando modelos planteados y validados previamente usando dinámica de fluidos computacional. El sistema estudiado consistió en un recipiente cilíndrico de 100 mm de diámetro por 100 mm de altura con una placa con orificios circulares de d = 3 mm de diámetro en su base en arreglo cuadrado. Se usó un arreglo cuadrado de esferas estáticas de 20 mm de diámetro ubicadas a diferentes alturas en el eje axial de simetría del recipiente. Se usó como refrigerante una solución acuosa de NaCl de 0,231 kg kg-1 (p/p). Las variables usadas fueron la distancia entre los centros geométricos de los orificios (S = 1 cm y S = 2 cm), la separación entre la placa de orificios y el punto de estancamiento de la esfera (H = 1 cm y H = 5 cm), la velocidad promedio del fluido en los orificios (V = 1,18 m s-1 y V = 2,36 m s-1), la temperatura del refrigerante (T = -5°C y T = -10°C) y la distancia entre los centros geométricos de las esferas (L = 2 cm y L = 6 cm). El dominio computacional consistió en una porción cilíndrica de 90° del dominio físico y se utilizó una malla compuesta por tetraedros y varias capas de prismas sobre la superficie de la esfera. Se usaron como variables representativas de las transferencias en el refrigerante: el coeficiente de transferencia de energía superficial local (hc) y promedio (hc*), el coeficiente de presión (Cp), y los niveles de turbulencia a lo largo del eje axial del dominio (Tu) y los valores promedio para cada condición <Tu>. Se observó que generalmente, a menor H, menor S, mayor V y menor L se produjo un incremento en hc, hc*, Cp, Tu y <Tu>. La temperatura del refrigerante no tuvo un efecto apreciable sobre las variables estudiadas. Se obtuvo una correlación entre los números de Nu, Re, Pr, H/d, S/d y L/d. Este estudio muestra la importancia relativa que las variables geométricas de un sistema de hidrofluidización tienen sobre los fenómenos de transporte que ocurren durante un proceso de congelación. Los resultados permitirán proponer nuevas condiciones de operación para ser estudiadas, por ejemplo, nuevos valores de S, otros arreglos de orificios (triangular), tipos de orificios (cuadrados, rendijas), etc.