MODELADO Y SIMULACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA Y MATERIA DURANTE EL CALENTAMIENTO DE ALIMENTOS EN HORNOS MICROONDAS

CAMPAÑONE L; PAOLA A; MASCHERONI R.H

Rosario, Argentina

Workshop; Workshop on mathematical modelling of energy and mass transfer processes, and applications; 2005

El empleo de las microondas durante el calentamiento de alimentos acelera el proceso, debido a su capacidad de generar energía dentro del producto por interacción de la radiación con las moléculas de agua. Un alimento que posea  un bajo valor de conductividad térmica puede calentarse rápidamente utilizando microondas, lo cual no ocurre en los métodos tradicionales. Sin embargo, existen algunos problemas asociados a la distribución no uniforme de la temperatura dentro del producto. Con el fin de caracterizar dicha distribución de temperatura se resolvieron los balances de energía y materia acoplados, teniendo en cuenta la absorción de energía electromagnética y considerando las propiedades térmicas, de transporte y electromagnéticas variables con la temperatura. Ambos balances constituyen ecuaciones diferenciales acopladas altamente no lineales, sin solución analítica, por lo tanto, se abordó la temática desde un punto de vista numérico. Para la resolución de las ecuaciones, en este trabajo se implementó el Método de Diferencias Finitas Implícito de Crank-Nicolson. Asimismo, los balances también se resolvieron empleando un software comercial (Femlab-Mathworks). Para describir la interacción de la radiación electromagnética con los alimentos expuestos al calentamiento se emplearon las leyes de Maxwell; las mismas permiten calcular la distribución y absorción de energía dentro del alimento. Los resultados se compararon los obtenidos aplicando la ley de Lambert, la cual es válida para productos cuyos tamaños sean mayores a un valor crítico.  Este valor crítico depende principalmente de la geometría del producto y de sus propiedades electromagnéticas. Las predicciones numéricas se validaron exitosamente con datos experimentales obtenidos en nuestro laboratorio en bandejas de puré de papas y de carne picada. La simulación numérica permite evaluar el efecto de las condiciones particulares de los productos (composición y tamaño) y de las condiciones de operación (nivel de potencia) en los tiempos de proceso, en los perfiles de temperatura y concentración de humedad durante el calentamiento de alimentos.