Simulación numérica del proceso de descongelación mediante microondas

L.A. CAMPAÑONE; ZARITZKY N

Mendoza

Congreso; Congreso Latinoamericano de Ingeniería y Ciencias Aplicadas - CLICAP 2009; 2009

El empleo de las microondas durante la descongelación acelera el proceso debido a su capacidad de generar energía dentro del producto por interacción de la radiación con las moléculas de agua. Sin embargo, existen algunos problemas asociados a la desigual distribución de la temperatura dentro del producto, generados por la absorción preferencial de la energía electromagnética por parte del agua líquida, debido a las diferencias entre sus propiedades dieléctricas y las correspondientes al hielo (“runaway”). Los objetivos de este trabajo fueron: a) Caracterizar la distribución de temperatura dentro de los alimentos, durante la descongelación en piezas de alimento de gran tamaño similares a las que se utilizan industrialmente resolviendo los balances microscópicos energía y materia acoplados. b) Analizar el efecto de distintas condiciones de operación (potencia externa, ciclos de potencia, convección de aire, ciclos combinados microondas + convección de aire), el tamaño los productos y la geometría de los mismos en los perfiles de temperatura. c) Analizar el efecto de la presencia de una capa grasa en los perfiles internos de temperatura de carnes y en los tiempos de descongelación. Para simular los perfiles de temperatura durante la descongelación de productos, se planteó un modelo matemático con propiedades térmicas, de transporte  y dieléctricas del material variables con la temperatura. En el balance microscópico de energía se consideró un calor específico aparente que incluye el calor específico sensible y la entalpía de solidificación del hielo. Se utilizó la Ley de Lambert para representar la potencia absorbida por los materiales durante la descongelación con microondas. Los balances de energía y de materia que se encuentran acoplados y sus condiciones de contorno, conforman un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales. Para su resolución se empleó el método de Diferencias Finitas Implícito Crank-Nicolson. En el caso de transferencia térmica bi y tridimensional se empleó un esquema de resolución alternante. Se investigó el efecto de la convección forzada de aire combinada con el empleo de las microondas, a fin de reducir el tiempo de proceso y uniformizar los perfiles térmicos. Se observó que la presencia de una capa grasa en la superficie de los alimentos distorsiona los perfiles térmicos, provocando máximos de temperatura en la interfase producto-grasa. El modelo matemático se validó satisfactoriamente contra datos experimentales de temperatura y tiempos de descongelación obtenidos en literatura y resultados propios de descongelación en condiciones de transferencia uni y bi y tridimensional.