Modelado físico y computacional del proceso de congelación de alimentos mediante convección forzada. - Mendoza González, Mayra Alejandra (2016)
El presente trabajo de investigación inicia con una búsqueda bibliográfica de la congelación de alimentos con el objeto de conocer mas detalladamente la fenomenología del proceso. El tiempo de congelación es un factor importante en la calidad de los alimentos una vez que se descongelan. Los resultados muestran que la congelación rápida es de mejor calidad en comparación con la congelación lenta. En estas circunstancias se presentan mas sitios en el alimento donde ocurre la cristalización. En contraste, si la congelación ocurre lentamente, el crecimiento de los cristales tomara mas tiempo, resultando cristales de hielo mas grandes. Estos cristales de mayor tamaño son conocidos por causar daño mecánico a las paredes celulares, ademas de favorecer la deshidratacion de los alimentos. En este trabajo se estudian los factores que, de acuerdo con la literatura especializada, influyen en el proceso de congelación y afectan el tiempo de este proceso. Los factores son: Temperatura del flujo forzado (T∞), Velocidad del flujo que con el fin de generalizar la evaluación experimental, se emplea el N´umero de Reynolds definido como Re = Lcvρ μ (Re), El espesor del producto (ε) y la inclinación del producto con respecto a la corriente libre del flujo forzado (∝). Se elabora un prototipo experimental y se establece una metodología para la realización de pruebas físicas. En las pruebas experimentales solo se evalúan 3 de los factores mencionados ya que la finalidad de este diseño de experimentos es obtener el error que presentan los resultados numéricos respecto a los datos experimentales. Se espera conseguir lo anterior en vista de que cada tratamiento cuenta con 3 explicas para determinar la varianza al reproducir el experimento bajo las mismas condiciones. Posteriormente se compararan los resultados obtenidos en la simulación comunicacional con los datos experimentales y se determinar´a la fiabilidad del método de simulación computacional. Adicional a las pruebas experimentales se emplea la Dinámica de Fluidos Computacional debido a que la inversión en su uso es mínima comparado con los altos costos y el consumo de tiempo asociados con la experimentación. En CFD un proceso de congelación de alimentos es una tarea muy compleja, debido principalmente al cambio de fase que esta implicado. Una variedad de enfoques ha sido examinada para la solución de este problema, siendo los mas comunes el método de entalpıa, método fuente y el método de calor especifico aparente, este ultimo es el empleado para simular el cambio de fase en este trabajo debido a su facilidad al momento de implementación, precisión y la gran cantidad de literatura que utiliza este método. Una vez que se obtuvieron ambos resultados, se procede a evaluar la diferencia que existe entre los estudios numéricos y la experimentación. Se tomo como referencia la media de las tres replicas experimentales para comparar con el resultado numérico. La aportación que genera este trabajo es el estudio de 4 factores que influyen en el proceso de congelación y definir si existe alguna interacción entre ellos. Arrojando como resultados que el factor que mas influye en este es proceso es la Temperatura ya que el tiempo de congelación disminuir´a de manera significativa cuanto menor sea esta. Seguido de la Velocidad del flujo, el Espesor y por ultimo la inclinación del producto. Las interacciones que se presentaron relevantes son la combinación de la temperatura con la velocidad del flujo, y la temperatura con el espesor. El enfoque de este estudio va dirigido a el mejoramiento de las estrategias de diseño de dispositivos para mejorar la congelación de alimentos reduciendo el tiempo de congelación y con ello su calidad y ahorro de energía.