Determinación del Coeficiente Convectivo de Transferencia de Calor del Proceso de Escaldado de Zapallo (Cucurbita maxima)

Abstract

*Autor a quien debe ser dirigida la correspondenciaRecibido Sep. 2, 2016; Aceptado Nov. 14, 2016; Versión final Feb. 17, 2016, Publicado Jun. 2017 Resumen Se determina el coeficiente convectivo de calor del escaldado de zapallo (Cucurbita maxima) a temperaturas de 70ºC±1, 80ºC±1 y 90ºC±1 y una duración de 320 segundos. La medición de la temperatura del centro geométrico de muestras en forma triangular se realizó con termopares tipo K referencia NIUSB-TC01 (National Instruments). Para la solución del modelo matemático se empleó el método de elementos finitos con la ayuda del software COMSOL Multiphysics 3.5. Para determinar el valor del coeficiente convectivo de calor se resolvió un problema de optimización minimizando el error medio relativo entre los valores de temperatura experimentales y temperatura simulados del centro geométrico. Los resultados del coeficiente convectivo fueron 390±17 W/m 2°C para 70°C, 455±11 W/m 2°C para 80ºC y 535±13 W/m 2°C para 90°C. Además, los porcentajes del error medio relativo obtenidos se encontraron por debajo del 5%, lo cual indica buena predicción del modelo matemático utilizado. Palabras clave: transferencia de valor; conducción; convección; escaldado; Cucurbita maxima Determination of the Convective Heat Transfer Coefficient of the Blanching Process of Cucurbita maxima AbstractThe convective heat transfer coefficient of the blanching process of Curcuma maxima at different temperatures (70°C±1, 80°C±1 and 90°C±1) and duration of 320 seconds were determined. The temperature of the geometric center of triangular samples was measured using reference K-type thermocouples NIUSB-TC01 (National Instruments). The mathematical model was solved with the finite element method using the software COMSOL TM Multiphysics 3.5. To find the value of the convective heat transfer coefficient an optimization problem was solved by minimizing the relative average error, between the values of the experimental temperature and the simulated temperature of the geometric center. The results of the convective heat transfer coefficient were 390±17 W/m 2°C to 70°C, 455±11 W/m 2°C for 80°C and 535±13 W/m 2°C to 90°C. In addition, the percentages of relative average error obtained are found below 5%, which indicates good accuracy of the mathematical model used.

Modelado Matemático de la Transferencia de Calor del Proceso de Escaldado de Zanahoria (Daucus carota L.)

“…Anteriormente, se creía que el valor del coeficiente de transferencia de calor se incrementaba con el aumento de la temperatura del medio, pero el trabajo realizado por Lespinard et al (2015) demuestra que para champiñones sometidos a escaldado asistido por ultrasonido a temperaturas entre 60-90°C, el coeficiente de transferencia de calor disminuye desde 4044,79 hasta 2960,62 W/m 2°C , corroborando así el comportamiento de los valores obtenidos en esta investigación. Los valores del coeficiente convectivo de transferencia de calor encontrados son similares a los obtenidos por Lespinard et al (2009) y Madera et al, (2017. Por otro lado, la posición del punto frío o centro térmico de un alimento es crucial para el cálculo de un proceso térmico seguro, ya que, el punto frío es la localización de menos calentamiento dentro de un alimento, el cual recibe la menor letalidad de proceso acumulada (Fo).…”

“…Para simplificar este cálculo se realizan consideraciones espaciales que reducen el problema a una sola dimensión con aproximaciones a geometrías simples (cilindros, placas o esferas) que ya tienen solución analítica, además se asume que las propiedades térmicas son constantes en todo el material (propiedad de isotropía) e independientes de la temperatura. Lo anterior implica que los tiempos estimados de procesamiento térmico sean o muy bajos, sin lograr el objetivo del escaldado, o muy altos que dañen la calidad nutricional y el rechazo del consumidor, lo que generaría sobrecostos a la industria (Arboleda et al, 2010;Madera et al, 2017;Ziabakhsh et al, 2016).…”

“…Esta herramienta fue usada por Madera et al (2017), Santana et al (2011), Augusto et al (2010, Pinho y Cristianini (2006) y Pornchaloempong et al (2003, para evaluar alimentos con geometría regular o irregular. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue modelar el proceso de escaldado y determinar el coeficiente convectivo de transferencia de calor en el escaldado de zanahoria empleando el método de elementos finitos (MEF) en el dominio 3D sin considerar contracción volumétrica.…”

Convergency and Stability of Explicit and Implicit Schemes in the Simulation of the Heat Equation

“…The time steps achieved are, for similar accuracy, of the same order as those used in the implicit methods. In this way, all the advantages concerning the ease of parallel processing typical of the explicit ones are maintained with the advantages of the implicit ones concerning their stability for large time steps [24,25].…”