Resumen

Dentro del procesado de alimentos, algunas operaciones involucran el calentamiento o enfriamiento de partículas que se encuentran suspendidas en fluidos, donde la transferencia de calor se presenta por convección, entre el fluido y la superficie de la partícula, y por conducción, al interior de esta última. En tal caso, la tasa de transferencia de calor se cuantifica mediante el coeficiente convectivo de transferencia de calor fluido-partícula (hfp), el cual depende de las características del fluido y de la partícula, del área de transferencia y de las propiedades termofísicas del sistema.

El objetivo de este trabajo consistió en determinar el hfp de distintos sistemas, compuestos por partículas alimenticias suspendidas en diferentes fluidos bajo el régimen de convección natural. Las partículas empleadas fueron cubos de papa, de 0.02 m de lado, tomates cherry y champiñones enteros; las cuales fueron suspendidas en cuatro fluidos diferentes (agua, solución de NaCl al 3%, solución de carboximetilcelulosa al 1.2% y puré de tomate comercial), a dos diferentes temperaturas de fluido (70 y 85°C) y variando el número de partículas suspendidas (1, 5 y 10 partículas/1000 mL de fluido).

Se obtuvieron los perfiles de temperatura del centro geométrico de las partículas suspendidas y, en función de dichos perfiles, se calculó el hfp del sistema empleando dos métodos distintos; el de parámetros agrupados, que no considera la resistencia conductiva al interior de la partícula, y un método analítico que si la considera, siendo este último método el más confiable. Para las partículas de papa y champiñón, se encontró que si existía una diferencia significativa (p<0.05) entre los resultados de ambos métodos, mientras que para el tomate cherry no hubo diferencia.

Usando el método analítico, los coeficientes de transferencia de calor obtenidos fueron de 34.65 a 242.9 W/m2°C para papa, de 35.54 a 182.4 W/m2°C para tomate cherry y de 28.78 a 105.84 W/m2°C para champiñón. Mientras que para el método de parámetros agrupados, los valores de hfp fueron de 31.51 a 144.78 W/m2°C para papa, de 30.37 a 180. 58 W/m2°C para tomate cherry y de 32.93 a 142.4 W/m2°C para champiñón.

Para las tres partículas usadas, el valor del hfp presentó una tendencia similar, aumentando al incrementarse la temperatura del fluido de inmersión y disminuyendo al aumentar el número de partículas. El incremento de la viscosidad del fluido también tuvo un efecto reductor sobre el valor de este coeficiente. Así, en la mayoría de los casos, el agua presentó los coeficientes de transferencia de calor más altos, seguido por la solución de NaCl, la solución de CMC y finalmente el puré de tomate. Se determinó que la temperatura, el tipo de fluido y el número de partículas tuvieron una influencia significativa sobre el hfp (p<0.05), así como la interacción entre dichas variables.

Finalmente, usando los resultados obtenidos con el método analítico se generaron modelos, para cada tipo de partícula, capaces de predecir el hfp. Para los sistemas con una sola partícula, los modelos se establecieron en función de los números de Grashof y Prandtl; mientras que para los sistemas con múltiples partículas se añadió otro término, el cociente del volumen de las partículas entre el volumen del fluido. Los modelos para una sola partícula presentaron coeficientes de correlación entre 0.82 y 0.93; mientras que para múltiples partículas los coeficientes de correlación fueron de 0.73 a 0.85.

Índice de contenido

Índices (archivo pdf, 173 kb)

Capítulo 1. Resumen (archivo pdf, 85 kb)

Capítulo 2. Introducción (archivo pdf, 84 kb)

Capítulo 3. Objetivos (archivo pdf, 82 kb)

Capítulo 4. Revisión Bibliográfica (archivo pdf, 388 kb)

Capítulo 5. Plan de Investigación (archivo pdf, 85 kb)

Capítulo 6. Materiales y Métodos (archivo pdf, 692 kb)

Capítulo 7. Resultados y Discusión (archivo pdf, 723 kb)

Capítulo 8. Conclusiones y Recomendaciones (archivo pdf, 86 kb)

Referencias (archivo pdf, 159 kb)

Apéndice A. Prueba t-Student pareada. Comparación de métodos: parámetros agrupados (PA) y analítico (A) (archivo pdf, 119 kb)

Apéndice B. Análisis de varianza. Influencia de las variables (archivo pdf, 129 kb)

Cariño Sarabia, A. 2010. Evaluación de coeficientes convectivos de transferencia de calor de fluidos con partículas suspendidas. Tesis Licenciatura. Ingeniería de Alimentos. Departamento de Ingeniería Química y Alimentos, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Mayo. Derechos Reservados © 2010.