Congelación de alimentos por hidrofluidización

Abstract

En la congelación de alimentos por hidrofluidización se usan soluciones acuosas concentradas a baja temperatura como medio refrigerante. El líquido refrigerante se bombea en dirección ascendente a través de orificios o boquillas en un recipiente de refrigeración generando chorros de líquido que mantienen la agitación del refrigerante. De esta forma se puede generar un lecho fluidizado de productos y un líquido altamente turbulento, obteniéndose altos coeficientes de transferencia superficiales. El objetivo general de esta tesis fue estudiar los aspectos básicos y aplicados involucrados en la congelación de alimentos por hidrofluidización para obtener un mejor entendimiento de la misma y poder eventualmente optimizar su operación. Para tal fin, se diseño, construyó y puso en funcionamiento un equipo de hidrofluidización a escala laboratorio. Se desarrolló y validó un modelo matemático para estimar las transferencias de energía y materia que se llevan a cabo dentro del alimento. Se usó la dinámica de fluidos computacional para predecir los campos de flujo y de temperaturas en el líquido refrigerante y para ver cómo influyen en las transferencias puestas en juego. Además, debido a la naturaleza de las soluciones refrigerantes, generalmente de carácter multicomponente, fue necesario plantear, validar y extender un modelo para predecir las propiedades termodinámicas de las mismas. Los resultados obtenidos permitieron identificar y estudiar cómo las variables operativas más importantes del proceso influyen sobre las transferencias de energía y materia.

In food freezing by hydrofluidization, a concentrated aqueous solution at low temperature is used as a liquid refrigerant. This liquid is pumped upwards through orifices or nozzles into a refrigerating vessel, thereby creating agitating jets. Thus, a fluidized bed of food products and a highly turbulent liquid are produced, obtaining high heat transfer coefficients. The main objective of this thesis was to study the basic and applied aspects of food freezing by hydrofluidization to obtain a better understanding of this technology and eventually to optimize its operation. In order to accomplish the objective, a laboratory-scale hydrofluidization equipment was designed, constructed and characterized. A mathematical model to predict heat and mass transfer inside foods during freezing was developed and validated. In addition, flow and temperature fields of liquid refrigerant were studied using computational fluid dynamics. Finally, due to the nature of liquid refrigerants generally used for food freezing, a model to predict thermodynamic properties was developed, extended and validated. Based on the results, the main operation variables of the process were identified and the effect of those variables on heat and mass transfer was studied.