Modelado del calentamiento y pasteurización de productos líquidos en tanques con y sin agitación asistidos por microondas - Arballo, Javier Ramiro (2016)
Una de las tecnologías más empleadas para el calentamiento de alimentos es la de microondas. Se aplica a nivel doméstico pero tiene dificultades en diseños industriales, como la no uniformidad en la distribución de las temperaturas. Esto se origina por una distribución no homogénea de los campos electromagnéticos, dependiendo de las propiedades dieléctricas del material y de la geometría del sistema. La pasteurización por calor es uno de los procesos más utilizados para extender el período de aptitud de alimentos y hacerlos más seguros para el consumo. Este proceso asistido por microondas es una alternativa tecnológica que provoca, en estos atributos, un daño menor que los tratamientos térmicos tradicionales, presentando ventajas como reducción de impacto ambiental, ahorro de energía, ahorro de espacio y disminución de los tiempos de proceso. Sin embargo, este tratamiento requiere alcanzar un valor de temperatura mínima en todo el volumen, para asegurar la letalidad de ciertos microorganismos y a su vez, no excederse de un valor máximo para minimizar la pérdida de nutrientes. En base a lo anterior se analizó el calentamiento de un producto líquido dentro de un tanque (reactor) mediante microondas con y sin agitación mecánica. Se desarrolló un modelo matemático del balance microscópico de energía considerando un término fuente para integrar la interacción con la energía de las microondas. La distribución electromagnética se obtuvo de las ecuaciones de Maxwell tanto para el producto como para la cavidad. En el tanque agitado, al balance de energía se acopló el balance microscópico de cantidad de movimiento, para resolver la distribución de velocidades dentro del mismo. Los balances acoplados fueron resueltos empleando el método de elementos finitos con el software COMSOL Multiphysics; obteniendo los perfiles de velocidades, campo eléctrico y temperatura. Las simulaciones numéricas permitieron analizar el efecto de la agitación en este tipo de sistemas. De esta manera se evaluó el efecto de velocidad de agitación en los perfiles de temperatura desarrollados en la muestra como resultado del calentamiento con microondas. Como conclusión general del estudio realizado, el empleo de agitación resulta de vital importancia para mejorar la uniformidad en los perfiles de temperatura con el propósito de asegurar la inocuidad del producto final.