Estudio numérico de la transferencia de calor en la cerveza en el proceso de pasteurización

Estudio numérico de la transferencia de calor en la cerveza en el proceso de pasteurización

Numerical study of beer heat transfer in the pasteurization process
L. A. Patiño, H. Espinoza* y O. Velásquez Centro de Termofluidodinámica y Mantenimiento (CTYM). Instituto de Investigación y Desarrollo Anzoátegui, Universidad de Oriente. Puerto La Cruz. Venezuela. Fax: 0281-2676885. *hespinoz@ci.udo.edu.ve

Resumen En este trabajo se presenta un análisis térmico y fluidodinámico de la cerveza en el proceso de pasteurización a través de la simulación numérica del campo de flujo y transporte de energía. Los perfiles de velocidades y las distribuciones de temperatura en régimen transitorio son obtenidos mediante la solución del modelo matemático conformado por la ecuación de continuidad, lasecuaciones de Navier – Stokes y la ecuación de la energía. Estas ecuaciones son resueltas en régimen transitorio y en coordenadas cilíndricas axisimétricas conjuntamente con las condiciones iniciales y de borde que también varían con el tiempo. La solución numérica del modelo matemático se halla a través de un código de Volúmenes Finitos (CFX 4.3TM ) utilizando un esquema de interpolación híbridopara aproximar los flujos difusivos y convectivos en las interfaces de los volúmenes y el procedimiento de acoplamiento Presión – Velocidad usado en las ecuaciones de movimiento fue el SIMPLE. Con las distribuciones de temperaturas fueron calculadas las Unidades de Pasteurización determinándose que éstas dependen de la posición en el envase y su valor difiere del calculado tomando como referenciael centro geométrico. Adicionalmente los resultados obtenidos son comparados con datos experimentales y resultados de otras investigaciones concordando satisfactoriamente. Palabras claves: Pasteurización, Dinámica de los Fluidos Computacional, Soluciones Numéricas, Transferencia de Calor. Abstract In this work a fluidynamic and thermal analysis of the beer in the pasteurization process ispresented through the numerical simulation of the flow field and energy transport. The velocities profiles and the temperature distributions in transient state are obtained by means of the solution of the mathematical model conformed by the continuity equation, the Navier - Stokes equations and the energy equation. These equations are solved in transient state and in axisymmetrical cylindrical coordinatesjointly with the initial and boundary that also vary with time. The numerical solution of the mathematical model is made through a Finite Volume code (CFX 4.3TM) using a hybrid interpolation scheme to approach the diffused and convective flows in the interfaces of the volumes and the procedure of Pressure - Speed joining used in the momentum equations was the SIMPLE. With the temperaturesdistributions were calculated the Pasteurization Units being determined that these depend on the position in the container and their values differs of the one calculated taking like reference the geometric center. Additionally the obtained results are compared with experimental data and results of other investigations agreeing satisfactorily. Key words: Pasteurization, Computational Fluids Dynamics,Numerical Solutions, Heat Transfer. 1 Introducción

Revista Ciencia e Ingeniería. Vol. 22. No. 3. 2001

20 La pasteurización consiste en la destrucción vital de los microorganismos contenidos en la cerveza con la aplicación de altas temperaturas (generalmente 60 ºC) y manteniendo esta temperatura por un período de tiempo que sea suficiente para destruir las bacterias dañinas, sin cambiar lacomposición, sabor y valor nutritivo del producto. Este proceso industrialmente se lleva a cabo en un equipo de grandes dimensiones llamado Pasteurizador tipo Túnel. En él las botellas pasan a través de un túnel o cámara de rociado de agua, cuya temperatura va ascendiendo a medida que avanza la botella, hasta alcanzar en la mitad del proceso una temperatura de aproximadamente 60 ºC. A partir de ese...