Análisis de perfiles de temperatura durante el proceso de calentamiento de frutas por microondas

Abstract

La transferencia de energía durante el proceso de calentamiento por microondas de frutas fue estudiada teórica y experimentalmente mediante el modelado y simulación numérica. Con el fin de describir los fenómenos de transporte puestos en juego durante el proceso de calentamiento, en primer lugar se planteó el balance microscópico de energía con propiedades globales en función de la temperatura; la generación interna de calor debida a la interacción del alimento con la energía electromagnética fue considerada utilizando la Ley de Lambert. Posteriormente se modeló la transferencia de calor durante el calentamiento con microondas utilizando las ecuaciones de Maxwell, las cuales predicen la distribución del campo electromagnético en el interior de hornos de microondas, aplicadas a una geometría 3D. En el primer caso el balance resultante con sus respectivas condiciones de contorno conforma un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales que fueron resueltas utilizando el método de diferencias finitas implícito de Crank-Nicolson considerando una geometría regular 1D, cuya solución fue codificada utilizando Matlab 7.2. Por otro lado, para resolver las ecuaciones de Maxwell y acoplar la solución a la transferencia de energía, se utilizó un software comercial que implementa el método de los elementos finitos (COMSOL Multiphysics), combinando el módulo de ondas electromagnéticas con las ecuaciones de transferencia de calor en estado transitorio aplicadas a un dominio tridimensional. La validación de los perfiles de temperatura obtenidos mediante ambos modelos se realizó por comparación con experimentos realizados en nuestro laboratorio.