Información detallada Tesis (Metadatos y Resúmenes)

Título:
Simulación computacional de procesos de conducción de calor en alimentos de formas irregulares complejas
Autor:
Rodríguez Rojas, Cristian Patricio
Profesor Patrocinante:
Morales Blancas, Elton Francisco
Grado a Optar:
Ingeniero en Alimentos - Licenciado en Ciencias de los Alimentos
Materia:
modelos de simulación; transferencia de calor; gráfica computacional tridimensional
Universidad:
Universidad Austral de Chile
Facultad:
Facultad de Ciencias Agrarias
Escuela:
Escuela de Ingeniería en Alimentos
Año de Aceptación:
2005
Resumen:
El objetivo de esta investigación fue realizar una simulación mediante el método de elementos finitos para predecir la distribución de temperaturas durante procesos de conducción de calor en alimentos de formas irregulares complejas, como turiones de espárragos verdes, floretes de brócoli, y camarones. Se eligió un tratamiento combinado de hidrocalentamiento/hidroenfriamiento para estudiar las distribuciones de temperatura. Debido a la naturaleza altamente perecible de las muestras, se hicieron réplicas en yeso usando material de impresión de alginato y tecnología dental. Luego se realizó una reconstrucción de la superficie y la forma de los productos usando un brazo digitalizador 3D de precisión, con exactitud de punta de aguja de 0,64 mm (Microscribe-3D™, Immersion Co., San José, CA) y un software de modelado basado en NURBS (Non-Uniform Rational B-spline) (Rhinoceros®, Robert McNeel&Associates, Seattle, WA). Esta técnica recupera la forma exacta de la superficie capturando puntos en 3D, dibujando curvas 3D y construyendo superficies 3D directamente de modelos físicos. Luego, el modelo matemático para la conducción de calor en cuerpos irregulares complejos sujeto a condiciones de frontera convectivas constantes fue resuelto usando un software de simulación basado en el Método de Elementos Finitos (ALGOR®, ALGOR Inc., Pittsburgh, PA). Los resultados para el punto de más lento calentamiento de cada producto mostraron un buen ajuste entre los perfiles de temperatura experimentales y simulados. Los valores del error estándar de estimación ó RMSE (Root Mean Square Error) obtenidos, expresados en porcentaje, fueron menores al 10,0%. El método propuesto basado en los principios de ingeniería reversa y tecnología de intercambio de datos CAD/CAE pueden usarse para optimizar procesos térmicos de alimentos de formas irregulares complejas respecto a su temperatura y tiempo.
Abstract:
The objective of this research was to carry out a finite element analysis simulation for predicting temperature distribution during heat conduction processes in non-symmetric and irregular-shaped foods like asparagus spears, broccoli florets, and shrimps. A combined blanching/hydrocooling treatment was chosen to study temperature distributions. Due to the highly perishable nature of samples, plaster replicas were made using an alginate impression material and dental technology. Then, a reconstruction of the three-dimensional surface and shape of the food products was carried out by using a precision 3-D digitizer, accuracy of stylus tip 0.64 mm (Microscribe-3D™, Immersion Co., San José, CA) and a NURBS (Non-Uniform Rational B-spline) modelling software (Rhinoceros®, Robert McNeel&Associates, Seattle, WA). This technique recovers exact surface shape by capturing 3D points, sketching 3D curves, and building 3D surfaces directly from physical models. Afterwards, the mathematical model for heat conduction of the digitized non-symmetric and irregular-shaped bodies under constant convective boundary conditions was solved using a Finite Element Analysis and Simulation software package (ALGOR®, ALGOR Inc., Pittsburgh, PA). Results for the slowest heating point of each product showed sufficiently good agreement between predicted and measured temperature profiles. The obtained Standard Error of the Estimate or RMSE (Root Mean Square Error) values, expressed in percentage, were less than 10.0%. The proposed approach based on reverse engineering principles and CAD/CAE data exchange technology can be used to optimize any thermal process of odd-shaped foods with respect to its temperature and time.
Palabras Clave:
modelos de simulación; transferencia de calor; gráfica computacional tridimensional
Editor:
Universidad Austral de Chile - Sistema de Bibliotecas - Programa Cybertesis
Formato:
text/pdf
Idioma:
es
Copyright:
Rodríguez Rojas, Cristian Patricio
Dirección Electrónica:
http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2005/far696s/doc/far696s.pdf