Determinación del coeficiente convectivo de transferencia de calor en el proceso de escaldado de mora castilla (rubus glaucus benth) por el método de elementos finitos

Abstract

La transferencia de calor en la mora de Castilla (Rubus glaucus Benth), la cual es una baya de aspecto elipsoidal formada por pequeñas drupas adheridas a un receptáculo. Esta fruta presenta un modelo geométrico irregular, para solucionar el modelo matemático de la transferencia de calor de cuerpos irregulares se utilizan los métodos numéricos y uno de los más aplicados es el método de los elementos finitos, el cual divide al objeto en elementos pequeños y así se resuelve el problema planteado como una serie de ecuaciones algebraicas simultáneas en lugar de requerir la solución de las ecuaciones diferenciales complejas, para esto se aplican modelos computacionales integrados a un software. El objetivo de la presente investigación fue determinar el coeficiente convectivo de transferencia de calor h en el proceso de escaldado de la mora Castilla con agua, como fluido de calentamiento, a temperatura de 70°C, 80°C y 90°C. La medición de la temperatura del centro geométrico de las moras Castilla se realizó con termopares tipo K referencia NI USB-TC01 (National Instruments) y la simulación del modelo del proceso de escaldado fue realizada con el software COMSOLTM Multiphysics 3.5 (versión evaluación). El coeficiente convectivo (h) se determinó resolviendo un problema de optimización para encontrar el mínimo error medio relativo absoluto entre la temperatura del centro geométrico experimental y la temperatura del centro geométrico obtenida por simulación del modelo. Los valores obtenidos de h para 70°C, 80°C y 90°C fueron 504,5 W/m2°C, 382,5 W/m2°C y 567 W/m2°C, respectivamente, y el error medio relativo absoluto estuvo entre 0,4% y 3,75%.