Por qué una pequeña brecha supone una gran diferencia para la homogeneización
¿Qué sucede con una gota de leche cuando pasa a través de un homogeneizador? ¿Cómo se rompe exactamente la gota y cuál es el lugar preciso donde se produce la ruptura?
Una innovadora investigación de Fredrik Innings, experto sénior de Tetra Pak y profesor asociado de ingeniería alimentaria en la Universidad de Lund, obtuvo algunas conclusiones interesantes sobre este proceso fundamental que se encuentra en el corazón del homogeneizador.
Mire el video “La magia dentro de los homogeneizadores Tetra Pak” y lea el resumen del estudio a continuación.
La magia dentro de los homogeneizadores Tetra Pak
¿Cuál es el secreto detrás de la homogeneización eficaz? Esta es la breve historia de cómo una pequeña brecha marca una gran diferencia. ¿Le interesa? Únase a Bert-Ove mientras explica cómo el rendimiento de un homogeneizador depende de esto.
La magia dentro de los homogeneizadores Tetra Pak
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Resumen: Ruptura de las gotas en homogeneizadores de alta presión
Ruptura de las gotas en homogeneizadores de alta presión
El objetivo general de este proyecto fue investigar el proceso de ruptura de las gotas en homogeneizadores de leche. Esto se hizo mediante mediciones y cálculos de los campos de flujo en la región de la brecha y mediante la visualización de gotas en plena ruptura.
Para hacer posible la visualización y las mediciones, se desarrollaron dos modelos a escala de una brecha del homogeneizador. El modelo a escala completa era una copia directa de la brecha de un homogeneizador a escala de producción, pero con acceso óptico. Fue posible probar las presiones normales de homogeneización operativa y visualizar gotas de un mínimo de 5 μm de diámetro.
El segundo modelo se aumentó aproximadamente 100 veces, lo que garantiza que los grupos adimensionales relevantes se mantuvieran constantes, de modo que los mismos factores rigieran el proceso de ruptura de gotas. El modelo ampliado estaba hecho de plástico transparente y se utilizó tanto para las mediciones del campo de velocidad como para la visualización de las gotas.
A partir de estas mediciones, se concluyó que las gotas no se rompen en la entrada de la brecha. Las gotas más grandes se elongaron en cierta medida y las más pequeñas se mantuvieron esféricas. No sucede mucho en la brecha en sí. El perfil de velocidad es muy estable a lo largo de la brecha en un homogeneizador a escala de producción.
En un homogenizador a escala piloto, las capas de límite tienen tiempo para crecer y el perfil de velocidad está casi desarrollado a la salida de la brecha. Las capas de corte crecientes parecen tener un efecto limitado en las gotas. Durante el paso a través de la brecha, las pequeñas gotas tendrán tiempo de relajarse y recuperar su forma esférica, mientras que las grandes dejarán la brecha con casi las mismas proporciones que cuando ingresaron.
Este estudio muestra que la ruptura de la gota se produce en el chorro turbulento a la salida de la brecha. Las mediciones de velocidad de flujo muestran un chorro muy inestable que se descompone más rápido que un chorro en líquido libre. Dependiendo de la geometría de la cámara a la salida del espacio, el chorro puede unirse a cualquiera de las paredes de 45 grados y convertirse en un chorro de pared.
La turbulencia en el chorro es muy alta, con intensidades de turbulencia del 50 al 100 %. Se encontraron indicaciones de que las estructuras de flujo del tamaño de la altura de la brecha, o ligeramente más pequeñas, tienen intensidades muy altas. Los experimentos de deformación de gotas y los análisis teóricos muestran que los remolinos que rompen las gotas varían en tamaño desde mucho más grandes hasta apenas más pequeños que la gota. Los remolinos más grandes deforman la gota viscosamente por el gradiente de velocidad creado por el remolino. Los remolinos más pequeños deforman la caída por inercia de fluidos.
La fase crítica del proceso de ruptura de la gota es la deformación inicial. Si la gota se deforma en una relación de aspecto de 3 a 5, la gota se alarga entonces muy rápidamente en uno o más filamentos que pueden doblarse, enrollarse y deformarse adicionalmente antes de dividirse en muchas gotas pequeñas.
Estudio “Ruptura de las gotas en homogeneizadores de alta presión”
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Homogeneización
La homogeneización se utiliza para lograr una serie de diferentes resultados: para evitar una línea de crema y la sedimentación en productos lácteos; para mejorar la viscosidad, el sabor y la textura de bebidas a base de crema o de jugo; para mejorar la sensación en la boca de bebidas de soja; y para evitar la separación del suero en el yogur.
