Come preparare una zuppa migliore... con la matematica
Una pratica comune per i progettatori di scambiatori di calore è quella di utilizzare gli stessi strumenti di calcolo tradizionale per gli alimenti con pezzi e per quelli senza. Il problema è che in uno scambiatore di calore la presenza di particelle modifica le dinamiche del flusso e del calore in modo significativo. Nuove ricerche condotte da Tetra Pak hanno scoperto esattamente in che modo le particelle influenzano il trasferimento di calore.
Le ricerche mostrano che alcune formule convenzionali possono provocare deviazioni fino a 12 °C tra la temperatura di uscita calcolata e la temperatura effettivamente misurata degli alimenti con pezzi che escono da uno scambiatore di calore. Per evitare questo problema, solitamente lo scambiatore di calore è sovradimensionato.
D'altra parte, se la temperatura effettiva è molto superiore a quella prevista, gli alimenti con pezzi possono essere parzialmente distrutti con perdita di sapore e colore. In termini di costi di investimento, lo scambiatore di calore può essere sovradimensionato per il suo scopo con conseguente spreco di denaro e spazio.
Le ricerche, condotte per più di due anni presso il centro di sviluppo prodotti di Tetra Pak di Lund, in Svezia, hanno coinvolto un gruppo di circa dieci esperti, tra cui un professore esterno e ricercatori associati specializzati nel trasferimento di calore dell'Università di Lund. Sono stati testati diversi tipi di alimenti con pezzi, come preparazioni a base di mango, zuppe concentrate, chutney e impasti a base di carote.
I risultati hanno chiaramente evidenziato come il coefficiente di trasferimento di calore vari con la presenza di particelle. Come previsto, le particelle effettivamente migliorano il mescolamento nei tubi e di conseguenza aumentano il coefficiente generale di trasferimento di calore della fase liquida.
Uno strumento per ottimizzare la progettazione del processo
L'influenza delle particelle è stata ora quantificata e Tetra Pak è stata in grado di ideare una nuova formula per il coefficiente del trasferimento di calore per le particelle e un nuovo strumento di calcolo per gli alimenti con pezzi. Il nuovo strumento si chiama PartCalc ed è stato convalidato da dati sperimentali. Ora viene utilizzato per aiutare i clienti a ottimizzare la progettazione del processo per i cibi con pezzi.
Gli esperimenti di Tetra Pak mostrano come la temperatura del liquido del vettore di una varietà di alimenti con pezzi che escono dallo scambiatore di calore, secondo quanto calcolato da PartCalc, devia in media di meno di 3 °C dalla temperatura calcolata. Si tratta di un notevole miglioramento dei calcoli tradizionali e offre una buona correlazione con le temperature effettive. Di conseguenza tutto questo permette a Tetra Pak di misurare in modo più preciso i sistemi di scambiatori di calore per i cibi con pezzi.
I vantaggi potenziali per il trattamento degli alimenti includono:
» Migliore qualità degli alimenti con sicurezza degli alimenti assicurata
» Riduzione dei costi operativi e di manutenzione
» Riduzione delle perdite di prodotto
» Riduzione dell'impatto ambientale
Ottimizzare il trattamento a caldo degli alimenti con pezzi
Ottimizzare il trattamento a caldo degli alimenti con pezzi
Eliminare le congetture
"Il coefficiente del trasferimento di calore che esprime il grado di efficienza del trasferimento di calore dalla parete al liquido è stato scoperto, ma il coefficiente del trasferimento di calore tra il liquido e le particelle non è stato scoperto" aggiunge. "Le persone hanno elaborato delle congetture basate su studi su questo aspetto o siamo stati obbligati a effettuare dei test individuali con ogni prodotto con particelle per elaborare tali calcoli. Ma con la ricerca condotta recentemente e presentata nel white paper, ora abbiamo a disposizione modelli che ci consentono di sapere come il coefficiente di trasferimento di calore cambia, in base alle dimensioni delle particelle, alla loro concentrazione e alla viscosità del liquido".
Scopri la storia qui.
Scarica il nostro white paper, La storia del trattamento a caldo degli alimenti con pezzi, gennaio 2016, che contiene nuove scoperte di Tetra Pak e nuove informazioni sulla nuova formula di Tetra Pak sul calcolo del coefficiente del trasferimento di calore.
