Recientela evolución de numérico modelización de calefacción y refrigeración procesos en el la industria alimentaria-una

Tecnología de modelado numérico ofrece un eficiente y poderosa herramienta para la simulación de los procesos de calentamiento / enfriamiento en la industria alimentaria. El uso de métodos numéricos tales como diferencias finitas, elementos finitos y análisis de volúmenes finitos para describen los procesos de calentamiento / enfriamiento en la industria alimentaria ha producido un gran número de modelos. Sin embargo, la precisión de los modelos numéricos además puede mejorarse más información acerca de la superficie de calor y transferencia de masa coeficientes, las propiedades de los alimentos, el cambio de volumen durante los procesos de y análisis de sensibilidad para justificar la aceptabilidad de supuestos en el modelado. Más investigación también debe ser hincapié en la incorporación de calor y masa numéricatransferir modelos con otros modelos para evaluar directamente la seguridad y la calidad de un producto alimenticio durante el calentamiento / enfriamiento procesos. Se espera que más investigación será llevó a cabo en la transferencia de calor y masa a través porosa alimentos, calentamiento por microondas y el flujo de turbulencia en la calefacción / enfriamiento procesos.

IntroducciónCalefacción (es decir, secado, cocción y esterilización) y refrigeración (es decir, el almacenamiento frío y calor) son comunes procesos térmicos de la industria alimentaria. Estos thermalprocessing técnicas se usan ampliamente para mejorar la calidad y la s eguridad de los productos alimenticios, y para ampliar la vida útil de los productos. Los principios de muchos procesos térmicos de sólido alimentos se basan en el calor y la humedad intercambios entre un cuerpo de alimento sólido y el flujo medio. Calor la transferencia a través de los alimentos sólidos es normalmente modelado por Ecuación de Fourier de la conducción de calor y humedad transferencia en general se describe por la ley de difusión de Fick (Cheremisnoff, 1986). Para los procesos térmicos de fluido los alimentos, la conservación de la masa, cantidad de movimiento y energía en un fluido deben ser considerados en conjunto. La continuidad ecuaciones de ecuaciones de Navier y Stockes-se utilizan para describir el flujo de fluido (Versteeg y Malalaskera, 1995). La condiciones reales impuestas por el equipo de procesamiento son considerados como las condiciones de contorno del rector ecuaciones.La mayoría de los modelos de transferencia de masa y calor sólo puede ser resolver analíticamente para casos sencillos. Métodos numéricos son útiles para estimar el comportamiento térmico de los alimentos en condiciones complejas y realistas, como la variación de la temperatura inicial, no lineal y nonisotropic propiedades térmicas, cuerpos de forma irregular y time dependent condiciones de contorno (Puri & Anantheswaran,1993). En la resolución de los modelos, el de diferencias finitas y métodos de elementos finitos son ampliamente utilizados (Ahmad, Morgan, y Okos, 2001; Erdogdu, Balaban, y Chau,1998a, b, 1999; Jia, Sun, y Cao, 2000a, b, c, d, 2001;Wang & Sun, 2002a , b, c, d, e; Zhang y Fryer, 1995; Zhou, Puri, Anantheswaran, y Yeh, 1995). En los últimos años, el método de volumen finito fue el principal computacional esquema utilizado en fluidos computacional comercial dinámica (CFD) paquetes de software. CFD ha sido cada

vez más utilizado para simular los procesos térmicos de alimentos para analizar el comportamiento del flujo complejo (Scott &Richardson, 1997; Sun, 2002).Tecnología de modelado numérico ofrece una eficiente y poderosa herramienta para la simulación de la calefacción / refrigeración procesos en la industria alimentaria. Los experimentos pueden prácticamente se llevará a cabo en modelos numéricos en una económico y ahorro de tiempo manera. Numérico modelos pueden ser utilizados para producir tanto valioso información acerca de los procesos de calentamiento / enfriamiento de alimentos bajo amplias condiciones experimentales dentro de un tiempo corto. Sin embargo, los experimentos tradicionales sólo pueden limitarse a varias condiciones especiales debido a costo experimental y el límite de tiempo. Mientras tanto, se deben dirigirse que el enfoque experimental es necesaria la validación de los modelos numéricos. La beneficios de la industria alimentaria de la modelación numérica en análisis de los procesos para una mejor comprensión de los complejos mecanismos físicos subyacentes a los procesos, la evaluación de los procesos para asegurar la seguridad y calidad de los productos alimenticios, el diseño y optimización de los procesos y sistemas alimentarios y precisamente controlar los procesos con una ayuda de la ictivo modelos.El objetivo de este trabajo fue revisar la actual estado de la modelización numérica de procesos de calentamiento / enfriamiento en la industria alimentaria. Las perspectivas de una mayor investigación fueron examinadas y diversas aplicaciones de modelos numéricos fueron discutidas.Resumen de los métodos numéricosDiferencias finitasVariables tales como temperatura y humedad utilizada en modelar los procesos térmicos dependen del tiempo y posición. Las ecuaciones que rigen el transporte físico mecanismo de procesos de calentamiento / enfriamiento son por lo tanto de un tipo diferenciado. Diferencia finita (FD) método es fácil de formular un conjunto de ecuaciones discretizado de las ecuaciones diferenciales de transporte en una diferencial manera (<biblio>). El esquema puede FD aplicarse fácilmente a dos o problemas en tres dimensiones. El método FD se utiliza normalmente para geometrías simples como esfera, losa y el cilindro. El método tiene FD ha utilizado ampliamente para resolver modelos de transferencia de masa y calor de muchos procesos térmicos tales como cocinar y freír(Erdogdu et al, 1998a, b;. Farkas, Singh, y Rumsey, 1996a, b; Pan, Singh, y Rumsey, 2000), el secado (Thorvaldsson Y Janestad, 1999; Wang & Brennan, 1995;Wang & Chen, 1999), y la refrigeración (Ansari, 1999; Chuntranuluck, Wells, y Cleland, 1998a, b, c; Coulter, Pham, McNeil, y McPhail, 1995; Davey & Pham, 1997;Evans, Russell, y James, 1996). Desde la década de 1970, se son una serie de publicaciones importantes que tienen mejoró el conocimiento del régimen de diferencia finita para la predicción de los procesos de calentamiento / enfriamiento en la comida industria (es decir, Chau y Gaffney, 1990; Radford, Herbert, Y Lovett, 1976). Sin embargo, para los alimentos con irregular las formas, las predicciones de temperatura de la superficie de la FD método son menos satisfactorios debido a la simplificación geométrica. todo el dominio, y la solución de las ecuaciones reunidos. La discretización de la FE diferencial que gobierna ecuaciones se basa en el uso de polinomios de interpolación para describir la variación de una variable de campo dentro de un elemento. Aunque la

discretización espacial es diferente para el método de FE en comparación con FD método, es habitual emplear un método FD por vez progresión en un problema transitorio (Rao, 1989; Stasa,1985). El método de FE ha sido utilizado con éxito para resolver calor y los modelos de transferencia de masa para cocinar (Chen, Marks, y Murphy, 1999; Ikediala, Correia, Fenton, y Abdallah, 1996; Lian, Harris, Evans, y Warboys, 1997; Lin, Anantheswaran, y Puri, 1995; Zhang & Datta, 2000; Zhou et al, 1995), el secado (Ahmad et al, 2001;.. Jiaet al., 2000a, b, c, d, 2001) y de enfriamiento (Arce, Potluri, Schneider, Sweat, & Dutson, 1983; Carroll, Mohtar, y Segerlind, 1996; Comini, Cortella, y Saro, 1995; Van Der Sluis y Rouwen, 1994; Mallikarjunan y Mittal, 1994, 1995; Wang & Sun, 2002a, b, c, d, e, 2003; Zhao,Kolbe, y Craven, 1998). Sin embargo, el MEF resulta complejo y costoso computacionalmente que el FD método. Una revisión inicial indicó que había unos cuantos p ublicaciones sobre calor tridimensional y / o acoplado, análisis de la humedad y el estrés basado en el elemento finito análisis (Puri & Anantheswaran, 1993). Un resumen de los diversos modelos de elementos finitos desarrollados recientemente para análisis de calefacción / refrigeración de procesos de alimentos se enumera en VarioL. Wang y D.-W. Sun / Trends in Food Science & Technology 14 (2003) 408-423 411En los últimos años, ha habido un progreso continuo en la elaboración de códigos CFD. Algunos de los comunes códigos comerciales incluyen CFX (http://www.software.aeat.com / cfx /), Fluido (http://www.fluent.com/), Phoenics (Http://www.cham.co.uk/) y Star-CD (http://www.cd.co.uk). El procedimiento de cálculo de la mayoría de comercialPaquetes de CFD se basa en el volumen finito (FV) método numérico. De hecho, el método de FV se derivó desde el método de diferencias finitas. En el método de FV, la dominio se divide en volúmenes de control discretos. La paso clave del régimen de FV es la integración de la ecuaciones de transporte más de un volumen de control para dar un ecuación discretizado en sus puntos nodales (Versteeg y Malalaskera, 1995).Aunque CFD se ha aplicado a industrias tales como aeroespacial, la automoción y la energía nuclear desde hace varias décadas, sólo recientemente ha sido aplicado a la elaboración de alimentos industria, debido al rápido desarrollo en equipo y paquetes comerciales de software (Sun, 2002). Una revisión de los CFD en la industria alimentaria ha sido propuesta por Scott y Richardson (1997) y Xia y Sun (2002). Langrish y Fle tcher (2001) revisó las solicitudes de CFD en el secado por pulverización. Las aplicaciones de CFD en los alimentos industria como el análisis de flujo de aire en hornos y enfriadores (Cortella, 2002; Cortella, Manzan, y Comini, 2001; Foster, Barrett, James, y Swain, 2002; Mirade, Kondjoyan, y Daudin, 2002; Mirade y Picgirard, 2001), el flujo de fluido de partículas de alimentos en los sistemas de procesamiento (Mirade y Daudin, 2000), los patrones de flujo de convección enrecipientes durante el tratamiento térmico tal como la esterilización (Ghani, Farid, Chen, y Richards, 1999a, b), y modelado de proceso de vacío de refrigeración (Sun & Hu,2002, 2003). Las ecuaciones de transporte de CFD puede ser aplicarse tanto a laminar y condiciones de flujo turbulento.Los modelos de viscosidad de Foucault como _-_ enfoque, y de segundo orden de cierre de los modelos se utilizan para describir la flujo de turbulencia si los efectos de la turbulencia sobre la viscosidad efectiva necesitan ser considerados. Un resumen de los diversos modelos de CFD desarrollado recientemente para analizar los procesos de calentamiento / enfriamiento de los alimentos se presenta enTabla 3.

La evolución reciente de los modelos numéricos Transferencia de calor sin tener en cuenta la transferencia de masa La transferencia de calor a través de un cuerpo de alimento en un sistema líquido El calentamiento en un proceso de líquido-sólido, tal como esterilización, escaldado y sous vide procesamiento se utiliza ampliamente en la la industria alimentaria. Para modelar el proceso de calentamiento de un líquido -sólido sistema, la transferencia de calor a través de un sólido cuerpo comida es generalmente descrita por la ecuación de Fourier de conducción de calor. La interacción entre el sólido y el líquido se considera normalmente en la frontera condiciones.La esterilización de alimentos enlatados de partículas sólidas con un solución de salmuera en un recipiente es un típico líquido-sólido proceso térmico. En este sistema, la viscosidad a baja salmuera líquido se calienta por convección y la partícula sólida alimentos por conducción. Akterian (1995, 1997) utilizaron un unidimensional en diferencias finitas de conducción de calor modelo para determinar simplemente la distribución de la temperatura en un cuerpo de setas en conserva. Mientras tanto, la temperatura del líquido de salmuera en las latas calientes, que es variable con la temperatura exterior de la latas, fue descrito por la diferencia de régimen ordinario ecuación: donde la inercia térmica, E, que caracteriza la temperatura retraso del líquido salmuera de la temperatura de medio de calentamiento exterior, se determinó experimentalmente mediante el control de la temperatura de la salmuera con linealmente creciente, la tenencia y la disminución lineal temperatura del medio. El escaldado de verduras frescas como pepinos es Otra práctica común de calefacción en un líquido-sólido sistema, que se utiliza para aumentar la flacidez de verduras frescas para facilitar su envasado en frascos.El blanqueo se lleva a cabo mediante la colocación de producto fresco en un baño de calentamiento de agua a temperatura de tan alto como 95_C . Como la forma de un pepino se puede suponer que ser un cilindro, la transferencia de calor a través del pepino cuerpo durante el blanqueo puede ser descrito por una estructura bi dimensional axisimétricos finito calor diferencia conducción de modelo (Fasina & Fleming, 2001). Su simulación se ha encontrado que las variaciones en la transferencia de calor coeficientes de convección superficial entre 500 y 6000 W/m2K no tuvo efecto significativo sobre la superficie y perfiles de temperatura del centro de pepinos durante el escaldado. Esto significa que si el coeficiente es grande suficiente, la tasa de transferencia de calor total está controlada por conducción a través del cuerpo de alimento.Procesamiento al vacío de alimentos también se implementa en un líquido-sólido sistema térmico. Durante el procesamiento al vacío, alimentos crudos se colocan en una bolsa, sellado al vacío, cocinado lentamente bajo condiciones de calentamiento suave, helado y se almacenaron a 4_C típicos. Como coeficiente de transferencia de calor de convección superficial es normalmente muy grande debido a la buena la circulación de agua en el baño, el efecto del coeficiente en los perfiles de temperatura de los alimentos es normalmente supone que es despreciable. Por esta razón, el calor coeficiente de transferencia de manera arbitraria se puede ajustar a un nivel muy alto valor en una simulación, y por ejemplo, 5000 W/m2K se utilizó en una diferencia de calor tridimensional finito conducción modelo para predecir el tiempo y la temperatura perfiles de pescado sous vide procesada y los productos cár nicos de una forma de ladrillos (Ghazala, Ramaswamy, Smith y Simpson, 1995). 412 L. Wang y D.-W. Sun / Trends in Food Science & Technology 14 (2003) 408-423

Transferencia de calor a través de un cuerpo de alimento con el calor interior generación

La respiración ocurre normalmente en las hortalizas y frutas inmediatamente después de la cosecha. Para el modelado de la pre-refrigeración proceso de los productos, la generación de calor interno debido a respiración está normalmente incluido en la ecuación de calor conducción. La tasa de generación de calor interno puede ser correlacionada con la temperatura del producto (Chau y Gaffney,1990; Gowda, Narasimham, y Murthy, 1997). Simulaciones llevada a cabo por Gowda et al. (1997) encontraron que la calor de respiración no tuvo efecto significativo en el procesamiento tiempo durante el enfriamiento chorro de aire ya que el tiempo de enfriamiento es muy corta en comparación con la de almacenamiento en frío.Microondas alimentos calentados son cada vez más popular en el mercado de alimentos y en el hogar. Para el modelado microondas proceso de calentamiento, la transferencia de calor a través de uncuerpo de alimento sólido también puede ser descrito por Fourierecuación de conducción de calor con generación de calor interiordebido a la energía de microondas absorbida por el alimentocomponentes. La densidad de potencia de microondas absorbida encualquier lugar en los productos alimenticios puede ser derivada como una funciónde las propiedades dieléctricas y de la geometría de la comida.Mientras tanto, las pérdidas de calor en la superficie del cuerpo por comidaconvención y la evaporación puede ser incluido en lacondiciones de contorno. Para la simulación de calentamiento por microondasde alimento sólido con rectangulares y cilíndricosformas, análisis de elementos finitos puede ser una herramienta poderosa paranuméricamente resolver el modelo (Lin et al., 1995).La transferencia de calor a través de un cuerpo de alimento con formas irregularesMuchos de los artículos alimenticios tales como cadáveres de animales normalmentetienen formas irregulares. Un cuerpo de forma irregular puede serdividido en varias partes, y cada parte es pequeño entoncessupone que es una forma regular. Por ejemplo, un conjuntocamarón se puede dividir en varios segmentos pequeños ycada segmento se supone que es cilíndrica. Laradio del cilindro puede ser determinada comparandola superficie medida área de la elipse de la sección transversalcon la del círculo equipada. En este caso, una simple finitodiferencia modelo de transferencia de calor todavía se puede utilizar para describirel proceso de cocción de los camarones (Erdogdu et al., 1998a, b,1999).Una canal de animal completo también se puede dividir en segmentostales como la pierna, el lomo y el hombro. Las dimensiones depierna (esfera o cilindro infinito), lomo (losa) y el hombro(Losa) secciones pueden ser retrocedido como funciones de la carcasapeso y espesor de grasa mediante el uso de paquetes estadísticosya que la tasa de transferencia de calor de la carcasa es principalmenteinfluenciado por el tipo de carcasa, que se caracterizap or peso de la canal y la gordura. Para predecir el enfriamientotasa de canales de cerdo, la transferencia de calor a través de cada unosección pueden ser descritos mediante el uso de un unidimensionaldiferencias finitas de conducción de calor modelo (Coulteret al, 1995;. Davey & Pham, 1997).

Sin embargo, el método de elementos finitos puede resolver directamenteecuaciones de transferencia de calor más de un cuerpo irregular. Paraejemplo, una bidimensional de elementos finitos de transferencia de calorSe utilizó el modelo para simular la refrigeración y la congelaciónprocesos de atún blanco, que tiene una forma del infinitocilindro elíptico (Zhao et al., 1998). A bidimensionalaxisimétricos elemento finito de transferencia de calormodelo también se utilizó para investigar la convencionalla refrigeración de las carnes cocidas en forma elipsoide (Wang &Sun, 2002a, b).Aunque las ecuaciones diferenciales de la transferencia de calora través de un cuerpo de una forma irregular no puede ser resueltoanalíticamente, prácticamente, es simple para determinar latiempo de procesamiento necesario para que la temperatura alcanceel valor deseado por una solución analítica tal como se expresacomo (Carroll et al, 1996.):T _ TmfT0 _ Tmf¼ _e__t ð2ÞPara la ecuación que gobierna la transferencia de calor a través de unairregular del cuerpo, es imposible obtener analíticamente lavalor propio más bajo, _, y el coeficiente _,, en la ecuación (2).Sin embargo, el par de parámetros y _ _ se puede evaluarnuméricamente por el método de elementos finitos (Carrollet al., 1996).Alternativamente, las ecuaciones simples para determinar refrigeracióno tiempo de calentamiento también se puede conseguir mediante la regresiónla temperatura calculada mediante el uso de un método numéricocontra el tiempo de enfriamiento. Por ejemplo, las siguientes ecuacionesSe han dado para el proceso de enfriamiento de las canales(Mallikarjunan y Mittal, 1995):logT _ TmfT0 _ Tmf__Þ ¼ CT S1t ðt424 HTH ð3ÞlogT _ TmfT0 _ Tmf__Þ ¼ CT 24 DS1 _ S2Þþ S2t dt> 24 HTH ð4Þcuando los valores de la CT coeficientes, S1 y S2 fueronobtenido en términos de parámetros de canal y de operación.De transferencia de calor con la evaporación en la superficie de los alimentosEn algunas situaciones, velocidades de enfriamiento de los alimentos en refrigeración por

aireson acelerados por el calor latente de evaporación debido ala pérdida de humedad desde la superficie de los alimentos. Para reducirla temperatura de los alimentos tales como verduras y carnespor 30_C, la pérdida total de energía es de aproximadamente 100 kJ / kg.Sin embargo, si la pérdida de humedad es 1% del pesoantes de la refrigeración, la pérdida de energía por evaporación es de aproximadamente25 kJ / kg, que es 25% de la pérdida total de energía.L. Wang y D.-W. Sun / Trends in Food Science & Technology 14 (2003) 408-423 413Por lo tanto, la transferencia de calor por evaporación en la superficiede los alimentos también deben tenerse en cuenta en fronterasi las condiciones de enfriamiento por evaporación es significativa (Chuntranu lucket al., 1998a, b, c).La evaporación provoca la pérdida de peso de los productos.El enfriamiento se llevará a cabo bajo condiciones talesque reducen al mínimo la actividad microbiana y la pérdida de peso debidoa la evaporación. Para predecir tanto la velocidad de enfriamientoy pérdida de peso durante la refrigeración de las canales, un sencillounidimensional en diferencias finitas de conducción de calor modelose puede utilizar para describir la transferencia de calor a través de cadaparte de la carcasa como se discutió antes. Mientras tanto, naturaly convección forzada, radiación y evaporaciónla transferencia de calor en la superficie de la canal debe serconsiderado en las condiciones de contorno (Davey & Pham,1997).Transferencia de masa sin tener en cuenta la transferencia de calorEl proceso de secado se caracteriza principalmente por la humedadpérdida de alimentos. Para un proceso de secado con un pequeño Biotnúmero, un perfil de temperatura uniforme en los alimentos puede serasumido en la simulación. Esta temperatura uniforme puedese determina por el balance de calor entre la comida secacuerpo y medio de secado (Ben-Yosef, Hartel, yHowling, 2000; Rovedo, Suárez, y Viollaz, 1995), osupone que la temperatura del aire (Simal, Femenia,Llull, y Rosselló, 2000). La transferencia de humedad a travéslos alimentos se describe normalmente por el diferencialecuación de la ley de difusión de Fick, que se expresacomo:@ Xw@ T¼ r _ ðDrXwÞ ð5ÞEl coeficiente de difusión es importante para la exactitudde predicción del model o. El coeficiente de difusión puede serretrocedido como una función de la temperatura y la concentraciónmediante el uso de datos en la literatura (Ben-Yosef et al.,

2000). Alternativamente, el coeficiente de difusión puede serdeterminada por la ley de Arrhenius (Rovedo et al, 1995.;Simal et al, 2000; Wang & Brennan, 1995) como.:D ¼ D0exp _EaRTK__ð6Þy Ea y D0 son variados durante la simulación hasta un razonableacuerdo entre predicho y experimentallos resultados se obtiene.En la superficie de un cuerpo de alimento, la transferencia de masa externaNormalmente se supone que es proporcional al vaporla diferencia de presión entre la superficie y el secadomedios de comunicación (Wang & Brennan, 1995).Conjugado calor y transferencia de masa a través de un material porosocomida cuerpoLa transferencia de calor y masa en medios porosos es un complicadofenómeno. Los procesos térmicos de alimentos porososincluyen el secado de materiales de humedad, enfriamiento por vacíode alimentos porosos y moisure, calefacción y convencionalesenfriamiento procesos con la pérdida de humedad significativa. Latransferencia de calor y masa se describe normalmente porEcuación de Fourier de la conducción de calor y humedaddifusión ecuación de la ley de Fick, respectivamente (Chen etal., 1999). Los problemas de transferencia de calor acoplada yla transferencia de masa a través de un cuerpo de alimento poroso puede ser tambiénmodelada por sistema acoplado de Luikov (Luikov, 1975;Wu & Irudayaraj, 1996).CalefacciónAir calefacción por c onvección horno de tratamiento térmico popularesequipo. Para predecir la temperatura transitoriay distribución de humedad en hamburguesas de pollo de ordinarioformas en un horno de cocción, una simetría axial de dos dimensioneselementos finitos acoplado de transferencia de calor y masamodelo se encontró a dar una mejor predicción que el demodelo de transferencia de calor solamente (Chen et al., 1999). En algunoscasos, si es difícil encontrar datos para la difusividad de masa ycoeficiente de transferencia de masa, una tasa de pérdida de humedad volumétricadebido a la evaporación se puede determinar experimentalmentey el calor eliminado debido a la pérdida de humedad a continuación, puede serincorporado en la ecuación de Fourier de la conducción de calorcomo la generación de calor interior (Ikediala et al., 1996).Durante el calentamiento por microondas, una gran pérdida de humedad a vecesse produce. En este caso, un calor y masa acopladamodelo de transferencia debe ser desarrollado y adicionales

la transferencia de humedad a través de un cuerpo de alimento sólido puede sermodelada por la ecuación de difusión de la ley de Fick (Zhouet al., 1995). La tasa de evaporación de la humedad en la superficiese puede conseguir mediante el uso de experimento de secado y retrocedidocomo una función de la temperatura (Vilayannur, Puri, &Anantheswaran, 1998a, b).Como se discutió anteriormente transferencia de masa (sin considerartransferencia de calor), para un proceso de secado con un pequeño Biotnúmero, un perfil de temperatura uniforme en s alimentos puede serasumido en la simulación y un modelo de transferencia de masa únicapor lo tanto puede ser usado para describir el proceso de secado. Sin embargo,para un proceso de secado con un número de Biot grande, unamasa acoplada y la transferencia de calor debe ser tenido encuenta en la simulación. Para el proceso de secado de unsistema alimenticio compuesto, la simulación se ha encontrado que elpredichos de temperatura, humedad y presión distribucionesen el sistema alimentario compuesto por el acopladomodelo de acuerdo con los datos experimentales. Sin embargo, hayhabía una gran diferencia entre los valores predichos porel modelo desacoplado y los datos experimentales (Wu &Irudayaraj, 1996).El secado de los materiales alimenticios es normalmente un proceso complejoque implica simultánea de calor y masa acopladatransferir en los materiales. En la mayoría de los casos, es a menudo414 L. Wang y D.-W. Sun / Trends in Food Science & Technology 14 (2003) 408-423supone que se difunde la humedad a los límites externosen una forma líquida y la evaporación se lleva a cabo sólo en lasuperficie. Los modelos de difusión do líquido se separael agua y el vapor de agua de difusión (Wang y Brennan,1995). Sin embargo, en algunos casos, la evaporación del agua interiordurante el secado es importante y por lo tanto simultáneacalor, el agua y la difusión de vapor debe ser consideradopara la simulación de procesos de secado (Thorvaldsson yJanestad, 1999). Por ejemplo, para predecir el secadoproceso de panes, simultánea de calor, agua yla difusión de vapor a través de los panes fue descrito utilizandouna diferencia finita unidimensional acoplado calor ymodelo de transferencia de masa (Thorvaldsson y Janestad, 1999).Las tres ecuaciones rectoras del calor, la humedad yvapor estaban conectados por la relación entre lospresión de vapor saturado y la temperatura local.Cálculo de la temperatura y el contenido de aguase divide en los siguientes pasos: (1) Temperaturase calculó a partir de la ecuación de transferencia de calor, (2)local de agua el contenido de vapor se determina a partir de la

relación de presión-temperatura, (3) local de aguacontenido de vapor también se calculó por la difusiónecuación de vapor de agua, (4) después de la difusión, la cantidadde vapor a ser condensado o agua a evaporarse determinó por comparación de dos locales vaporcontenidos calculados en los pasos 2 y 3, y por último, (5)contenido de humedad se calculó mediante la difusión del agua.Las comparaciones entre la predicción y experimentalcontenido de agua y las temperaturas mostró que lasuposición de evaporación y condensación en lamodelo descrito los mecanismos de difusión en porosobien los alimentos (Thorvaldsson y Janestad, 1999).Las simulaciones en el proceso de secado de vegetales yfrutas utilizando una diferencia finita unidimensional acopladomodelo de transferencia de calor y masa confirmó que elsuposición de frente de evaporación-condensación en lasecado modelo era válido para el secado de la humedad porosomateriales con permeabilidad grande como el plátano (WangY C hen, 1999). Sin embargo, se destacó también porWang y Chen (1999) que la asunción de evaporación-frente condensación no era válida y másanálisis completo fue necesario si la permeabilidadde alimentos y vegetales deshidratados estaba por debajo10_19 m2.Un horno de microondas también se utiliza en el secado de algo de calor sensiblealimentos (Lian et al, 1997;.. Ahmad et al, 2001).Durante el secado por microondas, el calor y la transferencia de humedadestá acoplado. En el modelado de la calor y acopladohumedad a través de la transferencia de galletas durante microwaveassistedsecado, la transferencia de calor y humedad puede serdescrita por la ecuación de Fourier de la conducción de calor conla generación de calor interior y la ecuación diferencial deLey de difusión de Fick, respectivamente. El modelo puede serresuelto por un sistema de elemento finito (Ahmad et al., 2001).En el modelado de calor acoplada y la transferencia de humedada través de los materiales porosos durante asistida por microondassecado al vacío, una combinación de agua y líquidotransferencia de vapor debe ser tenido en cuenta en laecuación de transferencia de humedad. Mientras tanto, la transferencia de calorpuede ser descrito por la ecuación de Fourier de la conducción de calorcon un plazo de generación de calor interno que cubre latentecalor de evaporación del agua y la fuente de calor de la microondapotencia. Sin embargo, como la transferencia de humedad es causada por lagradiente de temperatura en los alimentos, la ecuación de humedadtransferencia de datos

aún se puede simplificar en una ecuación isotérmicaSi el gradiente de temperatura es demasiado pequeño (Lian et al.,1997).EnfriamientoNormalmente, para la predicción de proceso de enfriamiento convencionalde una canal animal, un modelo de transferencia de calor se utiliza un solopara describir la conducción de calor a través de un cuerpo de la carcasa conconsideración de la convención, radiación y evaporaciónde transferencia de calor en la superficie de las canales. Superficie humedadpérdida debida a la evaporación se supone que es proporcionala la diferencia entre la presión de vapor en lasuperficie y en medio de refrigeración. La presión de vapor enla superficie se determina por la presión de saturación deagua a temperatura de la superficie y la actividad de agua. Sin embargo,un calor acoplada y el modelo de transferencia de masa también puedeser usado para predecir los procesos de enfriamiento de las canales.La carcasa puede ser dividido en cinco zonas de ronda,solomillo, lomo, costilla y el mandril, el calor y transferencia de masa endirección vertical de cada zona se puede despreciar. Por lo tanto,una de dos dimensiones de elementos finitos de calor acoplada ymodelo de masa se puede utilizar para predecir la temperatura yperfiles de humedad en cada zona. La masa y calortransferencia en cada zona se describe normalmente mediante el uso de ladifusión ecuación de la ley de Fick y la ecuación de Fourier de laconducción de calor, respectivamente (Mallikarjunan y Mittal,1994).Enfriamiento al vacío se utiliza para enfriar ráp idamente algunos frondosoverduras y alimentos cocidos como carne cocida grandearticulaciones (Wang & Sun, 2002d, e, 2003). Enfriamiento al vacío esdiferente de aire lento convencional, chorro de aire y aguamétodos de inmersión de refrigeración en la generación interna deenfriamiento fuente debido a la evaporación del agua bajo vacíopresión. Modelación matemática de enfriamiento al vacío dearticulaciones cárnicos cocidos implica la transferencia de calor acoplada conla generación de calor y transferencia de masa interior con interiorgeneración de vapor en los poros interiores de las carnes cocidas. Lamétodo de los elementos finitos se puede utilizar para resolver el acopladocalor y masa modelo de transferencia para juntas cárnicos cocidos encomercial elipsoide o forma de ladrillo durante vacíoenfriamiento (Wang & Sun, 2002d, e, 2003).Calor acoplado transferencia y el flujo de fluidoComo se discutió anteriormente, en el modelado de la calefacción / refrigeraciónprocesos de alimentos sólidos, la ecuación de Fourier de calorconducción y / o la ecuación de difusión de la ley de Fickse utilizan ampliamente para describir la transferencia de calor y masaa través de los alimentos sólidos. El flujo de fluido de la calefacción /

L. Wang y D.-W. Sun / Trends in Food Science & Technology 14 (2003) 408-423 415medio de enfriamiento a través de la superficie de los alimentos sólidosse consideran normalmente en la superficie de calor y de masacoeficientes de transferencia, las cuales determinaron mediante experimentos oecuaciones empír icas correlación. Con el avance enpotencia de los ordenadores, el calor y transferencia de masa acopladoa través de los alimentos sólidos y el flujo de fluido de la calefacción /medio de refrigeración se puede modelar juntos y elLos modelos pueden ser resueltos en los ordenadores modernos. Lacalefacción / refrigeración procesos de líquido (o en polvo) los alimentostal como secado por pulverización de esterilización y también son típicosacoplado de transferencia de calor y problemas de flujo de fluidos. Recientedesarrollo de la transferencia de calor y flujo de fluido acopladomodelos se pueden encontrar en la modelización de la dispersión de almidón(Yang & Rao, 1998), la cocción de alimentos en un horno de convección(Verboven, Scheerlinck, De Baerdemaeker, y Nicolai ¨,2000a, b), la esterilización de alimentos enlatados líquidos (Ghani etal., 1999a, 2001), de pulverización y de secado por convección de los alimentos(Straatsma, Houwelingen, Steenbergen, y De Jong,1999), y la convección de enfriamiento y almacenamiento de los alimentos (XuY Burfoot, 1999a, b; Foster et al, 2002;. Hu & Sun,2000, 2001a, b, 2002).CalefacciónCon potentes ordenadores calefacción disponible, de sólidoalimentos en un industrial tipo convección del horno puede sermodela como un flujo de fluido y el problema de transferencia de calor.CFD ofrece una herramienta eficaz y efectiva para analizar larendimiento industrial de tipo convección horno comode aire caliente eléctricos Hornos de convección. En el CFDmodelos, las bobinas de calentamiento eléctrico y el ventilador puede sermodelo en la ecuación de cantidad de movimiento (las ecuaciones de Navier-Stokes) como una resistencia distribuida y distribuida acuerpo fuerza en la región del dominio de flujodonde las bobinas y el ventilador están colocados. El valor deviscosidad turbulenta en la ecuación de momento puede serobtenido mediante el uso de la norma y renormalizacióngrupo versión del _-_ modelo de turbulencia (Verboven etal., 2000a, b).Almidón proceso de dispersión antes de la gelatinización inicialla temperatura es un típico flujo de fluido y transferencia de calorproblema. Para predecir la temperatura del núcleo transitoriaperfil de dispersión 3,5% de almidón de maíz en una verticalcilíndrico en forma de lata durante el calentamiento a 121_C, una bidimensionalaxisimétricos elemento finito acopladocalor, masa y momentum modelo fue desarrollado por

Yang y Rao (1998). La viscosidad del complejo eraobtenido mediante el uso de un modelo termo-reológico basado enexperimentales datos reológicos durante la gelatinización del almidónen 65-95_C en combinación con un modelo asumidopara disminuir la viscosidad a 95-121_C (Yang & Rao,1998).Esterilización de proceso de alimentos enlatados líquidos es otroejemplo típico de flujo de fluido con la transferencia de calor. CFDmodelo puede ser usado para predecir los patrones de flujo de transitoriosy perfiles de temperatura en una lata llena de líquidoalimentos (Ghani et al., 1999a). Para la simulación de la esterilizaciónproceso de alimentos enlatados líquidos, la ecuación de la ergíanecesita ser resuelto simultáneamente con la continuidady ecuaciones de momento. Para predecir el transitoriotemperatura, velocidad y perfiles de la forma de lazona de calentamiento más lento en una bolsa que contiene carrotorangesopa durante la esterilización calefacción, una de tres dimensionesCFD modelo debe ser desarrollado (Ghani et al.,2001).Los procesos continuos de esterilización de una sola fasemezclas tales como leches y jugos de frutas se han convertidomás y más común. El proceso continuo esllama la HTST (alta temperatura corto tiempo) esterilizaciónproceso, que da el mismo nivel de esterilidadpero una pérdida de calidad reducida en comparación con la esterilización por lotesproceso. Para la optimización de la calidad de los alimentosdurante la esterilización continua, el flujo laminar dealimentos líquidos en tuberías circulares con temperatura de pared uniformepuede ser descrito por un modelo de CFD (Jung &Fryer, 1999).Durante los procesos de secado de pulverización, el calor acoplado, masay el fenómeno de transferencia de presión se produce. El secadogotas de está influenciada por el transporte externo e internofenómenos por igual. Para simular el flujo de gas en unSpray Dryer y el cálculo de las trayectorias y loscurso de las partículas atomizadas, CFD se utiliza ampliamente(Straatsma et al., 1999). El modelo de turbulencia _-_ esutilizado para calcular el campo de flujo de gas. El diferencialecuación que describe el proceso de difusión en esféricopartículas continuación, se resuelven con las ecuacionespor calor externo y la transferencia de masa.Para el secado de frutas y verduras en una empresa industrialde tipo discontinuo bandeja de secador de aire, perfiles de presión y velocidadde aire calentado por encima de los productos puede ser determinada por unCFD modelo (Mathioulakis, Karathanos, y Belessiotis,

1998). En este caso, el flujo turbulento, que se caracterizapor velocidad relativamente alta y la presencia demuchos obstáculos en el secador de aire, puede ser descrito por laChen-_-_ Kim modelo (Chen & Kim, 1987).EnfriamientoHabitación fría y escalofriante chorro de aire se utilizan ampliamente paraenfriamiento de vegetales y frutas en grandes cantidades. Los productos alimenticiosestán normalmente dispuestos en capas apiladas una encima de laotro y con una separación entre las capas de productos aproporcionar distribuida uniformemente canales de aire en el paquete.Aire enfriado es entonces usado para soplar a través del paquete areducir las temperaturas. En este caso, la transferencia de calora través de la comida sólida y el fluido en los canales puedenser modelado, respectivamente, y una diferencia finita o finitomodelo de elementos pueden ser desarrollados para analizar el calorconducción a través del cuerpo sólido de los productos (Cominiet al, 1995;. Gowda et al, 1997).. Mientras tanto, el modeladolas variaciones en la temperatura y humedad del aire a lo largo de laaltura del paquete se puede lograr mediante el uso de energíaconservación ecuación en la corriente de aire (Gowda et al.,1997).  Como una alternativa al análisis continuo de416 L. Wang y D.-W. Sun / Trends in Food Science & Technology 14 (2003) 408-423velocidad acoplado y temperaturas de fluido en elcanales, las velocidades promedio del fluido y convectivascoeficientes de transferencia de calor puede ser estimado por primeraprocedimientos estándares de ingeniería con un fluidotemperatura. Los valores se pueden utilizar para calcularla distribución de temperatura detallados en el sólido y sela variación de temperatura en el líquido a granel (Comini etal., 1995).En un almacén frío, si la velocidad del aire es demasiado pequeña, la transferencia de calorpor convección natural se convierte en mucho más significativoque por convección forzada. En este caso,convección natural debido a los efectos de empuje debe serconsiderado. Durante la simulación, los almacenes frigoríficos llenos dealimentos con aire penetrables cajas o recipientes se puede suponer queser un medio poroso, y la fracción de huecos y mediadiámetro de los productos se midió experimentalmente. Parasencillez, si el tamaño de los elementos individuales de alimentos es muypequeña, la temperatura dentro de los elementos individuales esnormalmente supone uniforme. Las simulaciones muestran queel modelo de material poroso podría ser utilizado para describir el fluidoflujo y la transferencia de calor a través de mercancía almacenada encontenedores o cajas (penetrables Tassou y Xiang, 1998).La mayoría de los alimentos, como cereales, patatas y cebollas,normalmente se almacenan en pilas, silos o cajas

. La mayor parte de loslos productos alimenticios almacenados en partículas es también un típico porosamedios de comunicación. Los flujos de aire, la temperatura y la humedad de los cambiosaire y sólidos en almacenamiento a granel poroso de partículaslos productos alimenticios por lo tanto se puede predecir mediante el uso de un modelo de CFD.Mientras tanto, de difusión de agua y la conducción de calordentro de los sólidos se modelan para predecir la temperaturay perfiles de humedad en alimentos sólidos, y el calor derespiración, que se puede expresar como una empíricafunción de la temperatura, se considera que es el interiorcalor término de generación en la conservación de la energíaecuación. El modelo CFD se puede utilizar para predecircondiciones en el granel en las que el daño alimentosdebido a la condensación es probable que se produzca (Xu y Burfoot,1999a, b).Durante el enfriamiento de aire explosión de carnes cocidas, de la conducción de calorse produce a través del cuerpo de carne, mientras forzadoconvección, radiación de transferencia de calor y la evaporación de la humedadtendrá lugar en la interfase entre el fríoflujo de aire y la carne. Con el fin de investigar los efectosde las condiciones de operación variables tales como superficie localcoeficiente de transferencia de calor y la fluctuación de entradala temperatura en la precisión de la predicción, Hu & Sun(2000, 2001a, b, 2002) desarrollaron un modelo CFD parasimular la condición de flujo de aire en el refrigerador de la ráfaga de airecon dos ventiladores par a juntas cárnicos cocidos y máspredecir la tasa de enfriamiento y la pérdida de peso de las carnes.Temas futuros de investigaciónLas mejoras en la precisión del modeladoAunque el progreso continuo se ha hecho enlos últimos años en la mejora de la precisión de la modelización,mucho trabajo de investigación todavía tienen que llevarse a cabo. Lacontinuación se examinan las posibles áreas donde másinvestigación podría ser realizado con el fin de mejorar aún másla exactitud de la predicción del modelo.Superficie calor y los coeficientes de transferencia de masaCoeficientes de transferencia de calor y masa son importantesparámetros en el modelado de calentamiento y enfriamiento.Los coeficientes de transferencia de calor de convección superficialson en su mayoría calcula utilizando una correlaciónentre un conjunto de números adimensionales: Nusseltnúmero DNU ¼ HCl = LTH, número de Prandtl DPR ¼ = c_ LTH,Número de Reynolds Dre ¼ Lu = _Þ y el número de Grashof_Gr ¼ L3 = 2gDT _2_ para el flujo a través de un cuerpo (MallikarjunanY Mittal, 1994; Davey & Pham, 1997;

Wang & Sun, 2002a, b, c). La superficie de transferencia de masacoeficiente se puede determinar utilizando la relación Lewisde coeficientes de transferencia de calor y masa, que esexpresado como (Lewis, 1987):hKphfg¼ 64:7 Pa = K ð7ÞHay que señalar que estas correlaciones son normalmenterestringido a un intervalo dado de condiciones operativasy una precisión razonable sólo puede garantizarse en el marco deldado gama de condiciones de funcionamiento. Más atención debe ser pagado para seleccionar una correlación adecuada para un determinadocaso.Los coeficientes de transferencia de calor de convección superficialTambién se puede determinar mediante el ajuste de las temperaturas predichasa los datos experimentales. El coeficiente se determina por unamétodo de ensayo y error hasta que el modelo predijo da unabuen ajuste con los datos experimentales (Sahin, Sastry, yBayindirli, 1999; Varga & Oliveira, 2000). Para unasistema aséptico de alimentos de partículas de fluido, el coeficiente decada partícula se puede determinar mediante un ensayo y errorcoincidente de los contornos de temperatura predichos a partir de unanumérico modelo de transferencia de calor y la resonancia magnéticapor imágenes (MRI) imágenes (Hulbert, Litchfield, y Schmidt,1997).Para simplificar, un coeficiente de transferencia de calor promedio deconvección superficial se utiliza en la mayoría de las simulaciones.Sin embargo, con el avance de la tecnología CFD, un CFDmodelo puede ofrecer un instrumento eficaz y eficiente para el cálculo delos medios locales y coeficientes de transferencia de calorsuperficie de convección con un costo aceptable (KondjoyanY Boisson, 1997). Verboven, Nicolai ¨, Scheerlinck yDe Baerdemaeker (1997) usaron un CFD de dos dimensionesmodelo (paquete CFX) para investigar la variación encoeficiente de transferencia de calor alrededor de la superficie de los alimentos.Sus simulaciones encontró que alrededor del rectangularalimentos en forma, hay una gran variación en el localsuperficiales coefici entes de transferencia de calor. Utilizando los coeficientes localesen lugar del coeficiente promedio de la superficie causadacambios de temperatura en los alimentos a ser considerablementeL. Wang y D.-W. Sun / Trends in Food Science & Technology 14 (2003) 408-423 417más lento especialmente para losa en forma de alimentos y el más fríopunto también era ya no en el centro geométrico.Propiedades de los alimentosLas propiedades térmicas son otro de los másfactores importantes que determinan la exactitud de modelo

predicciones. Parte de las propiedades térmicas de los productos alimenticiosse puede encontrar en publicaciones disponibles (es decir,Lewis, 1987; Mellor, 1983; Mellor y Seppings, 1976;Miles, van Beek, y Veerkamp, 1983; Rahman, 1995;Sudor, 1985).Las propiedades térmicas de los alimentos se puede medir directamentepor experimentos (Fasina y Flemin, 2001; Ghazalaet al., 1995). Para la medición de las propiedades físicas, el calorlos modelos de transferencia puede ser utilizado para optimizar el experimentaldiseño (Nacor, Scheerlinck, Verniest, De Baerdemaeker,Y Nicolai ¨, 2001). La precisión de la predicción de unmodelo puede ser significativamente mejorado mediante la inclusión de temperaturay la composición dependen de las propiedades térmicas(Chen et al, 1999;. Tewkesbury, Stapley, y Fryer, 2000).Sin embargo, es difícil para la medición experimental aobtener una descripción detallada de la relación entre lospropiedades térmicas y la temperatura y composicionesde los alimentos. Alternativamente, las propiedades tér micas de los alimentos puedese calcula a partir de las composiciones de los alimentos y lospropiedades térmicas de cada composición (Davey &Pham, 1997; Evans et al, 1996;. Wang & Sun, 2002a, b,c, d, e). Las composiciones de los alimentos se puede medirantes y / o después de la elaboración y la variación en lacomposiciones durante el procesamiento se puede determinarmodelos de transferencia de masa. Las composiciones principales de alimentospor lo general son agua, proteína, y composiciones de grasa y otrastales como sal y cenizas son muy pequeñas. Ladependientes de la temperatura propiedades térmicas de losLas composiciones se pueden medir o encontrado en la literatura(Es decir, Lewis, 1987). Cabe señalar que los cálculospara las propiedades térmicas de las composiciones alimenticias sonbasada en la relación empírica o semi-empíricos. Másse debe prestar atención a seleccionar correlación adecuadaecuaciones para un caso determinado.Las propiedades térmicas de los alimentos también puede ser inversamenteencontrar mediante la transferencia de calor analítico o numéricomodelos y antecedentes temperatura experimental. Parala determinación de una propiedad térmica, un valor supuesto dela propiedad térmica se utilizó por primera vez para resolver el numéricomodelo. Las temperaturas previstas para las localizaciones dadasse comparan con sus valores correspondientes medidos.El valor de la propiedad térmica es aceptable si eldiferencia mínima entre los predichos y medidostemperaturas se consigue (Schmalko, Morawicki,Y Ramallo,

 1997).La contracción durante los procesos térmicosContracción en los alimentos se produce debido a la pérdida de humedad duranteprocesos térmicos. Efectos de la contracción en la precisiónde modelos son a veces significativas (Balaban, 1989).Contracción normalmente se tiene en cuenta en los modelos deprocesos de secado (Rovedo et al, 1995;. Simal et al, 2000.;Wang & Brennan, 1995) y vacío de refrigeración (Wang &Sun, 2002d, e). La contracción puede ser expresado como funcionesde la humedad y las funciones se determinan porexperimentos (Balaban, 1989; Wang & Brennan, 1995;Wang & Sun, 2002d, e).El análisis de sensibilidad para juzgar los supuestos en los modelosModelado preciso de un proceso térmico de los alimentos escomplejo. Por motivos de simplificación y ahorro de cómputotiempo, algunas hipótesis empleadas en el modelado sonnecesario. Además, aunque baratos y de altaordenadores de velocidad se han convertido en ampliamente disponible, elvelocidad de cálculo es siempre muy importante para unaprocesamiento esquema de control con un modelo numérico.La mayoría de las hipótesis provienen de la geometríadimensiony la forma, el calor y la superficie de transferencia de masacoeficientes, materiales de propiedades de los alimentos y el volumencambiar durante los procesos térmicos. Antes de simulación,si se utiliza o no un modelo de calor y de masa acopladotraslado o transferencia de calor acoplada y el flujo de fluido debetambién se determinó.El análisis de sensibilidad se puede hacer un juicio para laaceptabili dad de una hipótesis en el modelo. Algunosinvestigación se ha llevado a cabo para investigar la sensibilidadde variables de interés, tales como la temperatura en la operacióncondiciones de un sistema térmico y térmicaspropiedades de los alimentos (De Elvira Sanz, y Carrasco, 1996;Nicolai ¨ & De Baerdemaeker, 1996, 1999; Nicolai ¨, Verboven,Scheerlinck, & De Baerdemaeker, 1998; Nicolai ¨et al, 1999;. Nicolai ¨, Scheerlinck, Verboven, y DeBaerdemaeker, 2000; Varga, Oliveira, y Oliveira, 2000;Varga, Oliveira, Smout, y Hendrickx, 2000; Verboven,Scheerlinck, De Baerdemaeker, y Nicholai ¨, 2001).Los hallazgos de la investigación son que el tiempo ydependientes de la localización variaciones en las condiciones de operacióntales como temperatura variable y la transferencia de calor de superficiecoeficiente causar el desprendimiento de la térmica ycentros geométricos durante el procesamiento de los alimentos (De Elviraet al., 1996). Para simular un proceso térmico con bajocoeficiente de transferencia de calor, las pequeñas variaciones en el coeficiente

puede dar lugar a grandes desviaciones en la temperatura del núcleo dealimentos (Nicolai ¨ & De Baerdemaeker, 1996; Verboven etal., 2001). Las perturbaciones de diferentes medios, pero conla misma escala de fluctuación de calentamiento / enfriamiento mediotemperatura dio lugar a temperatura centro comparablevariación (Nicolai ¨ et al., 1999). Para una esterilización típicoproceso, se encontró que termo-físicas propiedades eranlas más importantes fuentes de variabilidad (Nicolai ¨ et al.,1998; Nicolai ¨ & De Baerdemaeker, 1999;. Nicolai ¨ et al,2000).Se hace hincapié en los resultados de los análisis de sensibilidaden las publicaciones que más esfuerzos deben hacersepara juzgar la aceptabilidad de un supuesto en elModelado.418 L. Wang y D.-W. Sun / Trends in Food Science & Technology 14 (2003) 408-423Junto calor y transferencia de masa con otros modelos paraalimentos analizar la seguridad y la calidadUna de las funciones fundamentales de la tecnología de modelado dela industria de la alimentación es analizar un proceso térmico paraproducir un producto alimenticio con una alta seguridad y calidad.Durante los procesos de calentamiento / enfriamiento, reacción bioquímicatales como inactivación de enzimas, desactivación microbianacaracterísticas tales como el crecimiento bacteriano, y mecánicastales como el estrés térmico y la hidráulica son la temperatura ydependiente de la humedad. Más intentos se pueden hacer aasociados otros modelos como reacción bioquímica(Chávez, Luna, y Garrote, 1997; Martens, Scheerlinck,De Belie, & De Baerdemaeker, 2001), la desactivación microbiana(Ávila, Manso, y Silva, 1996; Bellara, McFarlane,Thomas, y Fryer, 2000; Ghani et al, 1999b) y.mecánica modelos (Jia et al., 2000b) con el actualcalor y masa modelos de transferencia para una mayor evaluación de laseguridad y calidad de los alimentos durante el calentamiento / enfriamientoProcesos.Diseño asistido por ordenador y control de modelo predictivoLa aplicación de la modelización numérica de calefacción /proce sos de enfriamiento se beneficiarán de la comprensión de lafísica de una operación de procesamiento de alimentos y por lo tanto ayudar endiseño, la optimización y el control de un sistema de procesamiento.Con un gran volumen de los modelos disponibles en el alimentoindustria, más investigación debe hacerse hincapié en que prácticamenteusar dichos modelos en el diseño y control de una térmicaSistema de procesamiento. Para el diseño de un sistema de calefacción / refrigeración,un modelo numérico es una potente herramienta de ingeniería.Con los avances en la potencia de los ordenadores, la exactitud de los

modelos numéricos se puede mejorar mediante la inclusión de menossuposición. Sin embargo, para un esquema de control con unmodelo numérico, velocidad de cálculo es siempre muyimportante hacer un operativo de modelo.Un sistema de calefacción / refrigeración no puede ser controlado manualmentecon la precisión necesaria para realizar sus ventajas.Por lo tanto, es necesario desarrollar un avanzadosistema de control integrado con la optimización de procesos paraun proceso térmico. La mayoría de las estrategias de control avanzadoutilizar un modelo predictivo para mejorar el rendimiento deel sistema controlado. Modelos predictivos de control (MPC)son especialmente adecuados para procesos de alimentos debidosu capacidad para hacer frente a los retrasos (Haley & Mulvaney,1995). Van Der Sluis, Vijge, y Wouters (1999) tieneinformó recientemente de una aplicación con éxito de un elemento finitoon-line esquema de simulación predictiva en el controlsistema de una planta de refrigeración.Retos en los mecanismos que subyacen en lamodelos matemáticosEl calor y transferencia de masa a través de los alimentos porososEl secado y enfriamiento por vacío de la humedad y porosaalimentos se utilizan ampliamente en la industria alimentaria. Los térmicoprocesos implican calor y transferencia de masa acopladoa través de un medio poroso. Todavía es difícil predecir elvelocidad de transferencia de humedad a través de un medio poroso porquelos mecanismos implicados son complejos y no completamenteentendido. Como resultado, el diseño de secadoproceso y el proceso de enfriamiento en vacío sigue siendo en gran medida unaarte basado en la experiencia adquirida por ensayo y errorPruebas. A menudo, la resistencia de control es la masa internala transferencia y la transferencia de masa interna puede ocurrira través de la fase sólida o dentro de los espacios vacíos. Variosmecanismos de transferencia de masa interna, incluyendola difusión de vapor, difusión de la humedad y la superficie de evaporación,flujo hidrodinámico y el flujo capilar tieneHan Propuesto. Sin embargo, la Bruin y Luyben (1980)señalar que el modelo es complicado porque haycasi siempre más de un mecanismo para el totalFLUJO.Microondas proceso de calentamientoDurante el calentamiento por microondas, los patrones de calentamiento puedeser desigual. Factores alimentarios, como las propiedades dieléctricas,tamaño y forma desempeñar un papel más importante en comparacióna la calefacción convencional, ya que afectan no sól o a lamagnitud de generación de calor, sino también su distribución espacial

(Zhang, Datta, Taub, y Doona, 2001). Modeladode microondas proceso de calentamiento implica soluciones deecuación electromagnética y la ecuación de la energía. Lambertley es una fórmula simple poder y de uso común,según la cual la potencia de microondas esatenuada exponencialmente en función de la distancia depenetración en la muestra. Aunque la ley de Lambert esválido para muestras de espesor suficiente como para ser tratado como infinitamentede espesor, es una pobre aproximación práctica en muchossituations. En tales casos, una formulación rigurosa de laproblema de calentamiento requiere resolver las ecuaciones de Maxwell,que rigen la propagación electromagnética deradiación en un medio dieléctrico (Ayappa, Davis, Crapiste,Y Gordon, 1991, Burfoot, Raitton, Foster, yReavell, 1996). Durante el calentamiento por microondas, una temperatura grancambio puede provocar variaciones significativas enpropiedades dieléctricas, lo que resulta en un cambio grande en la calefacciónpatrón. Por lo tanto, una ecuación de Maxwell acoplado decon el modelo de transferencia de calor es necesario para describir lamicroondas proceso de calentamiento. Además, el potencial defalta de uniformidad en el proceso de calentamiento de microondas se debese describe exhaustivamente. Además, no se producehumedad acumulación en la superficie del alimento durantecalentamiento por microondas (Datta y Ni, 2002). Por lo Tanto,desafiante es para comprender el mecanismo de microondascalef acción, profundizar en los cambios en la calefacciónpatrones y verificar la distribución de la temperatura durantecalentamiento por microondas, y desarrollar un calor acoplado, humedady el modelo de transferencia electromagnética.La turbulencia del flujo durante el calentamiento y enfriamientoLa turbulencia es un fenómeno de gran complejidad yha desconcertado a los teóricos de más de un centenar years.Whatturbulencia hace tan difícil de abordar matemáticamente esL. Wang y D.-W. Sun / Trends in Food Science & Technology 14 (2003) 408-423 419la amplia gama de escalas de longitud y tiempo de movimiento inclusoen los flujos con las condiciones de contorno muy simples. No solomodelo de turbulencia es universalmente aceptado comosuperior para todas las clases de problemas. El estándar de k-_modelo es altamente recomendado para uso generalCFD cálculo. El mecanismo de la k-_ modelos esderivado de los flujos de equilibrio en el que las tasas de produccióny la destrucción de la turbulencia son casiequilibrado (Versteeg y Malalasekera, 1995). Thissuposición se ha demostrado ser válidos sólo en altoReynolds flujos numéricos y relativamente lejos de la pareden la capa límite. A bajos números de Reynolds

(Menor que 30.000), se sabía que la turbulencia simplificadomodelos, como el k-_ modelos o incluso modificar elk-_ modelos de tratamiento cerca de la pared o bien en baseen una pared o en función Wolfshtein de bajo Reynoldsnúmero son aproximaciones de la realidad. En MUCHOScasos estos modelos semi-empíricos fallará para predecir lacorr ecto cerca de la pared que limita el comportamiento cerca del productoSuperficie. Sin embargo, K-_ modelos siguen siendo populares porquede su disponibilidad en fáciles de usar códigos, que permiteuna implementación directa de los modelos, yporque son baratos en términos de tiempo de cálculo.Predicciones por códigos generales basa-_ k modelo son a menudomuy diferente de los datos experimentales. Como la forma demuchos productos alimenticios es muy complejo, el experimentaldeterminación de los coeficientes de transferencia de calor se mantiene en lavez más rápido y mucho más fiable que las predicciones.El cálculo basado en el actual código CFD tiene queutilizarse con precaución y se necesita más investigación paramejorar cerca de la pared de modelado en particular alrededor de romaórganos colocados en un flujo turbulento. Un tratamiento completo deturbulencia requeriría modelos más complejos, tales comograndes simulaciones de remolinos (LES) y modelos de Reynolds estrés(RSM). Sin embargo, modelos LES requieren de computación a granrecursos y no de uso como de propósito generaltools. Como las cuentas RSM para los efectos de simplificarcurvatura, remolino, giro, y los rápidos cambios en la cepatasa de una manera más rigurosa en comparación con el k-_modelos, tiene mayor potencial para dar predicciones exactaspara flujos complejos. Sin embargo, la fidelidad de RSMpredicciones sigue siendo limitado por los supuestos de cierreutilizado para modelar diversos términos en el transporte exactoecuaciones de Reynolds subraya. La n de loslos términos de deformación a la presión y la disipación de velocidad es especialmentesin reto. Por lo tanto, el RSM con adicionalgasto computacional no siempre dan resultadosque son claramente superiores a los modelos más sencillos en todos los casos deFlujos. Las expresiones matemáticas de turbulenciaLos modelos pueden ser bastante complicado y que contienenconstantes ajustables que necesitan ser determinado como bestfitlos valores de los datos experimentales. Por lo tanto, cualquier aplicaciónde un modelo de turbulencia no debe más allá de larango de datos. Además, los modelos de turbulencia actual puedeusarse para guiar el desarrollo de otros modelosa través de estudios comparativos.Conclusiones

El esquema de diferencias finitas, que es un simple numéricométodo en su aplicación, se utiliza ampliamente para modelocalefacción / refrigeración de procesos simples geométricas en los alimentosla industria alimentaria. Sin embargo, el método de elementos finitospuede funcionar mejor que el método de las diferencias finitas parageometrías irregulares y materiales heterogéneos. Lamétodo de volumen finito es ampliamente utilizado en el esquema de CFD,y el esquema de CFD computacionalmente costosa puede ser utilizadopara hacer frente a condiciones de contorno complejas y acopladode flujo de fluido y los problemas de transferencia de calor.El uso de métodos numéricos para describir la calefacción /procesos de enfriamiento en la industria alimentaria ha producido ungran número de modelos. Algunos supuestos tales comoforma simp lificada geométrica, física constante térmicapropiedades, el calor superficial constante y la transferencia de masacoeficientes y ningún cambio de volumen durante el procesamientose utilizaron ampliamente en el modelado. Sin embargo, investigaciones másdeben llevarse a cabo para justificar la aceptabilidad de lossupuestos por análisis de sensibilidad y mejorar laprecisión de los modelos por encontrar más información sobrede calor de superficie y los coeficientes de transferencia de masa, las propiedades de los alimentosy el encogimiento durante el procesamiento. Antes numéricométodos puede convertirse en una herramienta cuantitativa paracorrectamente el análisis de los procesos térmicos, la determinación detérmicas propensiones físicas y masa de la superficie y el calorcoeficientes de transferencia sigue siendo un área importante serestudiado.El calor numérica y modelos de comunicación tienen lapotencial para incorporar con otros modelos, tales comoreacción bioquímica, la reacción microbiana y mecánicasestrés adicional para la evaluación de la inocuidad y la calidadde productos alimenticios durante los tratamientos de calentamiento / enfriamiento. HeloSe espera que más investigación se llevó a cabo enla transferencia de calor y masa a través de alimentos porosos,microondas calefacción y el flujo de turbulencia en la calefacción /Enfriamiento Procesos. Más investigación sobre las aplicacionesde modelos numéricos para el diseño y la prácticael control de alimentos de calefacción / refrigeración procesos es significativo