Moya Pérez, Jara María
Calvo Calzada, María Begoña (dir.) ; Grasa Orus, Jorge (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2022
Abstract: El trabajo presentado en esta Tesis se centra en la Ingeniería asistida por ordenador
para ayudar a la optimización de procesos de cocinado. El principal objetivo de este
trabajo es desarrollar una metodología numérica que permita la simulación de procesos
de cocinado o de tratamientos térmicos de alimentos con el propósito de conocer el
comportamiento de la comida cuando se cocina en un ambiente doméstico o cuando
se calienta en un tratamiento industrial. De esta manera, en una primera línea de
investigación, se podría guiar en estos procesos de cocinado a los usuarios, utilizando
nuevas tecnologías como las redes neuronales. Para abordar esta investigación ha sido
necesario el estudio de los fenómenos que subyacen en el cocinado de alimentos, más
concretamente en el cocinado de carne de ternera a la plancha. La segunda parte de la
tesis se centra en la simulación del tratamiento de comida solida mediante calentamiento
ohmico, concretamente mediante pulsos eléctricos de alta intensidad (PEF), con el
objetivo de optimizar estos sistemas y conseguir la inactivación bacteriana de los
microorganismos existentes en estos alimentos.
En el caso de la simulación de carne de ternera a la plancha, se ha desarrollado
un modelo 3D de elementos finitos que ha sido validado experimentalmente, capaz
de reproducir el calentamiento de la carne y su pérdida de peso debido a este
calentamiento, incluyendo el momento de darle la vuelta a los trozos de carne. El
modelo incluye la física de transferencia de calor así como los procesos de goteo de
agua y su evaporación, y el momento de darle la vuelta a la carne. Se ha comprobado
que el modelo es valido para distintos espesores de carne y para distintos grados de
cocinado. Posteriormente, a este modelo se le ha implementado la cinética del color,
para conocer la evolución del color de la carne en función de la temperatura que esta
adquiere durante el proceso. Mediante esta implementación se han podido obtener los
perfiles de color a lo largo del espesor de los trozos de carne para así poder obtener el
tiempo de vuelta de la carne óptimo que daría un grado de cocinado igual por ambos
lados de la carne.
En cuanto a la simulación de sistemas PEF para el tratamiento de alimentos sólidos,
se ha validado experimentalmente un modelo axisimétrico de elementos finitos que
simula este tratamiento en una cámara cilíndrica de pulsos PEF que contiene agar.
Con este modelo ha sido posible conocer la evolución de la temperatura en la muestra,
así como la inactivación de la Salmonella Typhimitium 878. Una vez validada esta
herramienta, se ha explorado la opción de termostatar los electrodos de la cámara
simulada, con el objetivo de conseguir una mayor homogeneidad en la temperatura
alcanzada y por tanto también en la inactivación. Se ha llevado a cabo un análisis de
sensibilidad de los principales parámetros de funcionamiento de la cámara para conocer
la combinación óptima que de lugar a una mejor homegenización de la inactivacion de
bacterias así como tiempos más cortos de tratamiento.
Abstract (other lang.):
para ayudar a la optimización de procesos de cocinado. El principal objetivo de este
trabajo es desarrollar una metodología numérica que permita la simulación de procesos
de cocinado o de tratamientos térmicos de alimentos con el propósito de conocer el
comportamiento de la comida cuando se cocina en un ambiente doméstico o cuando
se calienta en un tratamiento industrial. De esta manera, en una primera línea de
investigación, se podría guiar en estos procesos de cocinado a los usuarios, utilizando
nuevas tecnologías como las redes neuronales. Para abordar esta investigación ha sido
necesario el estudio de los fenómenos que subyacen en el cocinado de alimentos, más
concretamente en el cocinado de carne de ternera a la plancha. La segunda parte de la
tesis se centra en la simulación del tratamiento de comida solida mediante calentamiento
ohmico, concretamente mediante pulsos eléctricos de alta intensidad (PEF), con el
objetivo de optimizar estos sistemas y conseguir la inactivación bacteriana de los
microorganismos existentes en estos alimentos.
En el caso de la simulación de carne de ternera a la plancha, se ha desarrollado
un modelo 3D de elementos finitos que ha sido validado experimentalmente, capaz
de reproducir el calentamiento de la carne y su pérdida de peso debido a este
calentamiento, incluyendo el momento de darle la vuelta a los trozos de carne. El
modelo incluye la física de transferencia de calor así como los procesos de goteo de
agua y su evaporación, y el momento de darle la vuelta a la carne. Se ha comprobado
que el modelo es valido para distintos espesores de carne y para distintos grados de
cocinado. Posteriormente, a este modelo se le ha implementado la cinética del color,
para conocer la evolución del color de la carne en función de la temperatura que esta
adquiere durante el proceso. Mediante esta implementación se han podido obtener los
perfiles de color a lo largo del espesor de los trozos de carne para así poder obtener el
tiempo de vuelta de la carne óptimo que daría un grado de cocinado igual por ambos
lados de la carne.
En cuanto a la simulación de sistemas PEF para el tratamiento de alimentos sólidos,
se ha validado experimentalmente un modelo axisimétrico de elementos finitos que
simula este tratamiento en una cámara cilíndrica de pulsos PEF que contiene agar.
Con este modelo ha sido posible conocer la evolución de la temperatura en la muestra,
así como la inactivación de la Salmonella Typhimitium 878. Una vez validada esta
herramienta, se ha explorado la opción de termostatar los electrodos de la cámara
simulada, con el objetivo de conseguir una mayor homogeneidad en la temperatura
alcanzada y por tanto también en la inactivación. Se ha llevado a cabo un análisis de
sensibilidad de los principales parámetros de funcionamiento de la cámara para conocer
la combinación óptima que de lugar a una mejor homegenización de la inactivacion de
bacterias así como tiempos más cortos de tratamiento.
Abstract (other lang.):
Pal. clave: simulacion ; pasterizacion ; esterilizacion de alimentos ; procesos de transferencia de calor
Titulación: Programa de Doctorado en Ingeniería Mecánica
Plan(es): Plan 514
Nota: Presentado: 14 09 2022
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2022
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