Simulación de la pasteurización de la cerveza considerando el efecto del envase de vidrio, utilizando dinámica de fluidos computacional

Introducción: La simulación del proceso de pasteurización de la cerveza embotellada, considerando el sistema cerveza-CO2-vidrio, permite obtener resultados más reales sobre el comportamiento de la convección libre. Objetivo: El objetivo del presente trabajo es analizar el efecto del envase sobre los...

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Autores:: Perez Colas, Misdelki
Nápoles García, Martha Faustina
de la Cruz Aragoneses, María de Lourdes

Tipo de recurso:: Article of journal

Fecha de publicación:: 2020

Institución:: Corporación Universidad de la Costa

Repositorio:: REDICUC - Repositorio CUC

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description	Introducción: La simulación del proceso de pasteurización de la cerveza embotellada, considerando el sistema cerveza-CO2-vidrio, permite obtener resultados más reales sobre el comportamiento de la convección libre. Objetivo: El objetivo del presente trabajo es analizar el efecto del envase sobre los resultados de los perfiles de velocidad, temperatura y en las unidades de pasteurización en las zonas de calentamiento inicial, pasteurización y enfriamiento final. Metodología: Se emplea la dinámica de fluidos computacional con el software COMSOL Multiphisics V 5.1. Resultados: Se obtienen diferentes comportamientos en los perfiles de velocidad y temperatura de la cerveza, por la reducción del tiempo de intercambio efectivo entre la cerveza y el agua, porque el vidrio debe alcanzar la estabilidad térmica, provocando incrementos de la fuerza impulsora y reducción del tiempo de retención de la temperatura que garantiza la letalidad microbiana. Conclusiones: Los valores de las unidades de pasteurización a la salida son más elevados que lo recomendado comprometiendo las propiedades organolépticas de la cerveza.
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Available: http://www2.imm.dtu.dk/pubdb/edoc/imm4480.pdf S. K. Fasogbon & O. E. Oguegbu, “Modelling heat transfer characteristics in the pasteurization process of medium long necked bottled beers,” Eur J Engr Technol, vol. 7, no. 3, pp. 21–39, 2019. Available from http://www.idpublications.org/wp-content/uploads/2019/03/Full-Paper-MODELLING-HEAT-TRANSFER-http:/www.idpublications.org/wp-content/uploads/2019/03/Full-Paper-MODELLING-HEAT-TRANSFER-CHARACTERISTICS-IN-THE-PASTEURIZATION-PROCESS-OF-MEDIUM-LONG.pdf M. F. Nápoles, M. Pérez & M. L. De la Cruz, “Modelación matemática de la pasteurización de la cerveza utilizando dinámica de fluidos computacional,” Centro Azúcar, vol. 47, no. 1, pp. 67–76, 2020. Available: http://centroazucar.uclv.edu.cu/index.php/centro_azucar/article/view/170 M. Pérez, M. F. Nápoles & M. L. De la Cruz, “Estudio del efecto del calentamiento y el enfriamiento de la botella durante la pasteurización de la cerveza,” Centro Azúcar, vol. 47, no. 2, pp. 32–41,2020.Available: http://centroazucar.uclv.edu.cu/index.php/centro_azucar/article/view/197 C. Fontalvo, R. Pineda & J. Duarte , “Optimización energética de bombas centrífugas a través de un análisis paramétrico en CFD y modelos de pérdida de energía,” INGE CUC, vol. 16, no. 1, pp. 1–21,2020. https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.1.2020.01 A. J. Benitez, C. A. Vargas & W. Montealegre, “Simulación de moldeo por inyección basado en el método de volúmenes finitos (FVM),” INGE CUC , vol. 16, no. 2, pp. 1–11, 2020. https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.2.2020.08 E. Dilay, J.V.C. Vargas, S.C. Amico & J.C. Ordonez, “Modeling, Simulation and Optimization of a Beer Pasteurization Tunnel,” J Food Eng, vol. 77, no. 3, pp. 500–513,Dec. 2006. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.07.001 P.E. Augusto, T. Pinheiro & M. Cristianini, “Using Computational Fluid-Dynamics (CFD) for the evaluation of beer pasteurization: effect of orientation of cans,” FST, vol. 30, no. 4, pp. 980–986, 2010. https://doi.org/10.1590/S0101-20612010000400022 L. I. Laíce, “Estudo cinético do processo de pasteurização da cerveja numa pasteurizadora de túnel da fábrica de cervejas de moçambique,” Tesis grado, dpto Quím, UEM, MZ, 2013. Disponible en http://monografias.uem.mz L. Pardo, “Microorganismos termorresistentes en la producción de cerveza. Estudio inicial,” Tesis grado, dpto Biol, UDC, ES, 2017. Disponible en https://ruc.udc.es/dspace/handle/2183/19612 M. Suárez, “Cerveza: componentes y propiedades,” Tesis Master, dpto Biotec. Alim, Uniovi, OV, ES, 2013. Available: http://hdl.handle.net/10651/19093 M. Morales, “Reacciones químicas en la cerveza,” Rev Quím, vol. 32, no. 1, pp. 4–11, Abr. 24, 2018. Available: http://revistas.pucp.edu.pe/index.php/quimica/article/view/20105 P. Jonáš, “Modelling and control of tunnel pasteurizer,” Diploma Thesis, CVUT, PR, CZE, 2009. Available: https://support.dce.felk.cvut.cz/mediawiki/images/b/b0/Dp_2009_jonas_pavel.pdf E. Bhuvaneswari & C. Anandharamakrishnan, “Heat transfer analysis of pasteurization of bottled beer in a tunnel pasteurizer using computational fluid dynamics,” Innov Food Sci Emerg Technol, vol. 23, pp. 156–163, Jun., 2014. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2014.03.004 C. Zufall & K. Wackerbauer, “The Biological Impact of Flash Pasteurization Over a Wide Temperature Interval,” J Inst Brew, vol. 106, no. 3, pp. 163–168, 2000. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.2000.tb00053.x R. A. González-Castellanos & L. D. Curiel, “Metodología de la investigación científica para las ciencias técnicas,” Partes I, II y III, CU: Editora Universitaria, 2018. http://doi.org/10.5281/zenodo.1296510 R. B. Bird, W. E. Stewart & E. N. Lightfoot, Fenómenos de transporte. Bcn, ES: Editorial Reverté, 1992. M. Cortés, P. Fazio, J. Rao, W. Bustamante & S. Vera, “Modelación CFD de casos básicos de convección en ambientes cerrados: necesidades de principiantes en CFD para adquirir habilidad y confianza en la modelación CFD,” Rev Ing Cons, vol. 19, no. 1, pp. 22–45, 2014. Available from https://www.ricuc.cl/index.php/ric/article/view/506/pdf J. G. Ardila, D. A. Hincapé & J. A. Sierra , “Independencia de malla en tubos torsionados para intercambio de calor: caso de estudio,” Rev Fac Cs Univ Nal Col, vol. 5, no. 1, pp. 124–140, 2016. https://doi.org/10.15446/rev.fac.cienc.v5n1.54231 L. F. Klein, “ Estudo de desempenho de esguichos para túneis de pasteurização,” Tesis MS, Dpto Ing, UFRGS. Porto Alegre do Sul, BR, 2009. F.P. Incropera & D.P. Dewitt, Fundamentals of heat and mass transfer, 8 Ed. NY, USA: John Wiley and Sons, 1990. D. Q. Kern, Procesos de transferencia de calor. MX. DF, MX: Editorial Continental, 1999. J.C. Mendieta, M. A. Olarte & H. González, “Diseño de un sistema de control inteligente para un pasteurizador tipo túnel,” Prospectiva, vol. 10, no. 2, pp. 81–88, Dec. 2012. https://doi.org/10.15665/rp.v10i2.237
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Resultados: Se obtienen diferentes comportamientos en los perfiles de velocidad y temperatura de la cerveza, por la reducción del tiempo de intercambio efectivo entre la cerveza y el agua, porque el vidrio debe alcanzar la estabilidad térmica, provocando incrementos de la fuerza impulsora y reducción del tiempo de retención de la temperatura que garantiza la letalidad microbiana. Conclusiones: Los valores de las unidades de pasteurización a la salida son más elevados que lo recomendado comprometiendo las propiedades organolépticas de la cerveza.Introduction: The simulation of the pasteurization process of bottled beer, considering the beer-CO2-glass system, allows obtaining more real results of the behavior of free convection. Objective: The objective of the work is to analyze the influence of the consideration of the container, comparing the results of the profiles of speed and temperature and of the pasteurization units in the zones of initial heating, pasteurization and final cooling, without and with the consideration of transfer heat through the glass. Method: Computational fluid dynamics is used with COMSOL Multiphisics V 5.1 software. Results: Different behaviors are obtained in the speed and temperature profiles of the beer, due to the reduction of the effective exchange time between the beer and the water, because the glass must reach thermal stability, causing increases in the driving force and reduction of the temperature retention time that guarantees microbial lethality. Conclusions: The values of the pasteurization units at the outlet are higher than recommended, compromising the organoleptic quality of the beer.application/pdftext/htmlapplication/xmlspaUniversidad de la CostaINGE CUC - 2020http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0info:eu-repo/semantics/openAccessEsta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.http://purl.org/coar/access_right/c_abf2https://revistascientificas.cuc.edu.co/ingecuc/article/view/3153pasteurizationbeerfree convectioncomputational fluid dynamicspasteurization unitspasteurizacióncervezaconvección libredinámica de fluidos computacionalunidades de pasteurizaciónSimulación de la pasteurización de la cerveza considerando el efecto del envase de vidrio, utilizando dinámica de fluidos computacionalSimulating beer pasteurization by considering the effect of glass container by using computational fluid dynamicsArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1Textinfo:eu-repo/semantics/articleJournal articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Inge CucL. A. Patiño, H. Espinoza, & O. Velásquez, “Estudio numérico de la transferencia de calor en la cerveza en el proceso de pasteurización,” Rev Cs Ing, vol. 22, no. 3, pp. 19–25, 2001. Available: http://erevistas.saber.ula.ve/index.php/cienciaeingenieria/article/view/432L. A. Patiño, H. Espinoza, M. Collado & O. Velásquez, “Estudio del efecto de la presión dinámica de CO2 sobre la distribución de velocidades y temperatura de la cerveza en el proceso de pasteurización,” Saber, vol. 17, no. 1, pp. 41–47, 2005. Available: https://www.redalyc.org/pdf/4277/427739426006.pdfL. Jiji, Heat convection. Ge: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. Available: https://www.twirpx.com/file/1133919/E. Cao, Heat transfer in process engineering. NY, USA: McGraw-Hill, 2010. Available: https://www.technicalbookspdf.com/heat-transfer-in-process-engineering-by-eduardo-cao/K. Hoffman, “Beer pasteurization models,” Thesis MS, Informat Mathem Model. DTU, KL, DK, 2006. 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De la Cruz, “Estudio del efecto del calentamiento y el enfriamiento de la botella durante la pasteurización de la cerveza,” Centro Azúcar, vol. 47, no. 2, pp. 32–41,2020.Available: http://centroazucar.uclv.edu.cu/index.php/centro_azucar/article/view/197C. Fontalvo, R. Pineda & J. Duarte , “Optimización energética de bombas centrífugas a través de un análisis paramétrico en CFD y modelos de pérdida de energía,” INGE CUC, vol. 16, no. 1, pp. 1–21,2020. https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.1.2020.01 A. J. Benitez, C. A. Vargas & W. Montealegre, “Simulación de moldeo por inyección basado en el método de volúmenes finitos (FVM),” INGE CUC , vol. 16, no. 2, pp. 1–11, 2020. https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.2.2020.08 E. Dilay, J.V.C. Vargas, S.C. Amico & J.C. Ordonez, “Modeling, Simulation and Optimization of a Beer Pasteurization Tunnel,” J Food Eng, vol. 77, no. 3, pp. 500–513,Dec. 2006. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.07.001 P.E. Augusto, T. Pinheiro & M. Cristianini, “Using Computational Fluid-Dynamics (CFD) for the evaluation of beer pasteurization: effect of orientation of cans,” FST, vol. 30, no. 4, pp. 980–986, 2010. https://doi.org/10.1590/S0101-20612010000400022 L. I. Laíce, “Estudo cinético do processo de pasteurização da cerveja numa pasteurizadora de túnel da fábrica de cervejas de moçambique,” Tesis grado, dpto Quím, UEM, MZ, 2013. Disponible en http://monografias.uem.mz L. Pardo, “Microorganismos termorresistentes en la producción de cerveza. Estudio inicial,” Tesis grado, dpto Biol, UDC, ES, 2017. Disponible en https://ruc.udc.es/dspace/handle/2183/19612 M. Suárez, “Cerveza: componentes y propiedades,” Tesis Master, dpto Biotec. Alim, Uniovi, OV, ES, 2013. Available: http://hdl.handle.net/10651/19093 M. Morales, “Reacciones químicas en la cerveza,” Rev Quím, vol. 32, no. 1, pp. 4–11, Abr. 24, 2018. Available: http://revistas.pucp.edu.pe/index.php/quimica/article/view/20105 P. 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Rao, W. Bustamante & S. Vera, “Modelación CFD de casos básicos de convección en ambientes cerrados: necesidades de principiantes en CFD para adquirir habilidad y confianza en la modelación CFD,” Rev Ing Cons, vol. 19, no. 1, pp. 22–45, 2014. Available from https://www.ricuc.cl/index.php/ric/article/view/506/pdf J. G. Ardila, D. A. Hincapé & J. A. Sierra , “Independencia de malla en tubos torsionados para intercambio de calor: caso de estudio,” Rev Fac Cs Univ Nal Col, vol. 5, no. 1, pp. 124–140, 2016. https://doi.org/10.15446/rev.fac.cienc.v5n1.54231 L. F. Klein, “ Estudo de desempenho de esguichos para túneis de pasteurização,” Tesis MS, Dpto Ing, UFRGS. Porto Alegre do Sul, BR, 2009. F.P. Incropera & D.P. Dewitt, Fundamentals of heat and mass transfer, 8 Ed. NY, USA: John Wiley and Sons, 1990. D. Q. Kern, Procesos de transferencia de calor. MX. DF, MX: Editorial Continental, 1999. J.C. Mendieta, M. A. Olarte & H. 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Simulación de la pasteurización de la cerveza considerando el efecto del envase de vidrio, utilizando dinámica de fluidos computacional

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