Using Numerical Simulations in the
Evaluation of Food Thermal Process
Pedro E. D. Augusto
COTUCA, FEA – UNICAMP
Marcelo Cristianini
FEA – UNICAMP
Thermal Process
• The most effective and used method for guarantee of food
safety and quality
Enzymes
inactivation
Sensorial
perception
Nutrition
Thermal
Process
Microbial
inactivation
Energy
Cold spot and slowest heating zone (SHZ)
(Augusto et al, 2008; Santana,
2007; Pinho, Cristianini, 2005)
Cold spot and slowest heating zone (SHZ)
(Augusto, 2009; Augusto et al, 2009; Augusto, Cristianini, 2008;
Augusto et al., in press - b)
Convective heat transfer coefficient (h)
3,000
1.5
SSR
G1
2,250
SSR
1.0
1,500
0.5
750
G2
Fmodel/Fexperimental
F
G2
0
500
600
700
800
h (W/m²K)
900
0.0
1000
hG1,cooling = 1,125 W·m-2·K-1
hG1,heating = 2,150 W·m-2·K-1
hG2,cooling = 675 W·m-2·K-1
hG2,heating = 1,450 W·m-2·K-1
Dh ~ 67%
(Augusto et al., in press - d)
Convective heat transfer coefficient (h)
Meat Cubes
Meat Matrix
2 x 2 x 2 cm
Orientation of the meat cubes
in the space
(Santana, 2007)
Process control: retort temperature
tf
Fp   10
T ( t ) Tref
z
dt
ti
Vn t f
1
Fm    10
V V1 ti
D(1ºC)
(Augusto et al., 2008)
T ( t ,V ) Tref
z
dtdV
DFp ~ 20%
Process control: temperature sensors
DFp ~ 60%
(Augusto, Cristianini, 2008)
Physical properties
Dk(5%)
DFp ~ 20%
DCp(5%)
(Augusto et al., 2008)
Packaging orientation
60s
15
200s
300s
1.300s
conventional
inverted
horizontal
12
Fm (PU)
100s
9
6
3
(Augusto et al., in press - a)
0
0
260
520
780
t (s)
1040
1300
Packaging orientation
15
posição convencional
posição invertida
20s
Fm (UP)
12
30s
60s
100s
300s
9
6
3
(Augusto et al., in press - c)
0
0
300
600
900
t (s)
1200
1500
Thermal process optimization
Dretention ~ 15%
(Pinho, 2003)
Thermal process optimization
Packaging
geometry
DFp ~ 25%
35
35
LC
LP
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
Fp (min)
Fm (min)
30
DFp ~ 320%
(Augusto et al., 2009; Augusto et al., in press - b)
0
15
30
45
60
75
90
t (min)
105
120
135
150
165
Thermal process optimization
v (m.s-1)
30s
60s
180s
420s
gG1 / gG2 = 1,3
(Augusto, 2009)
480s
900s
Conclusions
The numerical simulation of heat transfer and fluid flow is
proving to be a powerful tool in the evaluation of different
aspects of food thermal process, contributing to obtain
safer and high quality foods.
References
Augusto, P. E. D. Modelamento matemático da transferência
de calor durante o tratamento térmico de alimentos líquidos
embalados. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de
Alimentos), Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP),
2009.
Augusto, P. E. D.; Pinheiro, T. F.; Tribst, A. A. L.; Cristianini, M.
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Journal of Food Engineering, 5(4), article 6, 2009.
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determinação de histórias térmicas de produtos processados
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Brazilian Journal of Food Technology, VII BMCFB, 9-19, 2008.
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modelagem matemática para avaliação dos efeitos da
temperatura de processo e das propriedades térmicas na
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de Alimentos, in press - a.
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fluidodinâmica computacional (CFD) na avaliação de
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esterilização de alimentos condutivos em embalagem de
vidro. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Alimentos),
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), 2003.
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Bacillus stearothermophilus in conductive baby food packed in
glass container. International Journal of Food Engineering,
1(2), 1-8, 2005.
Santana, F. F. Modelamento matemático de alimentos com
particulados pelo método dos elementos finitos. Dissertação
(Mestrado em Tecnologia de Alimentos), Universidade
Estadual de Campinas (UNICAMP), 2007.
Acknowledgements
[email protected]
[email protected]