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Planteamiento del Problema

La comercialización de porciones individuales de alimentos congelados ha llevado al desarrollo de procesos de congelación en lechos fluidizados con aire frío. El diseño de dichos lechos requiere plantear y resolver problemas referentes a transferencia de cantidad de movimiento y de transferencia de calor considerando, además, las posibilidades de optimización del proceso. En este proyecto, contemplaremos la congelación de arvejas con las siguientes características:

Capacidad Calorífica:

$3.31 [kJ/KgK]$ (fresca), $1.76 [kJ/KgK]$ (congelada)

Humedad:

$74.3\%$

Densidad:

$1230 [Kg/m^3]$

Diámetro:

$0.7 [cm]$

Conductividad Térmica:

$2.25 [W/m^2K]$

El lecho fluidizado corresponde al diseño que se observa en la figura 1 y puede operar, tanto en lote como en continuo. En este proyecto consideraremos un proceso en continuo.

Figura:Diseño del Lecho Fluidizado

Estudios en laboratorio indican que la fracción de vacío al iniciarse la fluidización es de $\epsilon_{mf}= 0.36$ y corresponde a una velocidad $v_{mf} = 1.19 [m/s]$. La fracción de vacío en el lecho fluidizado varia según la ley:

$$\epsilon = \epsilon_{mf}(v_a / v_{mf})^n$$

Donde: $n = 0.437$ El aire utilizado se introduce a $-35^\circ C$ y su velocidad varia entre $1.2 y 4 [m/s]$. La altura máxima de las arvejas en el lecho antes de fluidización es de $0.15 [m]$. Los procesos continuos en lechos fluidizados deben ser caracterizados según el tiempo de residencia media de las arvejas y los coeficientes efectivos de transferencia de calor en el lecho. Ambos aspectos se desarrollan a continuación.