UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUIIMICA E INGENIERIA QUIMICA

E.A.P. Ingenieria Agroindustrial

Material de estudio editado para el curso Operaciones Unitarias I

Fenómenos de transporte en Ingeniería Agroindustrial

Conceptos básicos y avances

J. Welti-Chanes *, F. Vergara-Balderas, D. Bermúdez-Aguirre

Departamento de Ingeniería Química y Alimentos, Universidad de las Américas, Puebla, Santa Catarina

Mártir, Puebla, 72820, México. Recibido el 10 Octubre 2003; aceptado 1 Mayo 2004

Resumen

El desarrollo de la ingeniería de alimentos es relacionado con el conocimiento de los avances de

las diferentes áreas de la ingeniería química y otras corrientes de la ingeniería. Una de estas

áreas son los fenómenos de transporte, avances en el análisis matemático y la asistencia de

las herramientas computacionales para resolver problemas complejos que involucre la

transferencia de la cantidad de movimiento, calor y masa. Los fenómenos de transporte

aplicado al procesado de los alimentos presentan cambios especiales presentes en la

complejidad del material biológico y cuando estos cambian durante la aplicación de las

diferentes transformaciones o tratamientos de conservación. El estudio de los conceptos

básicos de los fenómenos de transporte y su aplicación para analizar, predecir y diseñar los

procesos es un paso importante en el avance de la ingeniería de los alimentos. Algunos de

estos conceptos básicos, ejemplos de recientes aplicaciones y tendencias en la investigación

son presentados en este artículo.

Palabras claves: Fenómenos de transporte, Reología, Transferencia de calor; Transferencia de

masa.

1. Introducción

En las industrias de procesamiento químico, alimentario y biológico, existen muchas similitudes en la manera como los materiales entrantes son modificados o procesados en materiales químicos y biológicos finales. Estos diferentes procesos químicos, físicos o biológicos pueden ser separados en diferentes pasos los cuales originalmente se llamaron operaciones unitarias. Sin embargo, en ingeniería química el término “operaciones unitarias” ha sido desde hace un tiempo reemplazado por el moderno término descriptivo “procesos de separación” (Geankoplis, 2003), pero en ingeniería de alimentos esos son algunos procesos de conservación (esterilización, pasteurización, salado, refrigeración, etc.), donde no son exactamente separación, en este sentido, el concepto de operación unitarias o proceso es aplicado en un sentido más amplio.

Muchos de estos procesos tiene en común ciertos principios fundamentales o mecanismos; por

ejemplo, los mecanismos de difusión o transferencia de masa que ocurre en el secado de los

alimentos, transferencias de fases en empaques flexible, procesos osmóticos, y separaciones por membrana, mientras que en la transferencia de calor ocurren en el tratamiento térmico, secado, evaporación, pasteurización, cocción y otros procesos de conservación. Estos procesos son denominados en general como fenómenos de transporte.

Los fenómenos de transporte de alimentos y otros materiales importantes biológicos es un enlace importante entre el procesamiento de estos materiales, la calidad y la seguridad de estos productos. Desafortunadamente, este enlace, aunque es importante, no es tomado en cuenta en la práctica. La consecuencia es que en las industrias agroindustriales son aun dominadas por el empirismo, o también llamados enfoques pragmáticos. Las posibles razones de esta situación son: (1) escaso entendimiento de los fenómenos de transporte, por ejemplo, la dificultad matemática; (2) la teoría clásica de los fenómenos de transporte, aun cuando es comprendido, es de difícil aplicación a los materiales biológicos debido a las características peculiares de estos últimos: estructura, propiedades, etc; (3) el personal profesional que trabaja en la industria no está convencido de la importancia de los fenómenos de transporte, posiblemente porque es un tema enmarcado y propio de la universidad (Gekas, 1992).

En suma a estas razones, otros aspectos que pueden ser considerado cuando se aplican los conceptos del fenómeno de transporte clásico a la ingeniería del procesado de los alimentos, por ejemplo: la necesidad de obtener propiedades de transporte específicas para varios materiales alimentarios y nuevos productos, el aprendizaje de nuevas tecnologías (altas presiones, pulsos eléctricos, calentamiento óhmico, etc.) y sus relaciones con los fenómenos de transporte a ser aplicado a cada caso, y la generación de software especifico y modelamiento computacional o adaptación/conversión de aplicaciones en ingeniería química a las necesidad de procesos de conservación en alimentos.

En este artículo, algunos conceptos básicos de los fenómenos de transporte y ejemplos de situaciones actuales son presentados en aplicaciones e investigación en ingeniería de alimentos usando estos conceptos básicos y los avances para resolver y entender mejor esta área del conocimiento que serán discutidos aquí.

2. Aspectos fundamentales de los fenómenos de transporte y sus analogías

Los tres mecanismos fundamentales del transporte involucrados en la mayoría de los procesos son: transferencia de cantidad de movimiento, calor y masa. El primero concierne a la transferencia de cantidad de movimiento y ocurre en su movimiento promedio; la transferencia de calor es concerniente con el cambio de calor, en el caso de la transferencia de masa, las que es transferida de una fase a otra distinta; el mecanismo básico es parecido ya sea en las fases gas, solido o líquido.