Katı-sıvı karışımlarından oluşan konservelerde ısı transferinin sayısal benzetimi

Abstract

Isıl işlemler gıda güvenliğini sağlamada kritik bir kontrol noktası olup konserve üretiminde ürün verimliliğinin maksimizasyonunda da temel işlemdir. Konserve içinde gerçekleşen kondüksiyon ve doğal konveksiyon konserve gıdalara uygulanan ısıl işlemler sırasındaki temel ısı transer mekanizmalarıdır. Katı-sıvı karışımlarından oluşan ürünlerde kondüksiyon ve doğal konveksiyon eş zamanlı olarak meydana gelmektedir. Bu, çözümü hesaplamalı ısı transferi (HIT) konusuna giren kompleks bir problemdir. Bezelye konservesi gibi sıvı kısım içerisinde katı kısmın dağınık olarak bulunduğu ürünlerde sıcaklık dağılımı ve akış profillerinin hesaplanmasını içeren kapsamlı bir çalışma henüz literatürde bulunmamaktadır. Bu kapsamda yapılacak bir çalışma ile bezelye konservesi gibi sistemlerde optimizasyon çalışmalarına temel sağlayacak yaklaşımlar elde edilebilir. Bu nedenle bu çalışmanın amacı katı-sıvı karışımlarından oluşan konserve ürünler içerisinde ısıl işlemler sırasında oluşan sıcaklık dağılımını hesaplamaktır.Bu amaçla Ansys (V.11) HIT programı ile sayısal benzetim çalışmaları yapılmış ve sonuçlar deneylerle doğrulanmıştır. Bu aşamada piyasadan alınan konserve bezelye içeriğinden hazırlanan 500 g'lık kutu konservelerde iğne tipi ısılçiftler kullanılarak sıcaklık ölçümleri yapılmış ve sonuçlar sayısal benzetim sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sıcaklık değişimlerinin belirlenmesi, bu temele dayanan, sterilizasyon değeri ve üründe meydana gelen kalite kayıplarının hesaplanması gibi çalışmaların etkin biçimde yapılmasını sağlayacaktır. Bu çalışmanın, HIT programları optimizasyon algoritmalarınının bu hesaplamalarla kombine olarak kullanılabilmesini sağlaması ve literatürde halen fazla yapılmamış olan bu tür çalışmaların yapılmasına bir temel teşkil etmesi beklenmektedir.

Thermal processing is the most common technique used for preservation of foods today, and canning still provides a universal and economic method for preserving and processing foods. Conduction and natural convection inside the cans are the main heat transfer mechanisms in relation to the thermal processing of mixtures of solid-liquid foods. In fact, this is a complex problem in computational heat transfer (CHT) area. Literature, however, lacks in simulation studies (determination of temperature distribution and velocity profiles) of thermal processing of solid-liquid mixtures where solids are randomly dispersed in liquid phase, e.g. canned pea. If such a study can be carried out, optimization studies for these kinds of systems can also be done. Therefore, the objective of this study is to determine temperature changes inside a can containing solid-liquid food mixtures during thermal processing.For this purpose, temperature changes inside pea cans were determined using Ansys (V.11) CHT program, and the results were validated by experimental studies. In the experimental studies, cans were prepared in 500 g capacities using contents of the samples purchased from a local store, and temperature changes were measured using needle type thermocouples. Knowing temperature changes would lead to evaluation of sterilization value and nutritional losses effectively and use of these in optimization algorithms of the CHT programs to determine optimum processing time. This study is expected not only to be a significant contribution to the literature but also to form fundamentals of industrial projects for better improvements of canning industry.