Desarrollo de un prototipo a escala de pasteurización de alimentos líquidos basado en calefacción por inducción.

Abstract

La pasteurización de alimentos líquidos consiste en elevar la temperatura de un alimento durante un tiempo y temperatura determinada, con el fin de inactivar los microorganismos que puedan afectar la integridad del producto y la salud del consumidor. La pasteurización es un proceso que se emplea frecuentemente en la industria de alimentos procesados donde se emplean elevadas cantidades de combustibles fósiles con el fin aumentar la temperatura de grandes volúmenes de alimento. Teniendo en cuenta el principio de pasteurización, en el presente proyecto se diseñó e implementó un prototipo de pasteurización basado en calentamiento por inducción. Para ello se realizó una extensa investigación sobre el principio de pasteurización en alimentos líquidos y calentamiento inductivo esto con el objetivo de conocer los rangos de tiempo y temperatura al que operan los distintos tipos de pasteurización. De esta manera el método de pasteurización utilizado fue la pasteurización VAT que requiere de una temperatura de 60°C. De igual forma se obtiene un circuito inductivo de conmutación suave (ZVS) constituido por un inversor de medio puente y un circuito resonante en paralelo como carga, este circuito entrega en su salida una potencia de 216 W y opera a una frecuencia de 10 kHz, frecuencia necesaria para lograr una profundidad de penetración de las corrientes parásitas de 2.7 mm en el material a calentar. Del mismo modo en este documento se presentan los resultados obtenidos mediante simulaciones y pruebas experimentales de las formas de onda de tensión y corriente del circuito y la carga. Para finalizar, se muestran los resultados de calentamiento obtenidos en el alimento a pasteurizar, tanto por el método de calentamiento por inducción, que operó a una potencia de 216 W alcanzando una temperatura de 60°C en 79’’ y, por el de resistencia eléctrica, que operó a 330 W llegando a la misma temperatura en un tiempo de 45’’.

Pasteurization of liquid foods consists of raising the temperature of a food for a certain time and temperature, in order to inactivate microorganisms that may affect the integrity of the product and the health of the consumer. Pasteurization is a process frequently used in the processed food industry where high quantities of fossil fuels are used to raise the temperature of large volumes of food. Taking into account the pasteurization principle, a pasteurization prototype based on induction heating was designed and implemented in this project. For this purpose, an extensive research on the principle of pasteurization in liquid foods and inductive heating in order to know the time and temperature ranges at which the different types of pasteurization operate. Thus, the pasteurization method used was VAT pasteurization, which requires a temperature of 60°C. Similarly, a soft-switched inductive circuit (ZVS) consisting of a half-bridge inverter and a parallel resonant circuit as load is obtained. This circuit delivers an output power of 216 W and operates at a frequency of 10 kHz, the frequency necessary to achieve an eddy current penetration depth of 2.7 mm in the material to be heated. In the same way, the results obtained through simulations and experimental tests of the voltage and current waveforms of the circuit and the load are presented in this document. Finally, the heating results obtained in the food to be pasteurized are shown, both by the induction heating method, which operated at a power of 216 W reaching a temperature of 60°C in 79’’ and by the electrical resistance method, which operated at 330 W reaching the same temperature in a time of 45’’.