¿Por qué un pequeño orificio hace una gran diferencia en la homogenización?

¿Qué le ocurre a una gota de leche cuando pasa por un homogenizador? ¿Cómo se rompe exactamente la gota y dónde se produce esa ruptura?

Una investigación pionera llevada a cabo por Fredrik Innings, experto sénior de Tetra Pak y profesor asociado de Ingeniería alimentaria de la Universidad de Lund, sacó algunas conclusiones interesantes sobre este proceso fundamental que forma parte de la esencia del homogenizador.

Ver el video “La magia dentro de los homogenizadores de Tetra Pak” y leer el resumen de ese estudio a continuación.

La magia dentro de los homogenizadores de Tetra Pak

¿Cuál es el secreto de una homogenización eficaz? Esta es la breve historia de cómo un pequeño orificio hace una gran diferencia. ¿Suena interesante? Bert-Ove explica cómo el rendimiento de un homogenizador depende de eso.

La magia dentro de los homogenizadores de Tetra Pak

¿Cuál es el secreto de una homogenización eficaz? Esta es la breve historia de cómo un pequeño orificio hace una gran diferencia. ¿Suena interesante? Bert-Ove explica cómo el rendimiento de un homogenizador depende de eso.

Resumen: Ruptura de las gotas en los homogenizadores de alta presión

Ruptura de las gotas en los homogenizadores de alta presión

El objetivo general de este proyecto fue investigar el proceso de ruptura de las gotas en los homogenizadores de leche. Esto se hizo mediante mediciones y cálculos de los campos de flujo en la región del orificio y mediante la visualización de la ruptura de las gotas.

Para hacer posible la visualización y las mediciones, se desarrollaron dos modelos a escala del orificio de un homogenizador. El modelo a escala real era una copia exacta del orificio de un homogenizador a escala de producción, pero con acceso óptico. Se pudieron probar presiones de homogenización operativas normales, y se pudieron visualizar gotas de hasta 5 µm de diámetro.

El segundo modelo se amplió unas 100 veces, procurando que los grupos adimensionales relevantes se mantuvieran constantes, de modo que los mismos factores gobernaran el proceso de ruptura de la gota. El modelo a escala estaba hecho de plástico transparente y se utilizó tanto para las mediciones del campo de velocidad como para la visualización de las gotas.

De estas mediciones se dedujo que las gotas no se rompían a la entrada del orificio. Las gotas más grandes se alargaban en cierta medida y las más pequeñas mantenían la forma esférica. No es mucho lo que sucede dentro del orificio en sí. El perfil de velocidad es muy uniforme a lo largo del orificio en un homogenizador a escala de producción.

En un homogenizador a escala piloto, las capas límite tienen tiempo de crecer y el perfil de velocidad está casi desarrollado a la salida del orificio. Las crecientes capas de cizallamiento parecen tener un efecto limitado sobre las gotas. Durante el paso por el orificio, las gotas pequeñas tendrán tiempo de recuperar su forma esférica, mientras que las grandes saldrán del orificio con casi la misma relación de aspecto que cuando entraron en él.

Este estudio demuestra que la ruptura de las gotas se produce en el chorro turbulento a la salida del orificio. Las mediciones de la velocidad del flujo muestran un chorro muy inestable, que se descompone más rápido que un chorro en un líquido libre. Dependiendo de la geometría de la cámara a la salida del orificio, el chorro puede adherirse a cualquiera de las paredes de 45 grados y convertirse en un chorro de pared.

La turbulencia en el chorro es muy alta, con intensidades de turbulencia del 50 al 100 %. Se encontraron indicios de que las estructuras de flujo del tamaño de la altura del orificio, o ligeramente inferiores, tienen intensidades muy elevadas. Los experimentos de deformación de las gotas y los análisis teóricos revelan que los remolinos que rompen las gotas varían en cuanto a su tamaño, el cual puede ser desde mucho más grande hasta un poco más pequeño que la gota. Los remolinos más grandes deforman la gota viscosamente por el gradiente de velocidad creado por el remolino. Los remolinos más pequeños deforman la gota por la inercia del fluido.

La fase crítica del proceso que rompe la gota es la deformación inicial. Si la gota se deforma hasta una relación de aspecto de entre 3 y 5, la gota se alarga muy rápidamente en uno o más filamentos que pueden doblarse, enrollarse y seguir deformándose antes de separarse en muchas gotas pequeñas.

Estudio sobre ruptura de las gotas en los homogenizadores de alta presión

Registrarse para descargar la versión en PDF y leer el estudio completo: “Ruptura de las gotas en los homogenizadores de alta presión”:

Gota de leche

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