Comment faire une meilleure soupe ? Grâce aux mathématiques
Une pratique courante pour les concepteurs d'échangeurs thermiques consiste à utiliser les mêmes outils de calcul classiques pour les aliments avec morceaux et pour les aliments sans morceaux. Le problème est que la présence de morceaux modifie considérablement la dynamique du flux et de la chaleur dans un échangeur thermique. Une nouvelle étude de Tetra Pak a analysé la manière exacte dont les particules affectent le transfert de chaleur.
L'étude montre que certaines formules conventionnelles peuvent entraîner des écarts allant jusqu'à 12 °C entre la température de sortie calculée et la température réelle mesurée des particules alimentaires quittant un échangeur thermique. Pour éviter cela, l'échangeur thermique est généralement surdimensionné.
D'autre part, si la température réelle est beaucoup plus élevée que prévu, l'aliment avec morceaux peut être partiellement détruit, ce qui entraine une perte de saveur et de couleur. Pour ce qui est des coûts d'investissement, l'échangeur thermique risque d'être surdimensionné par rapport à son usage, ce qui constitue un gaspillage d'argent et d'espace.
L'étude, menée pendant plus de deux ans au centre de développement de produits de Tetra Pak à Lund, en Suède, a impliqué un groupe d'une dizaine d'experts, dont un professeur externe et des associés de recherche spécialisés dans le transfert thermique à l'université de Lund. Différents types d'aliments avec morceaux ont été testés, tels que des préparations à base de mangue, des concentrés de soupe, des chutneys et des purées de carottes.
Les résultats ont clairement montré la variation du coefficient de transfert thermique en présence de particules. Comme prévu, les particules améliorent véritablement le mélange dans les tubes et augmentent donc le coefficient global de transfert thermique de la phase liquide.
Un outil pour optimiser la conception des processus
L'influence des particules est désormais quantifiée, et Tetra Pak a pu concevoir une nouvelle formule de coefficient de transfert thermique pour les particules, ainsi qu'un nouvel outil de calcul pour les aliments avec morceaux. Ce nouvel outil s'appelle PartCalc et a été validé par des données expérimentales. Il est maintenant utilisé pour aider les clients à optimiser la conception de leur processus pour les aliments avec morceaux.
Les expériences de Tetra Pak montrent que la température du liquide porteur d'une variété d'aliments avec morceaux quittant un échangeur thermique, telle que calculée par PartCalc, s'écarte de moins de 3 °C en moyenne de la température réelle. Il s'agit d'une amélioration considérable par rapport aux calculs traditionnels et d'une bonne corrélation avec les températures réelles. Cela permet à Tetra Pak de dimensionner plus précisément les systèmes d'échangeurs thermiques pour les aliments avec morceaux.
Pour le secteur de la transformation alimentaire, les avantages potentiels comprennent :
» Amélioration de la qualité des produits grâce une sécurité alimentaire garantie
» Réduction des coûts d'exploitation et de maintenance
» Pertes de produits réduites
» Réduction de l'empreinte écologique
Optimisation du traitement thermique des aliments avec morceaux
Optimisation du traitement thermique des aliments avec morceaux
Éliminez les approximations
« On connaît le coefficient de transfert thermique qui exprime l'efficacité du transfert de chaleur de la paroi vers le liquide est connu, mais pas le coefficient de transfert thermique entre le liquide et la particule, ajoute-t-elle. Nous avons eu recours à des estimations existantes, ou avons réalisé des essais individuels avec chaque produit avec morceaux pour effectuer ces calculs. Toutefois, grâce aux travaux de recherche que nous avons récemment effectués et présentés dans le livre blanc, nous disposons désormais de modèles permettant de déterminer comment ce coefficient de transfert thermique change en fonction de la taille des morceaux, de leur concentration et de la viscosité du liquide. »
Découvrez l'analyse de fond ici.
Télécharger notre livre blanc, Analyse de fond relative au traitement thermique des aliments avec morceaux, janvier 2016, qui contient les dernières découvertes de Tetra Pak et plus d'informations sur la nouvelle formule de Tetra Pak pour calculer le coefficient de transfert thermique.
