Hur man gör bättre soppa – med hjälp av matematik
En vanlig metod bland dem som konstruerar värmeväxlare är att använda samma traditionella beräkningsverktyg till livsmedel med partiklar som livsmedel utan. Problemet är att förekomsten av partiklar skapar en helt annan flödes- och värmedynamik i en värmeväxlare. Ny forskning utförd av Tetra Pak har undersökt exakt hur partiklar påverkar värmeöverföring.
Forskningen visar att vissa konventionella formler kan leda till avvikelser på så mycket som 12 °C mellan den beräknade utmatningstemperaturen och den faktiska uppmätta temperaturen hos mat med partiklar som lämnar en värmeväxlare. För att undvika detta brukar man använda en överdimensionerad värmeväxlare.
Om den faktiska temperaturen å andra sidan är mycket högre än väntat kan en viss andel av livsmedel med partiklar förstöras genom att både smak och färg försvinner. När det gäller investeringskostnader kan värmeväxlaren vara onödigt stor för ändamålet, vilket medför slöseri med både pengar och utrymme.
Forskningsstudien genomfördes under över två år på Tetra Paks produktutvecklingscentrum i Lund. I forskningsteamet ingick en grupp på omkring tio experter, bland annat en extern professor och doktorander som forskar om värmeöverföring på Lunds universitet. Olika typer av livsmedel med partiklar testades, exempelvis mangoberedningar, soppkoncentrat, chutneys och morotsblandningar.
Resultaten visade tydligt hur värmeöverföringskoefficienten varierar när partiklar förekommer i produkten. Som väntat förbättrade partiklarna faktiskt blandningen i rören och höjde därmed den allmänna värmeöverföringskoefficienten under vätskefasen.
Verktyg för att optimera processdesigner
Man har nu kunnat mäta partiklarnas påverkan och Tetra Pak har kunnat utforma en ny formel för värmeöverföringskoefficienten till livsmedel som innehåller partiklar, liksom ett nytt beräkningsverktyg för livsmedel med partiklar. Det nya verktyget kallas PartCalc och har validerats med hjälp av experimentella data. Det används nu för att hjälpa kunder att optimera deras processdesign för livsmedel med partiklar.
Tetra Paks experiment visar att bärarens flytande temperatur hos en rad olika livsmedel med partiklar som lämnar en värmeväxlare, enligt beräkningar utförda av PartCalc, i genomsnitt avviker mindre än 3 °C från den faktiska temperaturen. Det här är en avsevärd förbättring jämfört med traditionella beräkningar och ger god överensstämmelse med faktiska temperaturer. På så sätt kan Tetra Pak mer exakt välja ut värmeväxlare i rätt storlek till livsmedel med partiklar.
För livsmedelsberedningsindustrin finns många potentiella fördelar:
» Bättre livsmedelskvalitet med garanterad livsmedelssäkerhet
» Minskade drift- och underhållskostnader
» Minskade produktförluster
» Minskat miljöavtryck
Optimera värmebehandling av gryniga livsmedel
Optimera värmebehandling av gryniga livsmedel
Slut på gissningsarbetet
”Värmeöverföringskoefficienten som anger hur effektivt värmen överförs från väggen till vätskan har vi känt till, men värmeöverföringskoefficienten mellan vätskan och partikeln visste vi inget om”, tillägger hon. ”Man har gjort kvalificerade gissningar om det här och ibland har vi tvingats utföra enskilda tester med varje produkt med partiklar för att få fram beräkningarna. Men i och med det forskningsarbete som vi nyligen har genomfört och presenterat i ett whitepaper har vi nu modeller för hur värmeöverföringskoefficienten förändras beroende på partikelstorlek, partikelkoncentration och vätskans viskositet”.
Få hela historien här.
Ladda ned vårt whitepaper Historien bakom värmebehandling och gryniga livsmedel, från januari 2016, som innehåller Tetra Paks nya forskningsrön och mer om Tetra Paks nya formel för beräkning av värmeöverföringskoefficienten.
