Simulación por computadora de la solidificación de helados

Resumo

Las propiedades mecánicas y térmicas de los materiales están determinadas principalmente por dos factores. El primer factor corresponde a las propiedades mecánicas y térmicas de las fases individuales que lo componen, y el segundo a la topología de la microestructura que conforman dichas fases. La información que se puede obtener de secciones bidimensionales no es suficiente para definir completamente la estereología de uan microestructura tridimensional. Esta tesis propone tres modelos para simular la evolución de la microestructura de los helados durante su fabricación. Se simula el proceso de solidificación en el armario de congelación (blast freezer) que experimentan las partículas de hielo previamente generadas en el mantecador (barrel freezer). Todos los modelos propuestos se han implementado en programas informáticos para estudiar sus comportamientos. El primer modelo emplea una descripción analítica de la microestructura y supone que las partículas de hielo son esféricas. La evolución de éstas se simula incrementando su tamaño y controlando los ángulos diedro que aparecen entre ellas. El segundo modelo está basado en técnicas de Monte Carlo. Este modelo simula la evolución de una versión discretizada de la microestructura obtenida del mantecador. El modelo tiene en cuenta la concentración de azúcar en la matriz y su difusión. El último modelo desarrollado es determinista. Trabaja con una versión discretizada de la microestructura. La evolución de dicha microestructura se simula creciendo capas isótropas de hielo alrededor del las partículas sólidas iniciales. Estas capas crecen teniendo en cuenta la concentración de azúcar en la matriz líquida. El modelo es capaz de determinar el tiempo necesario para crecer cada capa. La principal ventaja del primer modelo es su rapidez y capacidad para simular grandes microestructuras. El principal problema es que no produce microestructuras de he