Evaluación térmica de un cocinador continuo

El equipo cocina el producto sumergido en agua a 92 °C, calentada por una chaqueta de aceite térmico a 240 °C, mientras dos bandas transportadoras de acero inoxidable lo llevan a lo largo del tanque.

Con el sistema anterior de canastillas el producto se cocinaba bien. Al incorporar las bandas transportadoras empezó a salir con el exterior cocido y el centro crudo, un problema de calidad y de inocuidad. El fabricante necesitaba saber por qué, y si convenía la configuración de flujo de aceite actual o la alternativa que estaba evaluando.

1. Diagnóstico físico. Identificamos la cadena de resistencias térmicas en serie que gobierna el proceso: aceite, pared de la chaqueta, agua del tanque, superficie del producto y centro del producto. Así jerarquizamos dónde estaba el cuello de botella antes de calcular en detalle.
2. Caracterización del sistema. Propiedades termofísicas del producto, el agua, el aceite y el acero, y geometría tomada del plano de fabricación.
3. Coeficientes de transferencia de calor en cada interfaz, con correlaciones según el régimen real: Dittus-Boelter, Churchill-Chu, Churchill-Bernstein y Rohsenow.
4. Balances de energía estacionario y transitorio del tanque y del circuito de aceite.
5. Conducción transitoria en el producto, resolviendo la ecuación de calor en un cilindro para distintos diámetros y condiciones del baño.
6. Comparación de las dos configuraciones de flujo de aceite: ida y vuelta (V1) y transversal (V2).

La potencia no era el problema. La chaqueta puede entregar 253,7 kW y el proceso demanda 63,6 kW: cuatro veces más de lo necesario. La falla estaba en cómo llegaba ese calor al producto.

• La placa guía sólida de la banda bloquea la circulación del agua. El canal por donde pasa el producto queda casi estancado y el coeficiente de convección cae de 1.117 a 140 W/m²K: ocho veces menos calor entregado.
• Los 49 mm superiores del canal quedan fuera de la chaqueta y no reciben calefacción lateral. El agua en el canal está entre 75 y 88 °C, no a los 92 °C de diseño.
• El interior del producto es la resistencia dominante (número de Biot entre 5,6 y 23,1). Ese límite físico no se puede eliminar, pero sí manejar con el tamaño de las piezas y una mejor convección.

Con el diseño actual, el centro de una pieza de 40 mm necesita entre 26 y 33 minutos para llegar a 75 °C, cuando el equipo solo le da 16. Combinando tres mejoras sin cambios estructurales mayores, el tiempo baja a 13,5 a 15,8 minutos y se cumple el objetivo sin perder capacidad de producción.

La configuración transversal (V2) resultó superior en todos los criterios y se recomendó como definitiva.

Ordenado por prioridad, según el impacto sobre la cocción, el costo y el plazo:

1. Perforar o reemplazar la placa guía con al menos un 40 % de apertura.
2. Clasificar el producto con un diámetro máximo de 35 mm antes de entrar al equipo.
3. Bajar la banda inferior para que todo el canal quede dentro de la zona de la chaqueta.
4. Instalar una recirculación interna del agua para eliminar las zonas muertas.
5. Subir la temperatura del baño a 95–97 °C.
6. Aislar las tuberías de aceite y sumar una tapa con extracción de vapor, que hoy liberan 7,7 kW al área de trabajo.
7. Adoptar la configuración V2 y revisar el punto de ajuste del aceite: el proceso necesita unos 170 °C, no 240 °C.

• Informe técnico en PDF con metodología, supuestos, memoria de cálculo y resultados.
• Diagnóstico de la causa raíz con indicadores cuantitativos.
• Comparativa técnica de las dos configuraciones.
• Plan de mejoras priorizado y reunión de seguimiento.