Reconstrucción tridimensional de tubérculos andinos de formas irregulares complejas, para la simulación en la transferencia de calor por conducción durante el calentamiento

Abstract

La presente investigación tuvo por objetivo obtener la reconstrucción tridimensional de alimentos de tubérculos andinos de formas irregulares complejas que fueron papa (Solanum tuberosum L.), oca (Oxalis tuberosa), isaño (Tropaeolum tuberosum) y olluco (Ullucus tuberosus), para luego realizar la simulación mediante el método de elementos finitos para predecir la distribución de perfil de temperaturas durante el proceso de calentamiento por conducción de calor. Se realizó la reconstrucción 3D de los alimentos, aplicando la fotogrametría digital (Agisoft PhotoScan Profesional) a partir de una secuencia de imágenes digitales tomadas desde cualquier ángulo a la muestra y el uso de un software de modelado basado en NURBS (B-Splines Racionales No Uniformes) (Geomagic Design X). Esta técnica permitió recuperar la forma real de la superficie capturando puntos en 3D (x, y, z), dibujando curvas y construyendo superficies directamente de modelos físicos; en el proceso de reconstrucción se estimó un error inferior al 2 %. Luego, el modelo matemático para la conducción de calor en cuerpos irregulares complejos sujeto a condiciones de borde convectivas constantes, fue resuelto usando un software de simulación basado en el método de elementos finitos (COMSOL Multiphysics). Los resultados para el punto más lento de calentamiento para cada alimento mostraron un RMSE inferior al 5%, entre los perfiles de temperatura experimentales y simulados. El método basado en los principios de ingeniería reversa aplicando la técnica de fotogrametría digital y tecnología de intercambio de datos CAD/CAE pueden usarse para optimizar procesos térmicos de alimentos de formas irregulares complejas respecto a su temperatura y tiempo.