Integration of Finite Element Analysis Results into Multi-domain Modeling for Food Production Plant Simulation

• Autores: Juan Almachi, Jhosue Vera, Matheo Paredes, Jose Luis Palacios, Jesssica Montenegro
• Localización: Revista Politécnica, ISSN-e 2477-8990, Vol. 55, Nº. 2, 2025 (Ejemplar dedicado a: Revista Politécnica), págs. 97-106
• Idioma: inglés
• DOI: 10.33333/rp.vol55n2.09
• Títulos paralelos:
  • Integración del Análisis por Elementos Finitos en la Modelización Multidominio para Plantas de Alimentos
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• Resumen
  • español

    En los últimos años, el uso de simulaciones en procesos industriales e investigación ha crecido significativamente gracias a los avances en tecnología computacional. Técnicas como la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), los Métodos de Elementos Finitos (FEM) se aplican ampliamente en diversos campos. En la industria alimentaria, los códigos de simulación multidominio han optimizado los tiempos de cocción y enfriamiento en equipos como hornos y marmitas. Sin embargo, las simulaciones detalladas, especialmente en transferencia de calor, requieren importantes recursos computacionales que a menudo superan las capacidades de estos enfoques. Este trabajo simula un horno y una marmita empleados en la producción de jamón, modelando el proceso de cocción en COMSOL Multiphysics para determinar tiempos y temperaturas óptimas. Los datos se exportan a Wolfram SystemModeler para controlar con precisión los ciclos de calentamiento, mostrando una alta concordancia entre ambas plataformas. Los resultados muestran una alta correlación entre las simulaciones de COMSOL y Wolfram, con un error del 5% en el tiempo de cocción de la marmita y una desviación del 15% en la generación de vapor. De manera similar, el horno presenta un error del 5%entre los valores de cocción simulados y experimentales. La integración de simulaciones basadas en FEM con modelado multidominio, mejora la precisión en la predicción de  tiempos de calentamiento, contribuyendo a la optimización de los procesos de producción de alimentos. 

  • English

    In recent years, the use of simulation in industrial processes and research has grown significantly, largely due to computational technology advancements. Techniques like Computational Fluid Dynamics (CFD), Finite Element Methods (FEM), simulations are widely used across various fields. In the food industry, multidomain simulation codes have optimized cooking and cooling times in critical equipment such as ovens and kettles. However, highly detailed simulations, especially for heat transfer in cooking processes, require substantial computational resources, often surpassing the capabilities of multidomain approaches. This work focuses on simulating an oven and kettle used in ham production. The cooking process is modeled using COMSOL Multiphysics to determine optimal cooking times and temperatures. The resulting temperature and time data are exported to  Wolfram SystemModeler to control steam of the on/off cycles of the heaters precisely.Results show a strong correlation between COMSOL and Wolfram simulations, with a 5% error in cooking time for the kettle and a 15% deviation in steam generation. Similarly, the oven presents a 5% error between simulated and experimental cooking values. The integration of FEM-based simulations with multidomain modeling enhances the accuracy of heating time predictions, contributing to the optimization of food production processes.