INFORME FINAL GOeI?4O DE CHILE cOMICYT FOECVT

PROYECTO FONDECYT REGULAR 2005-2006

2 años

1050810

RICARDO JOSÉ SIMPSON RIVERA

AV. ESPAÑA 1680 VALAPARAISO

32 2654302

[email protected]

PERÍODO QUE INFORMA

/

MARZO /

2005

MARZO /2007

/

CONTENIDO (MARQUE CON UNA X EL CASILLERO QUE CORRESPONDA) INCLUYE

NO INCLUYE

X

Formulario de Informe Final

X

Publicaciones Resumen de Tesis Título/Grado

X X

Información acerca de inventos y patentes Otros (especificar) Informe Incentivo Coop. Internacional (Si corresponde)

Firma Coinvestigadores(as)



Firma Investi ador(a) Responsable

Fecha:

/ / 03 /

CONTENIDO DEL INFORME FINAL I. CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS PLANTEADOS EN EL PROYECTO. Marque con una X el casillero correspondiente. Cumplimiento

Objetivos

Total

Parcial

Fundamentar No

el

cumplimiento

parcial o incumplimiento

X

Adecuación de sistema para validación experimental preliminar (autoclave).

Crear y validar una estrategia de X control en línea que sea aplicable a todo tipo de conservas Crear

y

validar

estrategias

de X

control en línea que sea aplicable a conservas

que

se

calientan

por

conducción y convección forzada Otro(s) aspecto(s) que Ud. considere importante(s) en la evaluación del cumplimiento de los objetivos planteados en la propuesta original o en las modificaciones autorizadas por los Consejos.

II. RESULTADOS OBTENIDOS Describa brevemente los resultados obtenidos en el proyecto en un máximo de cinco páginas, tamaño carta, espacio seguido. Para cada uno de los objetivos específicos, describa o resuma los resultados.

Relacione las publicaciones y/o manuscritos enviados a publicación con los objetivos específicos. Incluya en anexos, la información de apoyo que estime pertinente y necesaria para la evaluación.

OBJETIVOS DEL PROYECTO OBJETIVO GENERAL El objetivo de este proyecto es desarrollar, analizar, y preliminarmente implementar una estrategia general (aplicable a todo tipo de alimentos) de control en línea, que sea segura (garantizar un F0 ) y eficiente para el proceso de esterilización de alimentos de baja acidez.

Los objetivos específicos son:

a) Crear y validar estrategias de control en línea que sea aplicable a todo tipo de conservas. Primero, se implementará el método de cálculo para procesos térmicos desarrollado en nuestros laboratorios (Simpson et al, 2003a). Luego se desarrollará una estrategia de control para el proceso de esterilización de conservas que sea eficiente y validada de acuerdo los estándares de FDA.

b) Crear y validar estrategias de control en línea que sea aplicable a conservas que se calientan por conducción y convección forzada. Se desarrollará una estrategia de control óptimo aplicable a alimentos que se calientan por conducción y convección forzada (se dispone de un modelo matemático). Adecuación de sistema para validación experimental preliminar (autoclave). El autoclave Stock quedó en funcionamiento, para ello, se debió contratar técnicos en la materia, ya que el autoclave es uno de los 2 que hay en funcionamiento en Chile. El autoclave se encuentra en operaciones con termopares, además se instaló la plataforma de desarrollo en PC, y se desarrollaron pruebas experimentales de adquisición y envío de datos. Para todo tipo de alimentos, se proponen dos estrategias de control nuevas: / Corrección en línea para todo tipo de alimentos con mínimo sobreprocesamiento. / Corrección en línea para todo tipo de alimentos manteniendo el tiempo de procesamiento preestablecido.

La implementación y validación de estas estrategias se ha realizado por medio de simulación. Una rutina de búsqueda es capaz de encontrar las correcciones óptimas para el primer caso y los casos más críticos, en los que las estrategias podrían no corregir adecuadamente, en el segundo caso. La aplicación de los modelos y los resultados de la rutina de búsqueda, muestran la habilidad de las estrategias descritas de corregir de manera óptima y siempre segura los procesos desviados. Al cumplir con las etapas anteriormente descritas se preparó una publicación con la colaboración del profesor Arthur Teixeira (University of Florida, Gainesville, FL, USA), quien colabora en este proyecto a través de un programa de Profesores Visitantes (Programa Doctorado en Biotecnología, PUCV- UTFSM).

Como resultado se obtuvo la publicación ISI: "Simple, practica!, and efficient on-lirie correction of process deviations in batch retort through simulation" Food Control, 18(5), 458-465. (Se adjunta en Anexo 1) A continuación se trabajó en la creación de estrategias de control para alimentos conductivos y convectivos puros (convección forzada). Este punto se desarrolló en forma paralela al anterior (revisión bibliográfica). Luego del planteamiento del problema se diseñó estrategias de control para alimentos conductivos y convectivos puros, se probaron los modelos por simulación usando programas desarrollados en Matlab. Lo

anterior dio origen a la publicación 'Optimum on-line correction of process deviations in batch retorts with minimum compromise to process time or product quality". Nuevamente con la colaboración del Profesor Teixeira, y publicada en la revista Food Control, 17(8): 665-675 (Se adjunta en Anexo 1).

HL PRODUCTOS GENERADOS POR EL PROYECTO En esta sección debe incluir todo documento o material cuyo contenido corresponda substancialmente a los objetivos del proyecto que se informa y en los que se indique el N° del proyecto FONDECYT. Aténgase a los formatos que se incluyen para cada tipo de producto generado. Adjunte copia de los documentos no enviados previamente a FONDECYT. Utilice las hojas adicionales que sean necesarias. Si Ud. tiene un proyecto de Incentivo a la Cooperación Internacional, destaque con (*) las publicaciones generadas como producto del mismo a continuación de las que corresponden al Regular 1. Artículos en revistas científicas nacionales o extranjeras con Comité Editorial. Marque con una "X" lo que corresponda. Para trabajos En Prensa/ Aceptados/ Enviados adjunte copia de carta de aceptación o de envío.

Optimum on - line correction of process deviations in batch retorts with

Título del Artículo

minimum compromise to process time or product guality.

Simpson, R., Figueroa, 1., and Teixeira, A Autor(es) Nombre Completo de la Food Control. Revista. Año: _2007_Vol. _17 N° • LI Estado de la publicación a Publicada Aceptada la fecha.* /En Prensa Ref. bibliográfica

Otras

fuentes

8 Pág. _665-675. O Enviada

U

En preparación

de

financiamiento, si las hay

Simple, practica¡, and efficient on-line correction of process deviations in

Título del Artículo

batch retort through simulation. Simpson, R., Figueroa, 1., and Teixeira, A Autor(es) Nombre Completo de la Food Control. Revista. Año: 2007 • Estado de la publicación a Publicada la fecha.* ¡En Prensa

Ref. bibliográfica

Otras

fuentes

de

financiamiento, si las hay

O

Vol.

18 N° _5 Pág. _458-465.

Aceptada

O

Enviada

O

En preparación

Autor(a)(es/as)

Simpson, R., Figueroa, 1., and Teixeira, A

Título (Idioma Original)

Prelimiriary validation of on une correction of process deviations without

Nombre Completo de la Revista.

extending process time in batch retorting: any low acid canned foods Food Control

Año: _2007_Vol. 18_N° _8 Pág. 983-987. • E E E Estado de la publicación a Publicada Aceptada Enviada En preparación la fecha.* ¡En Prensa

Ref. bibliográfica

Otras

fuentes

de

financiamiento, si las hay Autor(a)(es/as)

Simpson, R., Almonacid, S., and Teixeira, A

Título (Idioma Original)

Advances with intelligent on-line retort control in thermal processing of

Nombre Completo de la Revista. Ref. bibliográfica Estado de la publicación a la fecha.* Otras

canned foods Food Control Año: _2007_Vol. .18_N° • E

Publicada

¡En Prensa fuentes

de

financiamiento, si las hay

Aceptada

7_Pág. _821-833.

O

Enviada

O

En preparación

2. Otras publicaciones/ productos. Título

Control logic for on-line correction of batch sterilization processes.

Tipo de publicación o producto

Marque con una "X" lo que corresponda

L Monografía L []

Libro

•

Capítulo de

[]

Seminario /Taller /Curso Informe Técnico Software

Libro Autor(es)

Simpson, R. Figueroa, 1., and Teixeira, A.

Editor(es) (Libros o Capítulos de Libros)

K. P. Sandeep

Nombre de la Editorial! Organización

Blackwell Publishing. 2006

3. Presentaciones a Congresos Nacionales e Internacionales. Adjunte copia del resumen o texto de la øonencia y de la tapa de/libro de Resúmenes, si no la ha enviado previamente. Título de la Ponencia

Simple, practica¡, and efficient

on-line correction of process deviations: batch

retort operations (Lecture)

Autor(es)

Simpson, Ricardo

Nombre del Congreso VII CONACYTA Lugar y Fecha

País:

Ciudad: Chiclayo

Fecha: Octubre 2005

Perú

Título de la Ponencia

Simple, practica¡, and efficient on-line correction of process deviations: batch retort operations (Lecture)

Autor(es)

Simpson, Ricardo

Nombre del Congreso VII Workshop on Mathematical Modelling of Energy and Mass Transfer Processes and Applications Lugar y Fecha

País:

Ciudad: Rosario

Argentina

Título de la Ponencia

Fecha 5-7 Diciembre 2005

Low-cost practica¡ on-line correction of process deviations with minimum over processing for batch retort operations.

Autor(es)

R. Simpson, Figueroa, 1., and Teixeira, A

Nombre del Congreso Congreso: JET Meeting

Lugar y Fecha

País: Estados Unidos

Título de la Ponencia

Ciudad

Fecha: Julio 2005

New Orleans

Low-cost practica¡ on-line correction of process deviations with minimum over processing for batch retort operations.

Autor(es)

R. Sirnpsori, Figueroa, 1., and Teixeira, A

Nombre del Congreso V Congreso Iberoamericano de Ingeniería de Alimentos Lugar y Fecha

País: México

Ciudad Puerto Vallarta

Fecha: Octubre 2005

Título de la Ponencia

Low-cost practica¡ on-line correction of process deviations with mínimum over processing_for_batch_retort_operations. R. Simpson, Figueroa, 1., and Teixeira, A

Autor(es)

Nombre del Congreso Congreso: XVI Congreso Chileno de Ingeniería Química

Lugar y Fecha

Título de la Ponencia

País:

Ciudad:

CHILE

PUCON

Fecha: Noviembre 2005

Optimum on-line correction of process deviations in batch retorts with minimum compromise_to_process_time_or_product_guality. R. Simpson, Figueroa, 1., and Teixeira, A

Autor(es)

Nombre del Congreso Congreso: IFT Meeting

Lugar y Fecha

Autor(a)(es/as) Título

(Idioma

País:

Ciudad:

Estados Unidos

Orlando

Fecha: Julio, 2006

R. Simpson. Quality assessment and process optimization.

Original) Nombre del Congreso Workshop on Computational Techniques in Food Engineering. Lugar y Fecha

País: Italy

Ciudad: Parma,

Fecha: 23-24 Noviembre, 2006

4. Tesis y ¡o Memorias en ejecución y lo terminadas en el marco del proyecto. Adjunte cop ia del resumen no informado anteriormente y certificación de aprobación, si corresponde. Diseño de una logica de control para el proceso de esterilización comercial:

Título de la Tesis

conservas de baja acidez. Nombre y Apellidos

Isabel Margarita Figueroa Amenbar

del /de los Alumno(s) Y Tutor Título!

Grado Ingeniero Civil Químico y Magíster en Ingeniería Química

alcanzado Institución,

Facultad, UNIVERISDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA,

DEPARTAMENTO DE

Departamento

PROCESOS QUIMICOS, BIOTECNOLOGICOS Y AMBIENTALES.

Lugar y Fecha

País:_CHILE

Ciudad: _VALPARAÍSO_____________

Fecha de Inicio: _MARZO 2004

Fecha de Término: _DICIEMBRE 2005_

IV. DESTAQUE OTROS LOGROS DEL PROYECTO TALES COMO: •

Estadías de investigación.

• Formación de recursos humanos exceptuando tesistas ya informados. • Actividades de difusión y/o extensión en la temática del proyecto. • Cualquier otro logro no contemplado en los ítem anteriores y que Ud. quiera destacar.

• La alumna tesista que trabajó en este tema, presentó el artículo. Simple, Practical, and Efficient On-Line Correction of Process Deviations in Batch Retort Through Simulation (Simpson, R., Figueroa, 1., and Teixeira, A) a la competencia del Institute of Thermal Processing Specialists donde obtuvo el segundo lugar (www.iftDs.org ). • En Febrero del 2006, el IFTPS invitó al Profesor Arthur Teixeira ha presentar el trabajo: QnLine Correction of Process Deviations in Batch Retorts (Anexo V) • En Diciembre del 2005, el professor Ricardo Simpson fue invitado a Workshop on Mathematical Modelling of Energy and Mass Transfer Processes and Applications. Rosario, Argentina, 5-7 Diciembre 2005• En el mes de Octubre del 2005, el profesor Simpson fue invitado al Congreso Nacional de Tecnología de Alimentos. Chiclayo, Perú. • En el año 2006 el profesor Simpson fue invitado al Workshop on Computational Techniques in Food Engineering. En Parma, Italia.

y. RESUMEN Describa en forma precisa y breve el tópico general del proyecto, sus metas y objetivos y los resultados alcanzados. Utilice un lenguaje apropiado para la comprensión del público no especialista en el tema. Esta información podrá ser difundida. (No debe exceder este espacio en fuente Verdana 9) Independiente de los últimos avances en tecnología e ingeniería, la esterilización de conservas se mantiene como uno de los métodos más universales y económicos para la preservación de alimentos. Aunque tardíamente, en la década pasada, las empresas procesadoras de alimentos de los países desarrollados fueron sistemáticamente incorporando sistemas computacionales para el control de procesos. El objetivo de este proyecto es desarrollar, analizar, y preliminarmente implementar una estrategia general (aplicable a todo tipo de alimentos) de control en línea, que sea segura (garantizar un F0) y eficiente para el proceso de esterilización de alimentos de baja acidez. Desde el punto de vista metodológico es necesario diferenciar el desarrollo teórico e implementación práctica de la estrategia de control que será aplicable a todo tipo de conservas (general) de la estrategia de control que será aplicable a las conservas que se calientan por conducción y convección forzada donde se dispone de un modelo matemático. Principales resultados y conclusiones Correcciones en línea óptimas para alimentos modelables. Este trabajo describió el desarrollo de aplicaciones más amplias de sistemas de control en línea para procesos batch de los modelos de transferencia de calor capaces de manejar una desviación no programada en los procesos térmicos de alimentos de baja acidez. Una de las principales características de este trabajo es que utiliza herramienta de control la temperatura M autoclave, en lugar del tiempo de procesamiento como se hace usualmente. La estrategia de control que se desarrolla para corregir las desviaciones escoge una temperatura de procesamiento más alta por el tiempo restante de proceso, para alcanzar el valor de letalidad que ha sido preestablecido como objetivo. Cuando la desviación ocurre muy avanzado el proceso la corrección puede requerir una temperatura muy elevada, que supere el límite práctico. En este caso, el proceso deberá extenderse, pero sólo por un tiempo mínimo. Correcciones en línea para todo tipo de alimentos con sobreprocesamiento mínimo. En este caso, que aborda estrategias de control que aplican a procesos para cualquier tipo de alimentos, este trabajo ha descrito dos estrategias de control prácticas y simples y de bajo costo de implementación en cualquier industria de esterilización de conservas. Son estrategias que pueden ser fácilmente implementadas sin contar con software o sistemas computacionales complejos. La primera estrategia toma en consideración la duración de la desviación experimentada por la temperatura del autoclave, además de la magnitud de la caída de la temperatura de procesamiento. Calcula una extensión "proporcional" al proceso a la temperatura original de proceso, para alcanzar el valor de letalidad objetivo del proceso con un sobre procesa miento muy pequeño comparado con las prácticas industriales actuales. La segunda estrategia apunta a corregir los procesos que han sido desviados sin alterar el tiempo de procesamiento que ha sido originalmente programado, lo que podría tener un impacto negativo en la sincronización de los equipos. Si la desviación ocurre muy avanzado el proceso, es posible que éste deba extenderse, pero por un tiempo mínimo.