Evaluación experimental y modelado térmico de una parrilla de nicromo para cocción

Abstract

En esta investigación se llevó a cabo el diseño, construcción y evaluación técnica de un prototipo de parrilla eléctrica basada en resistencias de nicromo para la cocción controlada de nuggets de pollo. El proyecto integró de manera interdisciplinaria la ciencia de materiales y los fenómenos de transporte con el fin primordial de garantizar la inocuidad alimentaria, asegurando que el centro térmico del producto alcance los 74 °C requeridos por la normativa sanitaria para la eliminación de agentes patógenos. El desarrollo se fundamentó en una selección multimaterial estratégica. Se utilizó una placa de Aluminio 3003-H14 por su elevada conductividad térmica (190 W/m K), la cual actúa como una "válvula térmica" para distribuir el calor de forma isotérmica, protegida por un recubrimiento de PTFE (Teflón®) que permite la cocción con una dependencia mínima de aceites. Como fuente de calor, se diseñó un sistema de seis resistencias de nicromo en paralelo alojadas en una "microcámara" de aislamiento cerámico poroso (IFB JM23/K23). Esta configuración funciona como una barrera entrópica que confina la energía y la direcciona preferentemente hacia el alimento, minimizando las pérdidas térmicas hacia el ambiente y optimizando la eficiencia energética global del equipo. Metodológicamente, se desarrolló un modelo matemático de conducción transitoria analizado mediante los números adimensionales de Fourier y Biot. Este modelo permitió simular numéricamente en Excel la evolución de la temperatura desde la superficie de contacto hacia el centro térmico del nugget, validando que, bajo condiciones de operación de 170 °C durante 6 minutos, el centro del producto alcanza los 83.7 °C. El estudio determinó además una temperatura mínima de superficie (Ts,min) de 149.6 °C para cumplir con la norma sanitaria y minimizar la pérdida de humedad, fenómeno que representa el 62% del consumo energético total (16.08 kJ por unidad). Finalmente, se concluyó que el diseño cumple con la hipótesis de reducir significativamente la dependencia de aceites al mantener un contenido lipídico controlado del 13.77%. La evaluación financiera demostró una alta factibilidad económica con un costo de producción real de $8.89 por nugget y una inversión inicial de $40,000 amortizable en una producción masiva de 2,000 unidades diarias. Este trabajo representa el logro de consolidar una propuesta técnica reproducible que transforma una necesidad de procesamiento térmico en un proceso de ingeniería química eficiente, seguro y ambientalmente responsable.