Contribution à la compréhension de la cuisson domestique sous pression de vapeur. Etude expérimentale et modélisation des transferts, de l'évolution de la texture des légumes et du fonctionnement d'un autocuiseur - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2007

A contribution to understanding of household cooking under vapor pressure. Experimental study and modelling of transfers, vegetable texture evolution and pressure cooker working

Contribution à la compréhension de la cuisson domestique sous pression de vapeur. Etude expérimentale et modélisation des transferts, de l'évolution de la texture des légumes et du fonctionnement d'un autocuiseur

Abstract

This study deals with pressure cooker used as household cookware under vapor pressure. The aim goal of this work is the comprehension of the coupled thermal transfer in unsteady state about temperature, internal pressure, supplied power, internal gas composition and way of transfer (conduction, convection, boiling and condensation for example). This study must lead to optimize cooking conduct. Only vegetables, especially carrots, cooked in vapor are studied. There are three stages during cooking in pressure cooker: pressure rising, pressure upholding and decompression. The vessel is initially closed and contains a known quantity of water. The power supplied at the bottom of the vessel allows production of vapor and causes pressure increase. The level of pressure is limited by a valve opening at 1.5 bar which corresponds to the temperature of saturated vapor: 112° C. The evolution of cooking is estimated through carrot texture measurement evaluated by mechanical method. Thus, different cooking paths can be compared with the same final cooking level. An experimental pressure cooker was constructed. It allowed to control the parameters of cooking (internal pressure, power supplied, etc.) and to measure many variables (temperatures, outlet flow, local gas composition, etc.) To describe the complexity of coupled phenomena under unsteady conditions, we wrote two models: a model calculating mass and heat transfers between some defined compartments like gas, water, wall, foodstuff, etc. and a CFD model simulating flows and transfers. These models, completed by some experimentally obtained coefficients, allowed us to explore some ways of cooking optimization. Models are validated in different cases. Results showed us importance of phenomena on cooking as boiling, condensation according to incondensable gas concentration, etc. We observed that cooking is mainly under unsteady conditions, even during pressure upholding stage because outflow through the valve drains air. Effects of different thermal phenomena on foodstuff temperature rising are displayed and some of them are quantified. First optimization of cooking conduct was suggested to save energy.
Cette étude porte sur la cuisson en autocuiseurs qui sont des appareils de cuisson domestiques sous pression. L'objectif principal est la compréhension de la cuisson dans un autocuiseur au travers de l'étude des transferts thermiques couplés en régime transitoire pour la température, la pression interne, la puissance de chauffe fournie, la composition de l'atmosphère de cuisson et surtout les mécanismes de transferts (conduction, convection, ébullition et condensation par exemple). Cette compréhension doit permettre une optimisation de la cuisson. Seule la cuisson de légumes, en particulier de carottes dans la phase gazeuse, est étudiée. La cuisson en autocuiseur s'effectue en trois étapes : la montée en pression, le maintien en pression et la décompression. C'est le chauffage par le bas de l'appareil initialement clos et contenant un fond d'eau qui permet une augmentation de la pression par production de vapeur. Le niveau de pression est ensuite limité par l'ouverture d'une soupape classiquement autour 1,5 bar, soit une température de vapeur saturante de 112° C. Nous avons mis au point une méthode mécanique pour l'évaluation du niveau de cuisson par l'évolution de la texture des carottes. Ceci nous a permis par la suite de comparer différents modes opératoires pour un même niveau de cuisson final. Expérimentalement, un pilote basé sur un autocuiseur a été construit. Il permet la maîtrise de la conduite (pression, puissance de chauffe, etc.) et un grand nombre de mesures (températures, débit sortant, composition locale, etc.) La modélisation apparaît nécessaire pour décrire la complexité des couplages et la transition entre les différents mécanismes de transfert. Ainsi, deux modèles ont été développés : un modèle considérant des flux de matière et de chaleur entre différents compartiments (gaz, eau, paroi, aliment, etc.) et un modèle d'écoulement et de transfert de type CFD. Ils permettent de faire des analyses que n'autorise pas l'expérimentation et d'explorer d'autres profils de cuisson en vue d'une optimisation de la conduite de l'autocuiseur. Les modèles ont été validés dans un certain nombre de cas. Les résultats obtenus permettent de comprendre l'importance de certains phénomènes comme l'ébullition et la condensation en fonction de la teneur en air résiduel. On constate que l'ensemble de la cuisson se fait principalement en conditions non-stationnaires, même pendant le maintien en pression car la fuite par la soupape provoque un appauvrissement progressif de l'air dans l'atmosphère interne. Les effets des différents évènements thermiques sur la montée en température de l'aliment ont pu être mis en évidence et quantifiés pour la plupart. Une première optimisation de la conduite est avancée pour limiter la consommation énergétique de la cuisson.
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Dates and versions

pastel-00004560 , version 1 (15-01-2009)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00004560 , version 1
  • PRODINRA : 246665

Cite

Richard Rocca-Poliméni. Contribution à la compréhension de la cuisson domestique sous pression de vapeur. Etude expérimentale et modélisation des transferts, de l'évolution de la texture des légumes et du fonctionnement d'un autocuiseur. Sciences de l'ingénieur [physics]. AgroParisTech, 2007. Français. ⟨NNT : 2007AGPT0045⟩. ⟨pastel-00004560⟩
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