SIP 20195013 Propiedades no lineales en el modelado matemático de la deformación de tubérculos con transporte de humedad.

En las últimas décadas, ha habido un interés por predecir y controlar la textura de los alimentos de origen vegetal. La calidad de los alimentos es de gran importancia para los consumidores, pues existe una resistencia al uso de productos químicos y conservadores, por lo cual se requiere de operaciones de secado que mejoren la calidad de los alimentos.
La gran mayoría de los alimentos experimentan cambios de volumen durante el proceso de secado. Estos cambios están acompañados por la formación de esfuerzos y estrés, lo que resulta en una calidad inferior de los alimentos. La pérdida de humedad y el calentamiento de los alimentos provocan estrés en la estructura celular de los alimentos, lo que conduce a cambios en la forma y dimensiones.
Una perspectiva compleja estudiada en los últimos años, analiza el transporte de masa y calor en medios deformables considerando la teoría de poroelasticidad. En esta perspectiva, se considera que los materiales contienen un fluido en sus poros. El transporte en medio poroso ha sido ampliamente estudiado en sistemas no alimentarios, sin embargo en alimentos deformables se ha estudiado muy poco.
El procedimiento para la cuantificación de la calidad de un alimento es: muestreo, adquisición de datos, procesamiento de datos, modelado, y predicción. El modelado es una etapa crítica para la predicción de la calidad del alimento.
Las propiedades de transporte dependen de los patrones de migración de humedad, por lo cual en el presente trabajo se propone simular el secado de cubos de papa que experimentan deformación durante el secado. Se considerará un análisis de las propiedades de transporte no lineales, además de la transición del estado gomoso al vítreo. El modelo está basado en la mecánica de lo continuo.

El secado de materiales biológicos alimenticios requiere de mejorar la calidad de los productos debido a que durante el procesamiento, estos materiales experimentan cambios irreversibles y lo deterioran. El secado es una de las operaciones más importantes para la industria de los alimentos, sin embargo, durante esta operación se desarrolla un endurecimiento superficial que conduce a una deformación del producto.
Para comprender la deformación de los alimentos, en el presente estudio se involucraron las propiedades de transporte, y los mecanismos de transporte de masa y calor en un modelo matemático. Un análisis de los antecedentes permite identificar los avances actuales en el estudio de la deformación de tubérculos durante el secado, además de elucidar las hipótesis y teorías que expliquen dicho fenómeno. Un abordaje experimental permitió obtener diferentes parámetros de secado, los cuales son analizados en términos de migración de humedad en el material. Se desarrolló un sistema de ecuaciones de conservación de masa, calor y de tensiones, para involucrar ecuaciones constitutivas que permitan involucrar propiedades de transporte no lineales en las simulaciones. Las cinéticas de secado y los cambios en las dimensiones del material muestran la complejidad del fenómeno.
El análisis fenomenológico permite discutir la interacción que existe entre migración de humedad y deformación de este material de origen biológico. Los resultados de las simulaciones numéricas describen correctamente los datos experimentales tanto de las cinéticas de secado como del encogimiento del material.