SIP20144660 Modelado fenomenológico del encogimiento de agroalimentos durante el secado convectivo

Muchas investigaciones sobre el secado de alimentos se han orientado a reducir el consumo energético de los procesos y otras a mejorar la calidad sensorial de algunos alimentos, sin embargo, en lo que respecta al fenómeno de deformación de alimentos, pocos avances se han logrado y gran parte de los modelos de secado lo ignoran.
A pesar de que los fenómenos de transporte en medio porosos deformables ha sido extensamente estudiado para materiales como suelos, rocas, concreto y cerámica, las aplicaciones en biomateriales, tejidos, geles, polímeros y alimentos presentan una complejidad tal, que ha sido poco estudiada. Los modelos matemáticos y la simulación numérica son recursos esenciales para la innovación de los procesos.
En esta propuesta se propone resolver un modelo matemático basado en la física, que capture el transporte de cada fase considerando leyes termodinámicas y simule la deformación.
Los gradientes de presión que causan la deformación tiene su origen en varios mecanismos: presión del gas debido a la evaporación del agua, presión de la fase líquida, y presión capilar, las cuales son función de la temperatura y del contenido de humedad del material.
Si durante el secado asumimos un estado cercano al estacionario para la deformación (término de aceleración igual a cero), el balance de momento para el sólido nos lleva al divergente del stress efectivo, lo cual esta relacionado con el gradiente de la presión del poro.
Para resolver el sistema de EDPs utilizaremos el concepto de Volumen elemental representativo y el método de elemento finito. El sistema de ecuaciones deberá considerar la mobilidad de la fase líquida y vapor
Se estudiará el secado de papa a diferentes condiciones para 1) monitorear experimentalmente el transporte de masa y calor y 2) Simular la física del secado considerando un método arbitrario lagrange-Euler en la deformación del material.

Durante el secado de alimentos se desarrollan diferentes mecanismos de transporte que provocan la deformación del material. El objetivo de esta investigación fue obtener un modelo matemático que simulara la transferencia de masa y calor en papa para obtener las cinéticas de secado y el perfil térmico considerando la deformación del material. Una revisión bibliográfica, los balances de materia y energía, un análisis de los mecanismos de deformación en alimentos, la solución numérica de un modelo y la comparación contra resultados experimentales fue realizado. Rodajas de papa variedad alpha se sometieron a un proceso de secado por convección de aire caliente a 40, 50 y 60°C, con una velocidad del aire de 1.5 m/s. La humedad relativa de la cámara de secado fue de 25%. Cada experimento se realizó por duplicado. Se solucionó numéricamente un modelo matemático de transferencia de masa y calor acopladas simultáneamente, considerando una ecuación para la deformación del material. Los resultados obtenidos muestran una similitud entre la cinética de secado simulada y la experimental, y revelan dos comportamientos del material identificados como lineal y no lineal en términos del flux de masa.