Optimización paramétrica y validación experimental de un prototipo de secador por aspersión para zumo de naranja diseñado mediante CFD

Abstract

Existe una gran variedad de técnicas de deshidratación que se utilizan para disminuir el contenido de agua en alimentos, sin embargo, muchas de estas técnicas requieren de tiempos prolongados y altas temperaturas que pueden degradar parcialmente las propiedades nutricionales y características organolépticas de los productos. El secado por aspersión o Spray Dryer, es una técnica altamente utilizada para obtener productos en polvo. La ventaja de esta técnica es el poco tiempo de residencia y las bajas temperaturas de operación a las que se puede realizar el proceso de secado. El objetivo de este proyecto fue optimizar los parámetros de operación y validar experimentalmente un prototipo de secado por aspersión para zumo de naranja diseñado mediante CFD (Dinámica de fluidos computacional). La ejecución del proyecto permitió concluir que los parámetros adecuados del secador para secar zumo de naranja valencia son: presión de aire 1,8 bar; caudal de líquido 1,1 l/h; temperaturas de entrada-salida 200/80 °C y encapsulante maltodextrina con una concentración de 10 % (p/p). Se logró determinar que la maltodextrina es un encapsulante adecuado para el secado de zumo de naranja, permitió que el producto no alcanzara la temperatura de transición vítrea y las partículas tuvieron un tamaño homogéneo. Finalmente, la validación experimental comprobó que el modelo CFD utilizado para diseñar y dimensionar el secador por aspersión describe adecuadamente el proceso, las soluciones fueron estables para los casos de estudio y el equipo funcionó de acuerdo con los rangos que el modelo predijo (Texto tomado de la fuente)

There is a wide variety of dehydration techniques that are used to reduce the moisture content in foods; however, many of these techniques require long times and high temperatures that can partially degrade the nutritional properties and organoleptic characteristics of the products. Spray drying is a highly used technique to obtain powdered products. The advantage of this technique is the short residence time and low operating temperatures at which the drying process can be carried out. The main of this project is to optimize the operating parameters and experimentally validate a prototype spray dryer for orange juice designed using CFD (computational fluid dynamics). The execution of the project concluded that the adequate parameters of the dryer to dry Valencia orange juice are: air pressure 1.8 bar; liquid flow rate 1.1 l/h; inlet-outlet temperatures 200/80 °C and maltodextrin encapsulant with a concentration of 10% (p/p). It was possible to determine that maltodextrin is a suitable encapsulant for drying orange juice, it allowed the product not to reach the glass transition temperature and the particles had a homogeneous size. Finally, the experimental validation verified that the CFD model used to design and size the spray dryer adequately describes the process, the solutions were stable for the study cases and the equipment worked according to the ranges that the model predicted