Metodología para la formulación del coeficiente local de transferencia de masa del sólido en el proceso de secado. Caso secado de tomate.

Abstract

El secado es una operación unitaria crítica en términos de consumo de energía y calidad del producto. La operación de secado consiste en retirar una fase líquida, como humedad, desde una fase sólida o líquida, por mecanismos de transferencia de energía y masa. A través del secado, en particular de alimentos, se logra prolongar la vida útil del producto al reducir su contenido de humedad, lo cual provoca cambios en propiedades físicas y sensoriales del producto. En general, la descripción del secado de sólidos encontrados en la literatura, se limita a modelos particulares del sólido que se seca. En estos modelos se calcula la cinética de secado desde una curva de cambio de peso con el tiempo para determinar puntos de operación. Sin embargo, la operación de secado puede ser descrita a través de modelos de base fenomenológica que utilizan coeficientes de transferencia de calor y masa para representar el proceso. Una de las limitantes en la construcción de modelos de base fenomenológica para el proceso de secado está dada por la falta de expresiones generales que reproduzcan el comportamiento del coeficiente local de transferencia de masa del sólido, kz, que representa la oposición de transferir el vapor de agua en el aire de los poros hacia el aire de secado por causa de la estructura porosa de solido. La falta de una expresión para el coeficiente kz, no permite analizar la fenomenología de la transferencia de masa en el proceso de secado. Como resultado del trabajo de investigación, se propone una metodología para la formulación, basada en números adimensionales, del coeficiente local de transferencia de masa en la fase s´olida para el proceso de secado. Particularmente, se aplica dicha metodolog´ıa en el secado de tomate en rodajas, calculando dicho coeficiente a partir de datos experimentales para luego obtener una expresi´on del coeficiente local de transferencia de masa en la fase s´olida kz, verificada a partir del teorema π−Buckingham, relacionando propiedades que dependen del contenido de humedad del sólido. Finalmente, se valida la formulación obtenida incluyéndola en el cálculo de transferencia de masa de un Modelo Semifísico de Base Fenomenológica desarrollado en esta tesis para el proceso de secado, obteniéndose un buen ajuste entre los datos experimentales y las predicciones del modelo. (Texto tomado de la fuente)

Drying is a critical unit operation in terms of energy consumption and product quality. The drying operation consists of removing a liquid phase, such as moisture, from a solid or liquid phase, by means of energy and mass transfer mechanisms. Through drying, particularly of food, it is possible to extend the useful life of the product by reducing its moisture content, which causes changes in the physical and sensory properties of the product. In general, the description of the drying of solids found in the literature is limited to particular models of the solid being dried. In these models, the drying kinetics are calculated from a curve of weight change with time to determine the operating points. However, the drying operation can be described through phenomenologically based models that use heat and mass transfer coefficients to represent the process. One of the limitations in the construction of phenomenological-based models for the drying process is given by the lack of general expressions that reproduce the behavior of the local mass transfer coefficient of the solid, kz, which represents the opposition of transferring the vapor of water in the air from the pores to the drying air because of the solid porous structure. The lack of an expression for the coefficient kz does not allow us to analyze the phenomenology of mass transfer in the drying process. As a result of the research work, a methodology is proposed for the formulation, based on dimensionless numbers, of the local mass transfer coefficient in the solid phase for the drying process. In particular, said methodology is applied in the drying of sliced tomato, calculating said coefficient from experimental data to then obtain an expression of the local mass transfer coefficient in the solid phase kZ, verified from the π - Buckingham theorem, relating properties that depend on the moisture content of the solid. Finally, the obtained formulation is validated by including it in the mass transfer calculation of a Phenomenologically Based Semi-Physical Model developed in this thesis for the drying process, obtaining a good fit between the experimental data and the model predictions.