Simulación Numérica de la Deshidratación de Frutas por Métodos Combinados: Secado por Impregnación y Microondas

Abstract

La transferencia de energía y materia durante la deshidratación osmótica y por microondas de frutas fue estudiada teóricamente y experimentalmente mediante el modelado y simulación numérica. Con el fin de describir los fenómenos de transporte puestos en juego durante el proceso de deshidratación combinado, se plantearon los balances microscópicos de materia y energía. Para la primera etapa de deshidratación por impregnación se utilizó el modelo osmótico-difusional de Spiazzi-Mascheroni, el cual se basa en la transferencia de materia a través de las membranas celulares y la difusión multicomponente a través de los espacios intercelulares. A su vez, para la deshidratación por microondas, se plantearon los balances de energía y materia, utilizando propiedades globales en función de la humedad y del contenido de sólidos; la generación interna de calor debido a la interacción del alimento con la energía electromagnética fue considerada utilizando la Ley de Lambert. Los balances obtenidos constituyen ecuaciones diferenciales no lineales altamente acopladas que fueron resueltas aplicando métodos numéricos; para el proceso de deshidratación osmótica los balances de materia constituyen ecuaciones diferenciales ordinarias acopladas que fueron resueltas empleando el método de Runge-Kutta de 4to Orden; en el caso de deshidratación por microondas los balances constituyen ecuaciones diferenciales parciales, que fueron resueltas a través del método de Diferencias Finitas Implícito Crank-Nicolson. Los métodos numéricos fueron programados en MATLAB 7.2. La validación del modelo se llevó a cabo en peras frescas y pre-tratadas osmóticamente durante 2 h en soluciones hipertónicas de 20, 40 y 60ºBrix y posteriormente expuestas a microondas de 500 W durante 4 minutos. El modelo matemático fue evaluado exitosamente, permitiendo la predicción de perfiles de temperatura y humedad durante los procesos combinados de deshidratación por impregnación y microondas.