Modelación matemática del secado de alimentos por el método de ventana de refractancia

Abstract

El secado por ventana de refractancia (Refractance Window TM , RW) es una técnica que se ha utilizado durante más de dos décadas, principalmente para deshidratar frutas y verduras en forma de purés, jugos y rodajas. La teoría de este secado indica que todas las formas de transferir calor desde el agua caliente están presentes. El uso de una membrana transparente a la radiación infrarroja (IR) en contacto con el agua crea una "ventana" de transmisión hacia un material húmedo dispuesto sobre la membrana. En consecuencia de esto el material experimenta un secado más rápido a una temperatura relativamente baja en comparación con otros métodos. La comprensión de la física que rodea a este tipo de secado y la contribución de cada forma de transferir calor y masa no se había investigado hasta ahora. La necesidad de modelos matemáticos para representar el comportamiento del sistema RW, es importante para mejorar el uso de esta tecnología y facilitar su automatización. En este trabajo se incluye la comprensión del secado RW, las insuficiencias de la descripción actual de su física, los cálculos de calor alrededor del sistema considerado (rodaja gruesa de un material alimenticio), las mediciones de radiación global durante el proceso, el desarrollo de un modelo matemático de transferencia simultánea de masa y calor para predecir perfiles de humedad y temperatura en el sistema analizado, la simulación numérica utilizando la herramienta computacional COMSOL Multhiphysics 4.3a y la validación experimental de los variables predichas. El análisis de las formas de transferir calor indicó que la conducción tiene un papel importante durante el proceso de secado RW mientras que la contribución de la radiación es casi insignificante en muestras gruesas y aún en aquellas de bajo espesor. El modelo matemático resultante predice bastante bien los datos experimentales. Hasta el momento, las publicaciones que incluyen la técnica RW se reducen a compararla con otras técnicas en términos de eficiencia energética y atributos de calidad de los productos. Con este trabajo se hace una importante contribución al entendimiento de los fenómenos de transferencia que rigen y gobiernan el secado RW.