Efecto de la Geometría del Grano en la Simulación del Secado de Cebada Cervecera

SOLOGUBIK C.; CAMPAÑONE L.A.; GELY M.C.; PAGANO A.M.

Rosario

Congreso; XIV Congreso CYTAL. Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología de Alimentos. 5° Simposio Internacional de Nuevas Tecnologías. III Simposio Latinoamericano sobre Higiene y Calidad de Alimentos; 2013

Asociación Argentina de Tecnólogos Alimentarios, Filial Santa Fé

El objetivo del trabajo fue describir el efecto de la geometría empleada pararepresentar los granos de cebada (cv. Scarlett) en la predicción del secado en capadelgada. Se trabajó sobre un diseño experimental factorial con tres niveles para latemperatura del aire de secado (26, 32 y 38 ºC) y el contenido de humedad inicial (15,18 y 21% b.s., base seca) a humedades relativas del aire de secado comprendidas entre16.4 y 42.8% y velocidad de aire constante. Las curvas experimentales se ajustaronmediante el modelo difusivo de "tiempos cortos" asumiendo diferentes geometrías paradescribir el grano: esférica y elipsoidal. La humedad de equilibrio fue predicha por laisoterma Oswin-modificada. Los coeficientes de difusividad de agua para geometríaesférica estuvieron entre 8.26x10-12 (± 3.96x10-13) m2/s (15% b.s., 32ºC) y 1.56x10-11(± 6.89x10-13) m2/s (15% b.s., 26ºC), mientras que para geometría elipsoidal los valoresse encontraron entre 5.44x10-12 (± 1.9x10-13) m2/s (15% b.s., 32ºC) y 1.02x10-11 (±5.52x10-13) m2/s (15% b.s., 26ºC). Estos resultados muestran un evidente efecto deltipo de geometría considerada sobre el parámetro cinético de secado. Con la finalidadde desarrollar un modelo integral más representativo del fenómeno de secado del granoindividual de cebada, se llevó a cabo un análisis numérico basado en el método de loselementos finitos (MEF) mediante COMSOL Multiphysics 3.5a considerandodominios 3D esférico y elipsoidal. Dada la simetría del problema, se consideró sólo unoctavo del grano. Los dominios fueron mallados automáticamente con 2181 y 2109elementos (geometría esférica y elipsoidal, respectivamente). Se impusieroncondiciones de borde tipo Dirichlet asumiendo que la superficie del grano alcanzainstantáneamente el contenido de humedad de equilibrio y la temperatura del aire. Loscoeficientes de difusión preliminares se utilizaron como datos de entrada en losmodelos MEF donde se resolvió simultáneamente la transferencia de masa y calor.Para describir el contenido de humedad del grano se utilizó el concepto de la humedadmedia en el volumen de la partícula. El modelo de geometría esférica predijo un secadomás lento que el modelo elipsoidal, presentando valores medios de desviaciónporcentual relativa de 2.566% y 1.571%, respectivamente, lo cual evidencia eladecuado ajuste de los modelos numéricos que los hace tan precisos como los teóricos.Las diferencias observadas en las predicciones del secado indican la importancia de lacorrecta selección de una geometría apropiada para representar el grano de cebada enlos modelos matemáticos. La geometría elipsoidal, muy similar a la geometría real delgrano de cebada, resulta ser la más adecuada. Por otro lado, el modelo MEFseleccionado no sólo permite la resolución de los modelos acoplados de masa yenergía, sino que brinda valiosa información tal como son los gradientes de humedad ytemperatura en el grano.