Modelado Matemático del secado-tostado de quínoa remojada. Transferencia de calor y materia acoplada

TORREZ IRIGOYEN, RICARDO MARTÍN; GINER, SERGIO ADRIÁN

Córdoba

Congreso; VI Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos Córdoba 2016; 2016

Ministerio de Ciencia y Tecnología, Provincia de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba

La quínoa posee un alto contenido de proteínas (11-16% p/p) y un mejor perfil de aminoácidos que la mayor parte de los cereales siendo un recurso importante para mejorar la calidad nutricional de la dieta en nuestro país. En vista de tales características, se pensó en el desarrollo de un proceso para la obtención de un producto crocante a base de quínoa. Como parte de ese proceso, el objetivo de este trabajo fue estudiar la cinética de transferencia de materia y energía en capa delgada durante el secado-tostado en lecho fluidizado de quínoa lavada y remojada. Las curvas experimentales del contenido de humedad y temperatura del grano se midieron en función del tiempo a distintas temperaturas: 80, 100, 120 y 140ºC, utilizando una velocidad de aire promedio de 0,8 m/s. Los tratamientos de secado-tostado fueron llevados a cabo en un equipo de lecho fluidizado construido a escala piloto. Las dimensiones de la cámara de secado fueron 0,10 m de diámetro interno y 0,30 m de altura, la misma está recubierta por un aislante térmico. Para interpretar la cinética del secado-tostado se propuso un novedoso modelo matemático basado en un sistema de dos ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO). Para el balance de materia se utilizó, considerando su forma, la solución analítica de la ecuación de difusión para esferas para tiempos adimensionales cortos y largos, mientras que la transferencia de energía, se modeló con un balance macroscópico en estado transitorio con calor específico variable con la humedad y calor de desorción dependiente de la temperatura del grano. El modelo consideró la funcionalidad del coeficiente de difusión efectivo (Deff) con la temperatura mediante una ecuación tipo Arrhenius utilizando todo el conjunto de datos experimentales. El coeficiente de transferencia de calor (hT) se determinó mediante correlaciones publicadas paralecho fluidizado, encontrándose valores entre 164 a 179 W/m2 ºC. El valor de la energía de activación (Ea) y el factor pre-exponencial (D0) fueron determinados mediante un método que combina la integración numérica del sistema de EDO con un algoritmo de optimización de parámetros de ajuste. Los valores obtenidos fueron Ea=39,9 kJ/mol y D0=2,872 × 10-4 m2 /s, con un r2 =0,998. Las curvas calculadas de contenido de humedad y de temperatura de quínoa en función del tiempo representaron satisfactoriamente los datos experimentales. Se encontró un r2 =0,981 y un error cuadrático medio (ECM) de 0,035 kg H2O/ kg materia seca para las curvas de humedad, mientras que para el perfil de temperatura los valores fueron de r2=0,999 y ECM=1,126 ºC. Estos resultados fueron comparados con los métodos clásicos provistos por ecuaciones integrales. Los resultados obtenidos podrán ser utilizados en futuros trabajos para el desarrollo de modelos cinéticos a nivel de lecho fluidizado y el diseño de equipos de secado a mayor escala.