Estudio cinético y fluidodinámico del secado de manzana en lecho fluidizado.

ZAMBÓN M. ; CARP, D. ; REYES URRUTIA, A.; MAZZA, G.; SALVATORI D.

Santa Fé

Congreso; X Congreso Argentino de Ingeniería Química CAIQ2019; 2019

Asociación Argentina de Ingenieros Químicos

El Alto Valle de Río Negro y Neuquén es una región frutícola intensiva, productora de frutas de pepita (pera y manzana). La manzana se comercializa principalmente como fruta fresca conservada en frío y los destinos más importantes de la producción son las exportaciones a Brasil y Europa. Sin embargo, recientemente, se ha incrementado la demanda de manzana deshidratada debido a la necesidad de: 1) incorporar a la dieta una mayor cantidad de fruta ya sea en forma de snacks o de mezclas con cereales para el desayuno y 2) proponer métodos alternativos para la conservación de la fruta que no cumple con los requisitos para su comercialización en fresco y se destina fundamentalmente a la elaboración de jugos y sidras. Una de las operaciones de deshidratación más utilizadas es el secado por aire caliente. La deshidratación es un proceso complejo que involucra una transferencia simultánea de calor y materia en régimen transitorio influenciada por numerosas variables, algunas internas, como estructura y propiedades fisicoquímicas del alimento, y otras externas, tales como temperatura, velocidad y humedad del aire de secado. En este estudio se propone llevar a cabo el secado de cubos (0,01 m de lado) de manzana (variedad Granny Smith) en un equipo de lecho fluidizado. Estos secadores presentan importantes ventajas frente al secado convectivo tradicional con disposición en monocapa, entre las que se destaca la mayor velocidad de transferencia de calor y materia entre el aire y las partículas sólidas. Adicionalmente, debido al considerable mezclado, se obtiene rápidamente una temperatura quasi- homogénea en todo el lecho, lo que confiere sencillez y seguridad al control de la operación y evita la presencia de zonas calientes que, eventualmente, podrían generar el sobrecalentamiento del alimento. El objetivo del trabajo fue analizar experimentalmente la influencia de la temperatura (50, 60 y 70 ºC) y la velocidad del aire (2.5, 4, 5.5 y 7 m/s) en el proceso de secado en lecho fluidizado de la fruta, realizado con y sin la incorporación al lecho de material inerte. Se analizará el efecto de la incorporación de esferas de vidrio (3 mm de diámetro sobre la cinética de secado, las cuales al interactuar con el alimento se espera que promuevan una mejora en el fenómeno de transferencia de calor por tratarse de un material de mayor conductividad térmica. Como paso previo a los ensayos de secado, se realizó un estudio fluidodinámico del lecho. Se evaluó la pérdida de carga y se determinó experimentalmente la velocidad mínima de fluidización (Umf) de los cubos de manzana, del material inerte y de la mezcla de ambos materiales de manera independiente. Los valores obtenidos fueron 3.5, 1.84 y 2.24 m/s para manzana, inerte y mezcla, respectivamente. Al trabajar con el material inerte se observó una fluidización más homogénea y un menor valor de Umf que en la fluidización de manzana sola. Sin embargo, al progresar el secado y disminuir la densidad del alimento, se advirtió que los cubos de manzana tienden a concentrarse en la superficie libre del lecho, lo que conduce a una disminución de la interacción entre ambos materiales y, en consecuencia, del efecto del inerte en la transferencia de calor. En todas las experiencias, el secado de los cubos de manzana transcurrió en período de velocidad de secado decreciente, lo que implica que la transferencia de materia puede ser modelada aplicando el modelo difusional de Fick. Además, se comprobó experimentalmente que la velocidad de secado no resultó afectada por la velocidad del aire, lo que indica que el proceso se llevó a cabo en condiciones de control interno, gobernado por las características intrínsecas del producto. Se observó un aumento de la velocidad de secado con la temperatura, resultando la influencia de esta variable, decisiva. Al comparar el secado en lecho fluidizado con el secado convectivo en monocapa, es posible concluir que a 50 y 60 ºC, el lecho fluidizado resulta más efectivo ya que que permite reducir el tiempo de secado en un 30%; sin embargo a 70 ºC no se observó una mejora significativa, probablemente debido al efecto marcado de la temperatura sobre la difusividad efectiva. Un comportamiento similar se observó en relación al material inerte; se pudo apreciar que su presencia permitió reducir el tiempo de secado, fundamentalmente a bajas temperaturas. Se puede concluir que el lecho fluidizado redujo considerablemente el tiempo de secado de cubos de manzana, permitiendo así el uso de temperaturas más adecuadas para una mayor preservación de la calidad organoléptica del producto.