Estimación del calor de sorción y del contenido de humedad de monocapa de cebada (var. scarlett)

SOGOLUBIK C; CAMPAÑONE L; GELY C.; PAGANO A.

Rosario

Congreso; Congreso Cytal 2013; 2013

El objetivo fue describir el efecto de la geometría empleada para representar los granos de cebada(cv. Scarlett) en la predicción del secado. Se trabajó sobre un diseño experimental factorial para estudiar el secado en capa delgada teniendo en cuenta las variables temperatura del aire de secado 26, 32 y 38 ºC) y contenido de humedad inicial (15, 18 y 21% b.s., base seca) a humedades relativas del aire de secado entre 16.4 a 42.8% y velocidad del aire constante, por duplicado. Inicialmente las curvas experimentales se ajustaron mediante el modelo difusivo de "cortos tiempos" (Becker, 1959) asumiendo dos geometrías diferentes para describir el grano: esférica y elipsoidal, modeladas a partir de datos de caracterización física propios (Sologubik et al., 2012). El contenido de humedad de equilibrio fue predicho por la isoterma Oswin-modificada debido a que en trabajos anteriores (Gely y Pagano, 2012) se encontró que es adecuada para describir el EMC-ERH de granos de cebada (cv. Scarlett). Los coeficientes de difusividad de agua obtenidos por el ajuste por mínimos cuadrados del modelo de ?tiempos cortos? para una geometría esférica resultaron 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 elipsoides 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 del tipo de geometría considerada sobre el parámetro cinético de secado. Con la finalidad de desarrollar un modelo integral más representativo del fenómeno de secado del grano individual de cebada, se llevó a cabo un análisis numérico basado en elementos finitos (MEF) mediante COMSOL Multiphysics 3.5a considerando dominios 3D esférico y elipsoidal. Debido a la simetría del problema, se consideró sólo un octavo del grano. Los dominios fueron mallados automáticamente con 2181 y 2109 elementos tetraédricos (geometría esférica y elipsoidal, respectivamente). Los coeficientes de difusión preliminares se utilizaron como datos de entrada en los modelos 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 humedad media en el volumen de la partícula. Los perfiles de humedad predichos fueron contrastados con los datos experimentales. El modelo de geometría esférica predijo un secado más lento que el modelo elipsoidal, presentando valores medios de desviación porcentual relativa respecto de los valores experimentales de humedad de 4.34 % y 2.19 %, respectivamente, lo cual evidencia el adecuado 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 la correcta selección de una geometría apropiada para representar el grano de cebada en los modelos matemáticos. La geometría elipsoidal, que se asemeja mucho a la geometría real del grano de cebada, resulta ser la más adecuada. Por otro lado, el modelo MEF seleccionado no sólo permite la resolución de los modelos acoplados de masa y energía, sino que brinda valiosa información tal como los gradientes de humedad y temperatura en el grano.