Diseño de un proceso térmico para la producción de soja crocante

TORREZ IRIGOYEN, RICARDO MARTÍN; GINER, SERGIO ADRIÁN

La Plata

Congreso; Primer Congreso Internacional Científico y Tecnológico de la Provincia de Buenos Aires; 2013

Se caracterizó el grano de soja en estado crudo, remojado, cocido y secado-tostado en un secador experimental de lecho fluidizado construido en los talleres del departamento de Aeronáutica de la Facultad de Ingeniería. Se observó que el grano experimentaba reducción de volumen y densidad a medida que se deshidrataba, originando productos porosos y livianos. Para interpretar la expansión del grano de soja durante el remojado y la contracción volumétrica durante el secado-tostado en lecho fluidizado, se dedujeron los modelos correspondientes, dotados de sentido físico. Dado que las características físicas y geométricas de los granos se modificaron durante el tratamiento térmico, se consideró que ellas también podrían afectar los parámetros de la fluidización. Por ello, se realizó un estudio de la fluidodinámica del lecho en estado fijo y fluidizado, determinándose la velocidad de mínima fluidización (Vmf) durante el proceso. Los resultados obtenidos mostraron que estos cambios estructurales afectaron el comportamiento fluidodinámico del lecho de partículas, requiriéndose la disminución de la velocidad de fluidización durante el proceso para limitar el consumo de energía y evitar la pérdida de material liviano. A efectos de interpretar la transferencia de materia, se planteó en primer lugar un modelo difusivo, aplicándose la solución analítica de la ecuación de difusión considerando el tamaño inicial (radio R) y el coeficiente de difusión de agua constantes (Deff). Los resultados de la predicción del secado fueron excelentes a pesar de que el grano experimentaba contracción volumétrica durante el secado-tostado. Esto fue atribuido a que era la relación Deff/R2 presente en la solución analítica difusiva la que se mantuvo constante. A raíz de estos hallazgos se presentó una oportunidad interesante para evaluar de manera indirecta la funcionalidad del coeficiente de difusión con el contenido de humedad. Por tanto, se desarrolló un modelo cinético para interpretar la transferencia de materia y energía durante el secado-tostado considerando la contracción volumétrica y un coeficiente de difusión variable. Las ecuaciones diferenciales se resolvieron numéricamente, empleando un método de diferencias finitas con esquema implícito, encontrándose una buena calidad predictiva. Tomando como base el estudio de la cinética de secado, se extendió el modelo al lecho fluidizado, combinando los modelos ya realizados de transferencia de calor y materia en los granos individuales para predecir variaciones de humedad y temperatura en el lecho de partículas y en el aire de secado. Las predicciones de las curvas de secado y de las historias térmicas mostraron una satisfactoria concordancia con los datos experimentales. Por su parte, las bajas humedades relativas de aire de salida y temperaturas elevadas, calculadas dieron lugar un análisis de un proceso considerando la recirculación de una fracción del aire de salida. La simulación realizada mostró un alto potencial para la recuperación de energía. Finalmente, mediante la evaluación de la calidad del producto considerando la inactivación de los factores antinutricionales, severidad de tratamiento térmico, presencia de antioxidantes y aceptabilidad por parte de un panel de consumidores no entrenados, el tratamiento más conveniente fue el que constaba de las etapas de remojado y secado-tostado a 140ºC. Se considera que el proceso propuesto, utilizado con velocidad de fluidización decreciente y recirculación del aire de salida, podría ser económicamente viable para la transferencia de tecnología al sector industrial.