CÁLCULO FRACCIONAL COMO HERRAMIENTA MATEMÁTICA PARA MODELAR FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA EN SECADO DE GEL DE ALMIDÓN

Abstract

La deshidratación es una operación de transferencia de materia ampliamente utilizada en la industria alimentaria basada en la eliminación de humedad mediante un fenómeno de difusión cuyo objetivo es extender la vida útil de los productos y protegerlos del deterioro microbiológico. La evidencia actual muestra que el modelo tradicional de difusión de Fick falla principalmente en alimentos y materiales biológicos debido a la no contemplación de parámetros que cambian durante el proceso. La difusión anómala o no-fickiana ha demostrado ser una herramienta útil que permite describir cuantitativamente la difusión durante el secado de alimentos, ya que considera muchos de los cambios que ocurren en el material alimentario (p.e., encogimiento, porosidad, etc). Como hipótesis se afirma que el fenómeno difusivo ocurrido durante el proceso de secado con aire caliente de un gel comestible se describe mediante difusión anómala. El objetivo apunta a evaluar la cinética de remoción de agua desde dicho gel, empleando el cálculo fraccional para representar los modelos no-fickianos. Los encogimientos volumétricos sufridos por las muestras durante la deshidratación fueron considerados en la modelación y expresados mediante variaciones en su espesor. Para probar la hipótesis se utilizó gel de almidón, preparado con harina de papa y agua, al 3% y 15% p/p y gelatinizado a 80?C. Muestras de entre 3 [g] y 20 [g], con espesores de entre 1,20?0,05 [mm] y 9,08?0,01 [mm] fueron ingresadas a un secador piloto con aire entre 35?C y 50?C y a 0,22 [m/s] hasta alcanzar su humedad de equilibrio. Los resultados sugieren que el proceso presenta características fickianas con un orden fraccional de 1,06 en secado con aire de 35?C y usando modelos fraccionales de espesor variable, pero con errores 23,8% menores al modelo de Fick en iguales condiciones. En base a lo anterior, se puede concluir que el modelo de Fick es capaz de modelar aceptablemente la realidad empírica del proceso, con similar desempeo al logrado por el enfoque anómalo fraccional.