Figura 1. Configuración del proceso de secado por aspersión

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

El proceso de secado por aspersión (espray drying) se utiliza para convertir un líquido en polvo seco. Se basa en el contacto de las gotas del líquido con un medio secante como por ejemplo aire caliente. La Figura 1 muestra la configuración común de este tipo de proceso.

OBJETIVO Y METODOLOGÍAEste proyecto busca analizar las condiciones de operación del proceso que definen la calidad del producto seco. La Figura 2 presenta un diagrama que resume las variables que influyen en la calidad del producto.

Las condiciones del proceso son las que se pueden ajustar durante la operación de secado. Estas dependen de la materia prima, configuración del equipo y las condiciones de calidad deseadas. La Figura 3 muestra las principales condiciones del proceso y su efecto sobre la calidad del producto.

PROYECTO DE DOCTORADO: MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DEL SECADO POR ASPERSIÓN DE JUGOS DE FRUTAS

MSc, Ing. Alfonso Cubillos Varela, Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá, acubillosv@unal.edu.coDr.-Ing. Alexánder Gómez Mejía, Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá, agomezm@unal.edu.co

PhD, Aldo G. Benavidez Morán, Universidad Antioquia, abenavides@udea.edu.co

Ventajas del proceso

• Es la más utilizada en la industria de alimentos

• Es un proceso rápido y de bajo costo de implementación

• Fácil manipulación de las variables del proceso

• Maximiza el contracto entre las gotas y el aire

Desventajas o problemas del proceso

• Dificultad para especificar las condiciones de operación del proceso – Calidad del proceso

• El material seco se puede pegar a las paredes del secador – Rendimiento del proceso y formación de depósitos

En este proyecto se utiliza el CFD para modelar y simular las condiciones del aire de secado y su relación con la gotas en el interior de la cámara, con el fin de relacionar las condiciones del proceso con la propiedades de calidad del producto seco.

DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL - CFD

La dinámica de fluidos computacional (CFD) es un herramienta que permite predecir el comportamiento del aire al interior de la cámara resolviendo las ecuaciones que gobiernan el movimiento del fluido. Para simular el secado por aspersión se resuelve la ecuación de movimiento para cada gota/partícula acopladas a las ecuaciones de flujo. La Figura 4 presenta los modelos que normalmente se utilizan en CFD para simular el secado por aspersión.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Como resultado de la modelación y simulación se puede obtener un perfil de la velocidad y temperatura del aire en el interior de la cámara de secado. Así mismo, se puede tener una aproximación del desplazamiento de cada partícula en la cámara, desde que ingresa por el atomizador hasta que sale del secador. Esto permite determinar su “historia” de secado y definir de esta forma el tamaño, densidad, humedad de la partícula y otras propiedades que definan la calidad de la misma.

BIBLIOGRAFÍA

Calidad del producto

se determina por las propiedades del producto :- Humedad- Densidad- Pegajosidad

depende de:- Propiedades de la materia prima - Características del equipo- Condiciones del proceso

se puede modelar usando:- Modelos empíricos - Dinámica de Fluidos Computacional- CFD

Figura 2. Condiciones que afectan la calidad del producto seco

- Temperatura del aire de secado: Define principalmente la rapidez con que se secan las gotas, así como su calidad final por degradación térmica.

- Flujo del aire de secado: Define la distribución del aire en el interior de la cámara de secado e influencia del tiempo que residencia las partículas en la cámara.

- Flujo de la materia prima (jugo): Define el tamaño de las gotas y la velocidad con que ingresan a la cámara de secado.

Figura 3. Condiciones del proceso que afectan la calidad del producto

CFD para el secado por aspersión

Dinámica del aire: calcula el movimiento del aire en la cámara de secado• Ecuaciones de Navier Stokes• Modelos de turbulencia

Dinámica de secado de gota: representa el comportamiento de las gotas durante el secado• Trayectoria• Temperatura• Humedad• Tamaño

Figura 4. Modelo CFD utilizado para simular el secado por aspersión

Figura 5. Simulación de la trayectoria de partículas durante el secado

- Application of computational fluid dynamics (CFD) in the food industry: a reiew. Bin Xia, Da-Wen Sun. 2002. Computers and Electronics in Agriculture34 (2002) 5–24- Computational fluid dynamics (CFD) applications in spray drying of food products. Rinil Kuriakose , C. Anandharamakrishnan. 2010. Trends in Food Science & Technology 21 (2010)