Modelo computacional para la liofilización de alimentos de geometría finita

Résumé 0

"La liofilización es una técnica de conservación por deshidratación aplicada a productos químicos, farmacéuticos,médicos, biológicos y alimenticios. El proceso es también llamado criodesecación porque consiste primero en congelar unproducto húmedo y luego en vaporizar directamente el hielo a baja presión. Este fenómeno es conocido como sublimación y eraya practicado por los incas del Perú, desde el siglo XIII, para conservar papas. Los productos liofilizados, a diferencia de losdeshidratados por otras técnicas de secado, conservan prácticamente en 100% su forma y propiedades naturales, tienen mayorvida de anaquel y son fácilmente rehidratables. En el presente trabajo la liofilización es estudiada experimentalmente ycaracterizada por medio de un modelo matemático y computacional. Para ello fue utilizada una hortaliza: la papa Solanumtuberosum, variedad blanca, como material para el modelado de la liofilización por contacto. Se prepararon muestras individualesen forma de placas y cilindros finitos a tres espesores diferentes. Se operó a dos presiones de vacío y tres temperaturas decalentamiento. Se obtuvieron así 36 cinéticas de deshidratación y de temperatura del producto en monocapa, con 8 repeticionescada una. Se propone un modelo de liofilización que considera tres frentes de sublimación que se retiran uniformemente pero avelocidades interdependientes. Para el estudio se recurrió a las leyes de Fick y de Fourier en estado cuasi-estacionario,considerando despreciable el colapso en el producto. Las temperaturas de cada frente de sublimación se consideran variables. Elmodelo dinámico resultante es un sistema de tres ecuaciones algebraicas no lineales y tres ecuaciones diferenciales ordinarias.Para la solución del sistema de ecuaciones diferenciales-algebraicas se recurrió a los algoritmos acoplados de Runge-Kutta yNewton-Raphson. Para la estimación de los parámetros de transporte o coeficientes efectivos de transferencia de masa y calor delsistema, se recurrió al algoritmo de ajuste de curvas o de regresión no lineal de Levenberg-Marquardt, con excelentes resultados"