Modelación del proceso de secado de productos agroindustriales

Drying is one of the most fundamental methods to preserve agricultural products, such as cereal beans, coffee, food and wood. The behavior of the material during drying operations depends on heat and mass transfer mechanisms interesting the product under drying processes. In this work we give a physical and computational model of the drying process, based on heat and moisture transport phenomena in porous media. The model is obtained from the Fourier’s law of heat conduction and Fick’s law of mass transfer and it is based on Luikov’s (1975) and Sokhansanj and Bruce’s (1987) works, the latter coupling heat and mass transport by means of a boundary condition on the grain surface. The equations are computationally developed using the finite volume method and the numerical solutions are compared with experimental and numerical literature data for soybean grains drying. The values of the moisture and temperature fields inside the grain, calculated by using an implicit finite volume scheme, agree with the literature data. However, the numerical results of temperature obtained by solving the Sokhansanj and Bruce’s equations differ from the values computed with the Luikov’s model, due to the modeling of moisture evaporation mechanisms on the grain boundaries. El secado es uno de los métodos más importantes para la preservación de los bienes agrícolas, tales como granos de cereales, café, productos comestibles y la madera. El comportamiento del material durante el secado depende de la transferencia de calor y masa en el producto sometido al proceso. En este trabajo se presenta un modelo físico y computacional del proceso de secado basado en los fenómenos de transporte de calor y humedad en medios porosos, a partir de las ecuaciones de Fourier para la conducción del calor y de Fick para la transferencia de masa. El modelo considera los trabajos de Luikov (1975) y Sokhansanj y Bruce (1987), este último con acoplamiento del transporte difusivo de masa y calor a través de una condición de borde en la superficie del grano. Las ecuaciones del modelo se desarrollan en computadora usando el método de volúmenes finitos, y las soluciones numéricas se comparan con datos experimentales y numéricos disponibles en la literatura para el caso del secado de los granos de soya. Los valores de los campos de humedad y temperatura en el interior del grano, calculados con un esquema implícito de volúmenes finitos, concuerdan con los de otros autores. En el caso del cálculo de los valores de temperatura usando las ecuaciones de Sokhansanj y Bruce, los resultados numéricos en los tiempos iniciales del proceso de secado difieren de los valores calculados con el modelo de Luikov, debido a la modelación de la evaporación de la humedad en el borde del grano.