Modelagem matemática do processo de secagem, por convecção forçada, de sistemas simuladores de alimentos esféricos e deformáveis

O encolhimento é um das razões principais para a redução de qualidade durante a secagem de alimentos, pois promove perda nas características de permeabilidade ao solvente e os torna instáveis e quebradiços, sendo ambos os efeitos indesejáveis. Para entender e minimizar este problema, o objetivo deste trabalho foi a realização de um estudo experimental, modelagem matemática e simulação da secagem de sistemas simuladores de alimentos, de geometria esférica e deformáveis, com a consideração da dinâmica do escoamento de fluido na camada limite com o sólido, a transferência de massa e as tensões mecânicas. Foram executadas experiências de secagem por convecção forçada para medir a temperatura do sólido e calcular a densidade de fluxo de massa, fatores de forma e massa específica aparente. Foram obtidas as propriedades mecânicas do material por meio de testes de compressão, realizados com espécimes cilíndricos até ruptura. O modelo matemático considera a transferência de massa no interior da amostra, difusividade efetiva de massa e variável, encolhimento linear e coeficientes convectivos de transferência de massa médio e local Os campos de tensões e deformações foram obtidos a partir das equações para o equilíbrio mecânico e a Lei do Hooke, levando em conta o efeito da transferência de massa e encolhimento. As derivadas espaciais foram aproximadas pelo método das diferenças finitas e o sistema resultante de equações foi integrado na dimensão temporal pelo método de Runge-Kutta, usando o Matlab para a solução numérica e a simulação. Os resultados obtidos mostraram que a degradação física das amostras ocorre para teores de umidade abaixo do valor crítico. Os modelos matemáticos propostos representaram os perfis de umidade e os campos de tensões e deformações dentro da amostra e foi possível explicar a evolução de forma de acordo com os experimentos. Este estudo explica a degradação física dos sistemas simuladores de alimentos, devido à transferência de massa e ao conseqüente encolhimento, e assegura a necessidade de incluir um modelo para os campos de tensões e deformações na modelagem matemática da secagem