Parámetros de fluidización de soja cruda, remojada y cocida

Abstract

El objetivo de este trabajo fue determinar los parámetros de fluidización con aire de soja cruda, remojada y cocida a efectos de delimitar un entorno de condiciones para el desarrollo de un proceso de secado/tostado en lecho fluidizado. Tal proceso conduce a un producto de soja crocante, listo para consumir, que no ha sido investigado. Se trabajó con soja variedad 5.5i provista por la empresa Don Mario Semillas. Se caracterizaron los tres materiales determinando su densidad y volumen de partícula por picnometría. La humedad se determinó mediante un método de grano entero, resultando de 9,94% en soja cruda, 58,08% para soja remojada, y 59,90% en soja cocida (peso en peso). Los tres productos se fluidizaron a temperatura ambiente en un equipo construido para este propósito. La altura del lecho fijo (L0) fue de 0,10 m. Las densidades y porosidades de lecho fijo fueron: 744,66 kg/m3 y 0,385 para soja cruda; 655,89 kg/m3 y 0,399 soja remojada y 680,62 kg/m3 y 0,367 para soja cocida. La velocidad superficial del aire (V0) se midió con un anemómetro de hilo caliente y la diferencia de presión (Δp) del aire a través del lecho, con un micromanómetro digital. Se observó un comportamiento de fluidización de lechos de partículas grandes, con burbujas de gran tamaño y alto grado de mezclado. Graficando los valores de Δp/L0 vs V0, se observó, luego de la zona de lecho fijo, un comportamiento de transición entre éste y el de lecho fluidizado. Se ajustó una ecuación tipo Ergun a los datos de lecho fijo de cada producto para determinar los coeficientes laminar y turbulento, los que resultaron ser de 54,7 y 1,54 para soja seca, 64,31 y 0,85 en soja remojada, y 11,32 y 0,78 para soja cocida. A igual valor de V0, los valores de Δp fueron mayores en soja cruda que en soja remojada y cocida. Sin embargo, las menores densidades de partícula de estas últimas amortiguan en cierto modo la diferencia de velocidades de mínima fluidización (Vmf), que fueron calculadas por proyección de las respectivas ecuaciones tipo Ergun hasta el valor del peso del producto por unidad de sección transversal, resultando de 1,54 para soja cruda, 2,40 en soja remojada, y 2,31 m/s para soja cocida. Las velocidades de fluidización prácticas, determinadas en base a los gráficos de datos experimentales, fueron algo mayores, 1,6, 2,6 y 2,4 m/s, respectivamente. Conociendo la dependencia con la temperatura de la viscosidad y densidad del aire se estimó el efecto de la temperatura en la Vmf. Este resultó moderadamente importante: para un incremento de temperatura de 20 a 160 ºC, la Vmf aumentó un 20% en promedio para los tres productos de soja. Como conclusión, en este proceso, donde la soja cocida experimentará un cambio de tamaño y estructura hasta finalizar deshidratada y tostada, la velocidad de fluidización deberá reducirse gradualmente, de 2,7 a alrededor de 1,5 m/s, lo que requerirá control manual o automático, a efectos de ahorrar energía.

The aim of this study was to determine the fluidization parameters of raw, soaked and cooked soybeans in order to find a range of operating conditions to develop a crispy, ready-to-eat, dehydrated soybean product which was not investigated yet. The cultivar used was 5.5i, provided by Don Mario Semillas company. The three materials were characterized by determining its particle size and density using a pycnometer. Moisture was determined using a whole grain method, resulting in 9.94% w / w for raw soybeans, 58.08 % for soaked soybeans and 59.90% in the cooked material. All three products were fluidized at room temperature in a purpose- built equipment. The height of the fixed bed (L0) was 0.10 m. Densities and porosities of the fixed bed were: 744.66 kg/m3 and 0.385 for raw soybeans; 655.89 kg/m3 and 0.399 for soaked soybeans and 680.62 kg/m3 and 0367 for cooked soybeans. Air velocity (V0) was measured with a hot wire anemometer, while the air pressure drop (Δp) through the bed, with a digital micromanometer. The observed fluidization behaviour corresponded to beds of large particles, with bubbles and high degree of mixing. By plotting of Δp/L0 vs V0 a transitional behavior was observed between the fixed and fluidized bed zones, which was more evident in soaked and cooked soybeans. An Ergun type equation was fitted to the fixed bed data of each product in order to determine the laminar and turbulent coefficients. These were 54.7 and 1.54, respectively, for dry soybeans, 64.31 and 0.85 in soaked soybeans and 11.32 and 0.78 for cooked soybeans. At equal V0, the values of Δp were higher in raw soybeans, than in soaked or cooked soybeans. However, the lower densities of the two last materials reduced the differences in minimum fluidization velocity (Vmf), calculated by extrapolating the predictions by the Ergun type equation up to the value of the product weight per unit cross section. These resulted of 1.54 m/s in raw soybeans, 2.40 m/s for soaked soybeans and 2.31 m/s in cooked soybeans. Practical fluidization velocities, determined on the basis of of experimental data, were somewhat higher, 1.6, 2.6 and 2.4 m/s, respectively. Knowing the temperature dependence of air viscosity and density of, the effect of temperature on the Vmf was estimated. This was moderately important in all three products: by increasing air temperature from 20 to 160ºC, the Vmf increased by an average of 20 % in the three soybean materials. In conclusion, for this fluidization process, where cooked soybeans will experience a structural change to finish dry and toasted, the fluidization velocity should have to be reduced gradually, from 2.7 to about 1.5 m/s, which will require manual or automatic control in order to save energy.