Modelado matemático del secado de pastas libres de gluten en relación a la temperatura y humedad relativa del aire

Abstract

El objetivo del trabajo fue presentar un modelo matemático que permita describir la cinética de secado de pastas libres de gluten (LG) y el efecto de variables operativas (temperatura y humedad del aire) sobre la velocidad del proceso, para lo cual se plantearon los balances de materia y energía acoplados utilizando propiedades de transporte dependientes del contenido de humedad y temperatura. Se consideraron pastas de dimensiones 200 ×8,07×1,80 mm, de sección rectangular y transferencia bidireccional, y se adoptó un modelo difusional para el transporte de humedad en la pasta y condiciones de contorno convectivas para la transferencia de energía. Se realizaron ensayos para ajustar y validar el modelo, empleando cuatro condiciones de proceso, combinando temperaturas (30 °C y 50 °C) y humedades relativas (40% y 80%). Los resultados fueron modelados utilizando el método de elementos finitos para la resolución numérica de las ecuaciones, y se obtuvo un ajuste satisfactorio para todas las condiciones de proceso. El coeficiente de difusión promedio resultó de 3,5x10^-11 m²/s, similar al reportado para pastas de trigo. Se observó que las velocidades de secado obtenidas en las pastas LG fueron más altas que para pastas de trigo en iguales condiciones, lo cual puede atribuirse a la menor interacción del agua en la matriz LG.

The aim of this work was to study the effect of operating variables (temperature and relative humidity (RH) of the air) on the drying rate of gluten-free (GF) pasta by mathematically modeling the drying process. The drying process was modeled using heat and mass coupled balances, considering bidirectional transport. A diffusional model for water transfer through pasta was assumed and heat transport was based on a conductive model. Pasta properties and transport coefficients were determined using pasta composition and process conditions. GF noodles geometry was 200 × 8,07×1,80 mm and a bidimensional transport was considered. Experimental runs were performed to validate the model. Four combinations of temperature (30–50 °C) and relative humidity (40-80%) were used, maintaining pasta dough composition constant. Experimental water losses were modeled using finite element method to solve the partial differential equations. The model fitting to experimental data was good and a validation with independent data was also satisfactory. The average water diffusional coefficient was 3,5x10^-11 m²/s, similar to that reported for wheat pasta. GF noodles drying process was much faster than drying traditional wheat pasta under the same operating conditions.