Deshidratante Osmotica

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DIFUSIVIDAD EFECTIVA DE UN ALIMENTO DE GEOMETRÍA CÚBICA EN LA DESHIDRATACIÓN POR ÓSMOSIS E IMPREGNACIÓN A VACIO

En esta práctica de laboratorio se realizó un estudio experimental de filtración. La filtración es una operación básica que consiste en la separación de solidos finamente divididos del líquido en que están suspendidos. Para ello se utiliza un medio filtrante que es permeable al líquido, reteniendo los sólidos de la suspensión.

La filtración que se realizó es la suspensión de carbonato de calcio al 5%, mediante un equipo de filtración, que consta de una bomba de vacío (comprensora de vacío), embudo Bὔchner, matraz Kitazato, mangera; lo cual nos ayudó a obtener los datos necesarios para realizar las gráficas y así poder determinar los valores de la resistencia específica de la torta y de la resistencia del medio filtrante en una filtración a presión constante, para una torta considerada como incomprensible y estudiar su variación con la diferencia de presión.

El resultado de m y Rm fue según la siguiente tabla y se comprobó que la torta es incomprensible.

El proceso de deshidratación osmótica es frecuentemente aplicado para conservar la calidad y estabilidad de frutas y hortalizas, sin tener pérdidas considerables en compuestos aromáticos; además de que puede ser utilizado como una operación previa en el secado y la liofilización, reduciéndose así los costos energéticos. La deshidratación osmótica de alimentos incluye dos tipos de transferencia de masa: la difusión del agua del alimento a la solución y la difusión de solutos de la solución al alimento. En el primer tipo, la fuerza conductora de la transferencia de masa es la diferencia de presión osmótica, mientras en la segunda es la diferencia de concentraciones (Barbosa Canovas, 2000). Es un tratamiento de eliminación parcial de agua, donde se sumerge la materia prima en una solución hipertónica que tiene una alta presión osmótica y baja actividad de agua, siendo la fuerza impulsora para que el agua del alimento se di-funda en el medio, originándose así una transferencia de masa desde la región de mayor concentración hacia la de menor concentración. FUENTE: (Kaymak y Sultanoglu, 2000).

En los productos deshidratados osmóticamente la mayor resistencia a la transferencia de masase localiza en la membrana celular semipermeable la cual depende de las características y morfología de los productos; y a través de la cual es posible la transferencia de agua, sales, y azucares naturales (glucosa y fructosa). Las variables de proceso, que son: la concentración de las olución osmótica, el tipo de soluto, la temperatura, la presión, los tiempos de residencia, la geometría y el tipo de tejido, han sido estudiadas extensamente, ya que todas tienen una considerable influencia en la velocidad de la transferencia de masa. El aumento de la temperatura enel sistema va a producir cambios en la permeabilidad de la membrana celular y en la fluidez de lasolución osmótica. Cuando se aplica una presión de vacío se favorece el proceso de transferencia demasa ya que permite retirar los gases ocluidos en espacios intracelulares, característicos del tejido parenquimatoso, y ser ocupados por la solución osmótica, incrementando el área disponible para atransferencia de masa. La concentración de la solución afecta a la cinética de la deshidratación, yaque si se mantiene el gradiente de concentraciones, se favorece la velocidad de transferencia.FUENTE:(Rastogi et al., 2002).

Analizar el fenómeno de transferencia de masa en un proceso de deshidratación por ósmosis.

Calcular el coeficiente de difusividad.

La cinética de deshidratación osmótica es estudiada por la pérdida de agua (WL) y ganancia de sólidos (SG). La pérdida de agua es calculada por la ecuación:

Donde:

( %) =

100 ( − )

( 1)

WL = pérdida porcentual de agua en relación a la masa inicial

E0 = contenido de agua inicial en el producto (g)

Et = contenido de agua en el producto a un tiempo t (g) M0 = masa inicial del producto (g)

Para la ganancia de sólidos (SG) se utiliza la ecuación (2).

Donde:

( %) =

100 ( − )

( 2)

SG = ganancia porcentual de sólidos en relación a la masa inicial del producto ms0 = materia seca inicial (g)

mst = materia seca en un tiempo t (g)

M0 = masa de producto en el tiempo inicial (g)

Modelamiento matemático

Para estudiar la cinética de deshidratación osmótica se hace uso de la Teoría Difusional, la cual se basa en la ecuación de difusión líquida (segunda Ley de Fick), donde el flujo de masa es proporcional al gradiente de concentración dentro del sólido. Se ha propuesto una solución analítica para la ecuación de Fick, considerando la distribución de humedad inicial

uniforme y ausencia de cualquier resistencia térmica para una placa infinita (ecuación 3).

− 1

− = ( 2 + 1)

exp[ − ( 2 + 1)

] ( 3)

4

Donde:

Xt = humedad media en el tiempo (t) Xe = humedad de equilibrio

X0 = humedad inicial

Def = difusividad efectiva t = tiempo

L = dimensión característica (mitad del espesor de la placa)

Partiendo de la ecuación (3) se puede obtener una ecuación para geometría cúbica:

− 1

− ( 2 + 1) exp − ( 2 + 1) 4 ( )

Donde la dimensión característica ahora pasa a ser la arista del cubo (2L).

Hasta el momento, las ecuaciones publicadas para la deshidratación osmótica son bastante complejas y especificadas para ciertas condiciones de procesamiento y configuraciones geométricas (placa, cilindro y esfera).

En estudios de modelado de cinética de deshidratación osmótica en relación con la segunda Ley de Fick, se ha encontrado una ecuación capaz de predecir esta cinética, como una determinación del punto final de equilibrio, sin necesidad de llegar al equilibrio, utilizando apenas un corto periodo de proceso.

Partiendo de un balance de masa de un material

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