Modelado matemático y simulación computacional de la transferencia de materia y energía en el proceso de la deshidratación solar indirecta de manzanas

Abstract

El proyecto aborda el modelado matemático y la simulación computacional del proceso de deshidratación solar indirecta de manzanas, con el objetivo de optimizar las condiciones operativas del secado. Se desarrolló un modelo matemático basado en ecuaciones diferenciales parciales vectoriales, integrando los principios de balance de materia y energía, transferencia de calor, y las ecuaciones de Navier-Stokes para el flujo de aire en el secador, junto con las ecuaciones de Brinkman para describir el comportamiento del medio poroso, representado por las rodajas de manzana. El modelo fue implementado en el software COMSOL Multiphysics, permitiendo la simulación de perfiles de temperatura, humedad y velocidad en el interior del equipo. La validación del modelo se llevó a cabo mediante una comparación entre los datos experimentales de temperatura, obtenidos a través de sondas ubicadas en puntos estratégicos del secador, y los resultados de la simulación. Para esta comparación, se utilizó un análisis de regresión lineal con una prueba de hipótesis, logrando una concordancia significativa con un nivel de confianza superior al 95%. A partir de los resultados obtenidos, se propusieron mejoras operativas, como la incorporación de un deflector en el interior del secador para optimizar y reducir los tiempos de secado en un 14.7%. Este proyecto representa una alternativa eficiente y sostenible para la deshidratación de alimentos utilizando energía solar, contribuyendo a la mejora de los procesos de conservación de productos agrícolas y reduciendo el impacto ambiental asociado a métodos tradicionales de secado.