Modelado computacional y validación CFD del proceso de secado de la almendra de cacao por convección forzada.

Abstract

Debido al crecimiento en la exportación del cacao nacional, incluso durante la pandemia por COVID-19, la necesidad de diseñar equipos de secado más eficientes, y a la vez de bajo costo, es urgente. En el presente proyecto final de graduación se realizó la validación de un modelo de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) del proceso de secado de cacao por convección forzada con el objetivo de optimizar el proceso de diseño de las maquinas secadoras.

Se realizó la simulación utilizando el Software comercial COMSOL MULTIPHYSICS (usando una licencia de prueba autorizada por esta empresa). Se utilizaron los módulos de flujo de fluido, transferencia de calor entre fluidos y sólido, transporte de especies diluidas. El modelo desarrollado en este trabajo se centra en la difusión de agua desde el núcleo del producto a los contornos y la transferencia de masa por evaporación únicamente en su superficie.

Los resultados teóricos-computacionales fueron presentados con gráficas que muestran campos de velocidad del aire alrededor de la almendra de cacao, la distribución de temperatura, variación del contenido de humedad del producto. Se compararon los resultados de la simulación CFD con pruebas experimentales realizadas en el Centro CDTS de ESPOL. Los errores máximos obtenidos son entre 23% - 41.4% al comparar con los resultados experimentales de secado en cacao fino y de aroma y 61.8% - 64.9% con los resultados experimentales de secado en cacao CCN51. Sin embargo, el modelo CFD predice resultados cualitativos adecuados del fenómeno físico de secado del grano de cacao, mostrando la disminución de la concentración de humedad en un tiempo dado, es decir, curvas de secado similares a las determinadas en los experimentos.