Simulation of the multicomponent diffusion during the osmotic dehydration of apple: determination of the diffusion coefficients by the simplex method / <br> Simulação da difusão multicomponente durante a desidratação osmótica em maçã: determinação dos coeficientes de difusão pelo método simplex

Abstract

Water loss and sugar gain were modeling during the osmotic dehydration process of cylinders of apple. The transfer of solute to the fruit and the water to the solution was based on Fick’s 2nd law generalized for simultaneous diffusion and solved by the finite element method using the software COMSOL Multiphysics 3.2. The main and cross diffusion coefficients, the relationship between the mass transfer and mass conductivity coefficients, as well, the Biot number were determined on the simulation with the implementation of the simplex optimization method through minimization of the percentage deviations. The value of deviation between the experimental and the simulated data were 5,76% for sucrose and 2,95 for water. The simulation despising the Biot number indicated that the resistance of the film can be disregarded in the phenomenon of mass transfer studied. The system developed to simulate solute and water diffusion will permit control and modulation of the sugar content in cylinder of apple.A perda de água e o ganho de açúcar foram modelados durante o processo de desidratação osmótica de cilindros de maçã. A transferência de soluto para a fruta e de água para a solução, foi modelada com base na 2ª Lei generalizada de Fick para difusão simultânea e resolvida por meio do método de elementos finitos utilizando o software COMSOL Multiphysics 3.2. Os coeficientes de difusão principais e cruzados, a relação entre o coeficiente de transferência de massa e o de condutividade mássica bem como o número de Biot foram determinados na simulação com a aplicação do método de otimização simplex por meio da minimização dos desvios percentuais. O valor dos desvios entre os dados experimentais e simulados foi de 5,76% para a sacarose e 2,95% para a água. A simulação, desprezando o número de Biot, indicou que a resistência externa pode ser desconsiderada no fenômeno de transferência de massa estudado. O sistema desenvolvido para simular a difusão da água e do soluto permitirá o controle e a modulação do conteúdo de açúcar nos cilindros de maçã.

Keywords

• Difusão multicomponente
• Desidratação osmótica
• Método de elementos finitos