Mathematical modelling of convective drying of feijoa (Acca sellowiana Berg) slices

Abstract

A two-dimensional mathematical model for coupled heat and mass transfer during convective drying of feijoa (Acca sellowiana Berg) slices was implemented. The thermophysical and transport properties were considered variable and the effective moisture diffusion coefficient was determined based on the Arrhenius-type temperature dependence. The convective heat and mass transfer coefficients were obtained from the minimization of the function in terms of the error of experimental and predicted data. The model was solved by means of the finite element method programmed in FreeFEM. This is a free software that has not been reported for fruit convective drying modelling, but this software can be used for drying modelling in fruits. The model was validated against experimental data for air velocities of 0.5 and 1 ms−1, temperatures of 50, 60, and 70 °C and slice thicknesses of 0.003 and 0.005 m through Lin's concordance correlation coefficient (ρc). Which has not been reported for validation in drying modelling though it is a reliable indicator of model agreement. Experimental data were well predicted with the model, with concordance correlation coefficients of 0.9653 and 0.9872 for moisture content and temperature, respectively. The model was found to be suitable to describe, with sufficient accuracy, the heat and mass transfer during drying, and hence, it is appropriate for engineering applications.

Se implementó un modelo matemático bidimensional para la transferencia acoplada de calor y masa durante el secado por convección de rodajas de feijoa (Acca sellowiana Berg). Las propiedades termofísicas y de transporte se consideraron variables y el coeficiente efectivo de difusión de humedad se determinó con base en la dependencia de la temperatura tipo Arrhenius. Los coeficientes de transferencia de masa y calor por convección se obtuvieron a partir de la minimización de la función en términos del error de los datos experimentales y predichos. El modelo se resolvió mediante el método de elementos finitos programado en FreeFEM. Este es un software gratuito que no se ha informado para el modelado de secado por convección de frutas, pero este software se puede utilizar para el modelado de secado en frutas. El modelo se validó con datos experimentales para velocidades de aire de 0,5 y 1 ms−1, temperaturas de 50, 60 y 70 °C y espesores de corte de 0,003 y 0,005 m mediante el coeficiente de correlación de concordancia de Lin (ρc). Lo cual no ha sido reportado para validación en el modelado de secado aunque es un indicador confiable de concordancia del modelo. Los datos experimentales fueron bien predichos con el modelo, con coeficientes de correlación de concordancia de 0,9653 y 0,9872 para el contenido de humedad y la temperatura, respectivamente. Se encontró que el modelo es adecuado para describir, con suficiente precisión, la transferencia de calor y masa durante el secado y, por lo tanto, es apropiado para aplicaciones de ingeniería.