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ANÁLISIS DEL SECADO CONVECTIVO DE
ZANAHORIA MEDIANTE UN MODELO
MATEMÁTICO DESARROLLADO EN SCILAB–
XCOS
ANALYSIS OF CONVECTIVE DRYING OF CARROTS USING A
MATHEMATICAL MODEL DEVELOPED IN SCILAB–XCOS
Emilio Hernández-Bautista
Departamento de ingeniería química y bioquímica, Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico de
Oaxaca
Arlet Arellanes-Taylor
División de Estudios de Posgrado e Investigación Tecnológico Nacional de México/ Instituto Tecnológico de
Oaxaca
Iván Antonio García-Montalvo
División de Estudios de Posgrado e Investigación Tecnológico Nacional de México/ Instituto Tecnológico de
Oaxaca
Diana Matías-Pérez
División de Estudios de Posgrado e Investigación Tecnológico Nacional de México/ Instituto Tecnológico de
Oaxaca
Aymara Judith Diaz Barrita
Departamento de ingeniería química y bioquímica, Tecnológico Nacional de México/ Instituto Tecnológico de
Oaxaca
pág. 6318
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i1.22744
Análisis del secado convectivo de zanahoria mediante un modelo matemático
desarrollado en Scilab–Xcos
Emilio Hernández-Bautista1
Bautistahe@gmail.com
https://orcid.org/0000-0001-8893-7647
Departamento de ingeniería química y
bioquímica, Tecnológico Nacional de
México/Instituto Tecnológico de Oaxaca
Oaxaca, México
Arlet Arellanes-Taylor
arletarellanestaylor@gmail.com
División de Estudios de Posgrado e
Investigación Tecnológico Nacional de México/
Instituto Tecnológico de Oaxaca
Oaxaca, México
Iván Antonio García-Montalvo
ivan.garcia@itoaxaca.edu.mx
https://orcid.org/0000-0003-4993-9249
División de Estudios de Posgrado e
Investigación Tecnológico Nacional de México/
Instituto Tecnológico de Oaxaca
Oaxaca, México
Diana Matías-Pérez
dian_1007@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0002-6592-9342
División de Estudios de Posgrado e
Investigación Tecnológico Nacional de México/
Instituto Tecnológico de Oaxaca
Oaxaca, México
Aymara Judith Diaz Barrita
aymara.db@itoaxaca.edu.mx
https://orcid.org/0009-0005-9548-2827
Departamento de ingeniería química y
bioquímica, Tecnológico Nacional de México/
Instituto Tecnológico de Oaxaca
Oaxaca, México
RESUMEN
El secado convectivo de productos agrícolas es un proceso ampliamente utilizado para prolongar la vida
útil de los alimentos; sin embargo, su correcta descripción requiere considerar de manera simultánea los
fenómenos de transferencia de calor, transferencia de masa y los cambios estructurales del material. En
este trabajo se desarrolló y validó un modelo matemático fenomenológico para simular el secado
convectivo de cubos de zanahoria, incorporando explícitamente el efecto del encogimiento volumétrico
durante la deshidratación. El modelo se formuló a partir de balances macroscópicos de masa y energía
bajo el supuesto de parámetros concentrados, considerando números de Biot menores a 0.1, y se
implementó numéricamente en el entorno de código abierto Scilab–Xcos. La simulación se realizó para
cubos de zanahoria de 0.8, 1.0 y 1.5 cm, sometidos a secado con aire caliente a 50 °C y una velocidad
de 1.5 m/s. Los resultados obtenidos para el contenido de humedad, la temperatura del sólido y la
variación de volumen se compararon con datos experimentales de secado convectivo. El modelo
reprodujo adecuadamente la cinética de secado y la evolución térmica del material, con coeficientes de
correlación de 0.97 entre valores simulados y experimentales. Asimismo, la inclusión del encogimiento
permitió describir la contracción progresiva del material y su dependencia con el tamaño inicial del
cubo. Los resultados confirman que el modelo propuesto constituye una herramienta útil para el análisis
y la simulación del secado convectivo de zanahoria.
Palabras clave: Análisis dimensional, Contracción volumétrica, Longitud característica, Número de
Biot, Parámetros concentrados.
1 Autor principal
Correspondencia: Bautistahe@gmail.com
pág. 6319
Analysis of convective drying of carrots using a mathematical model
developed in Scilab–Xcos
ABSTRACT
Convective drying of agricultural products is widely used to extend food shelf life; however, its accurate
description requires the simultaneous consideration of heat and mass transfer phenomena as well as
structural changes in the material. In this study, a phenomenological mathematical model was developed
and validated to simulate the convective drying of carrot cubes, explicitly accounting for volumetric
shrinkage during dehydration. The model was derived from macroscopic mass and energy balances
under the lumped-parameter assumption, with Biot numbers less than 0.1, and implemented numerically
in the open-source Scilab–Xcos environment. The simulation was performed for carrot cubes measuring
0.8, 1.0, and 1.5 cm, subjected to hot air drying at 50 °C and a velocity of 1.5 m/s. The results obtained
for moisture content, temperature, and volume variation were compared with experimental data from
convective drying. The model adequately reproduced the material's drying kinetics and thermal
evolution, with a correlation coefficient of 0.97 between simulated and experimental values. Likewise,
the inclusion of shrinkage allowed the progressive contraction of the material and its dependence on the
cube's initial size to be described. The results confirm that the proposed model is a useful tool for
analyzing and simulating the convective drying of carrots
Keywords: Dimensional analysis, Volumetric shrinkage, Characteristic length, Biot number, Lumped
parameters.
Artículo recibido 10 diciembre 2025
Aceptado para publicación: 10 enero 2026
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INTRODUCCIÓN
La conservación de los alimentos constituye un aspecto fundamental para reducir las pérdidas
posteriores a la cosecha y asegurar su disponibilidad en condiciones adecuadas para el consumo humano.
Entre las tecnologías empleadas con este fin, el secado térmico destaca por su capacidad para disminuir
el contenido de agua de los productos, reducir la actividad del agua y prolongar su vida útil, además de
facilitar el transporte y el almacenamiento mediante el uso de empaques de menor volumen y peso
(Giraldo-Zuniga et al., 2010). Sin embargo, el secado es un proceso complejo que involucra de manera
simultánea la transferencia de calor y de masa, condicionada tanto por resistencias internas como
externas. En materiales biológicos, como frutas y hortalizas, la contracción asociada a la pérdida de
humedad modifica la forma y el volumen del sólido, afectando los mecanismos de difusión interna y el
coeficiente de difusión efectivo, lo que repercute directamente en la cinética del proceso (Białobrzewski,
Zielińska, Mujumdar, & Markowski, 2008). Estas transformaciones estructurales, junto con la aparición
de fenómenos como el endurecimiento superficial, evidencian la necesidad de desarrollar modelos
matemáticos que describan con mayor precisión el comportamiento real del alimento durante el secado.
En el ámbito agroalimentario, esta aproximación resulta particularmente relevante para el secado de
zanahoria en México, un cultivo de amplia importancia económica y social, con una producción de 164.9
miles de toneladas solamente en noviembre de 2025, concentrada principalmente en Zacatecas y el
Estado de México (Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural, 2025). Debido a su alto contenido de
agua, la zanahoria es altamente susceptible al deterioro poscosecha, lo que hace del secado térmico una
alternativa eficaz para prolongar su vida útil y reducir pérdidas. Sin embargo, el secado convectivo con
aire caliente presenta elevadas demandas energéticas y eficiencias térmicas limitadas, generalmente entre
25 % y 50 %, lo que incrementa los costos operativos y el impacto ambiental, considerando que una
parte significativa de las emisiones de gases de efecto invernadero se asocia al consumo de energía en
procesos industriales (Mujumdar, 2014). En este contexto, el desarrollo de modelos matemáticos
aplicados al secado de zanahoria adquiere relevancia como una herramienta para mejorar la eficiencia
energética y promover prácticas más sostenibles en el sector agroindustrial (Mujumdar, 2001). La
simulación de procesos se ha consolidado como una herramienta clave en la ingeniería al permitir el
análisis y la optimización de sistemas complejos mediante modelos matemáticos, reduciendo costos,
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tiempos de desarrollo y la dependencia de ensayos experimentales extensivos, además de ofrecer un
soporte confiable para la toma de decisiones técnicas (Palacios & Plúas, 2021).
Diversos estudios han abordado la modelación y simulación del secado térmico de productos agrícolas
con el propósito de comprender los mecanismos de transporte y optimizar las condiciones de operación.
(Aversa, Curcio, Calabrò, & Iorio, 2007; Curcio, Aversa, Calabrò, & Iorio, 2008) fue uno de los
primeros en aplicar el método de elementos finitos para simular el secado convectivo de zanahoria
mediante la plataforma FEM, considerando propiedades termo-físicas dependientes de la temperatura y
la concentración local. Sus resultados mostraron que los gradientes más pronunciados de humedad y
temperatura se localizan en la interfaz aire-alimento, proporcionando una herramienta útil para el análisis
de la distribución térmica y el diseño de secadores de convección forzada. (Aversa, Curcio, Calabrò, &
Iorio, 2010) incorporaron una formulación Lagrangiana-Euleriana arbitraria (ALE) para representar la
contracción no homogénea del alimento durante la deshidratación, logrando una alta correlación entre
las deformaciones predichas y los datos experimentales. De forma complementaria, (Białobrzewski et
al., 2008) analizaron el comportamiento térmico y mecánico de cubos de zanahoria sometidos a secado
convectivo, evidenciando que las capas externas experimentan mayores deformaciones y que la
distribución de la temperatura dentro del sólido no es uniforme. Otros trabajos han profundizado en la
relación entre las condiciones de secado y la calidad final del producto. (Curcio & Aversa, 2009, 2014)
demostraron que el uso de temperaturas moderadas, cercanas a 50 °C, y velocidades de aire intermedias,
del orden de 2.2 m/s, contribuye a reducir el deterioro estructural y a mejorar la capacidad de
rehidratación. En la misma línea, (Giraldo-Zuniga et al., 2010), desarrollaron un modelo de transporte
de calor y masa que considera la interacción aire-sólido sin recurrir a correlaciones empíricas,
permitiendo describir con mayor detalle los campos locales de temperatura, velocidad y humedad.
Investigaciones en otros productos vegetales, como la pulpa de cupuaçu, confirmaron la alta sensibilidad
del proceso de secado a la temperatura y la velocidad del aire, mostrando un buen ajuste a los modelos de
Fick y Page y valores de difusividad efectiva consistentes con los reportados para materiales vegetales.
Asimismo, estudios sobre rehidratación evidenciaron que el incremento de la temperatura del medio
favorece la absorción de agua y mejora la textura del producto reconstituido. Por otro lado, modelos
mecanicistas basados en balances de masa y energía han sido utilizados para simular el secado de
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zanahoria en lechos fijos, reproduciendo adecuadamente la cinética experimental y destacando la
influencia del patrón de flujo de aire. Más recientemente, se han explorado técnicas de intensificación
del proceso, como el uso de ultrasonido, que ha demostrado mejorar la transferencia de masa sin afectar
negativamente la calidad del producto, así como estrategias de control dinámico de la humedad relativa
del aire, las cuales permiten incrementar la eficiencia exergética y preservar la integridad estructural del
alimento (Yu et al., 2020; Zhang, Yang, Mujumdar, Ju, & Xiao, 2022).
En este contexto, el presente trabajo tiene como objetivo simular de manera acoplada los fenómenos de
transferencia de calor, transferencia de masa y deformación durante el secado convectivo de cubos de
zanahoria, a partir de un modelo matemático fenomenológico. A diferencia de enfoques convencionales
que asumen geometría constante o tratan la contracción de forma empírica, el modelo propuesto
incorpora la deformación volumétrica como un fenómeno dinámico que interactúa directamente con los
mecanismos de transporte. La formulación se implementa y resuelve numéricamente en el entorno
Xcos–Scilab, lo que representa una alternativa computacional de código abierto para el análisis de
procesos de secado multiescala. Asimismo, el modelo se valida mediante ensayos experimentales
realizados en un túnel de secado convectivo, empleando cubos de zanahoria de distintas dimensiones y
condiciones controladas de operación, con el propósito de analizar la evolución del contenido de
humedad, la temperatura y el cambio de volumen, así como evaluar su capacidad predictiva mediante la
comparación entre resultados simulados y datos experimentales.
2. Desarrollo del modelo
2.1 Planteamiento general y consideraciones del modelado
El desarrollo del modelo matemático se orientó a representar de forma integrada los principales
fenómenos físicos que tienen lugar durante el secado convectivo de cubos de zanahoria, considerando
de manera explícita la interacción entre la transferencia de masa, la transferencia de calor y la
deformación volumétrica del material. Tal como se expuso en la sección anterior, estos procesos se
encuentran estrechamente acoplados en alimentos con alto contenido de humedad inicial, por lo que su
análisis conjunto resulta indispensable para describir adecuadamente la cinética de secado y la evolución
estructural del sólido.
Con este propósito, se adoptó un enfoque fenomenológico basado en balances macroscópicos,
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formulados mediante ecuaciones diferenciales dependientes del tiempo. El sistema se modeló utilizando
un modelo global de transferencia, considerando cubos de zanahoria de 0.8, 1.0 y 1.5 cm, bajo el
supuesto de que el número de Biot térmico y masa es menor que 0.1, lo que permite asumir una
distribución uniforme de la temperatura en el interior del sólido. Se consideró que la zanahoria presenta
inicialmente una geometría cúbica homogénea, con propiedades físicas uniformes en todo el dominio. A
medida que avanza el proceso de secado, la pérdida de humedad induce cambios estructurales que se
manifiestan como una reducción progresiva del volumen, la cual se incorpora dinámicamente en el
modelo. Asimismo, se asumió que el aire de secado mantiene condiciones constantes de temperatura y
velocidad, de modo que las resistencias externas gobiernan el intercambio en la interfaz aire sólido.
2.2 Descripción del fenómeno de transferencia de masa
La transferencia de masa se describió mediante un balance global que representa la pérdida de humedad
del sólido hacia el aire circundante (Ecuación 1). Este proceso está gobernado por el gradiente de
concentración de agua entre el interior del cubo de zanahoria y el medio de secado, el cual constituye la
fuerza motriz del fenómeno. A medida que el agua se desplaza desde el interior del material hacia su
superficie, se establece un contenido de humedad superficial (Ws), desde el cual ocurre la transferencia
de masa hacia el aire circundante, impulsada por la diferencia de concentración con respecto a la humedad
del ambiente (Wa).
El contenido de humedad (W) en la ecuación 1, se expresó en base seca y su variación en el tiempo se
describió mediante una ecuación diferencial de primer orden, en la cual intervienen el coeficiente de
transferencia de masa (hm) y una longitud característica (Le) asociada a la geometría del sólido,
determinada a partir del cociente entre el volumen del sólido y el área total de sus seis caras. La condición
inicial (Wi) del sistema se definió a partir del contenido de humedad en base seca del material fresco
(condición inicial de la Ecuación 1), el cual se consideró representativo del estado del producto previo al
inicio del proceso de secado.
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Para el cálculo del coeficiente de transferencia de masa (Ecuación 2) se emplearon correlaciones
adimensionales que relacionan el número de Sherwood (Sh) con los números de Reynolds (Re) y Schmidt
(Sc) (Ecuación 3), permitiendo incorporar el efecto de la velocidad del aire (v) y de las propiedades del
fluido sobre la intensidad del transporte convectivo. De esta manera, el modelo refleja la influencia
directa de las condiciones operativas sobre la cinética de eliminación de humedad, en concordancia con
lo reportado para procesos de secado convectivo de materiales vegetales (Sandoval-Torre, Leonard,
Plougonven, Díaz-González, & Hernández-Bautista, 2022).
2.3 Formulación del modelo de transferencia de calor
De forma simultánea a la pérdida de humedad, el sólido experimenta un proceso de calentamiento debido
al intercambio térmico con el aire caliente. La transferencia de calor se representó mediante un balance
de energía, representado en la ecuación 4, que considera tanto el aumento de la temperatura del material
(T) como el consumo energético asociado a la evaporación del agua contenida en la superficie.
El flujo de calor desde el aire hacia la superficie del cubo está controlado por el gradiente de temperatura,
entre la temperatura del material y del secado (T0) y por el coeficiente de transferencia de calor por
convección (hc). Dicho coeficiente se estimó mediante correlaciones basadas en el número de Nusselt
(Nu) expresado en la Ecuación 5, el cual se expresa como función de los números de Reynolds y Prandtl
(Pr), para cubos de Zanahoria (Yu et al., 2020). El número de Prandtl se determinó a partir de la
temperatura del aire (Çengel & Ghajar, 2007), mientras que el número de Reynolds se calculó
considerando las condiciones de flujo, identificándose un régimen laminar en todos los casos analizados.
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El balance energético incorpora un término asociado al calor latente de vaporización (λ), el cual
representa la energía necesaria para el cambio de fase del agua durante el proceso de secado, así como
la capacidad calorífica promedio de la zanahoria (Cp), que determina la energía requerida para elevar
la temperatura del material. De este modo, el modelo integra de manera natural la interacción entre la
transferencia de calor y la transferencia de masa, ya que la evaporación depende de la disponibilidad de
energía térmica y, a su vez, influye en la evolución del contenido de humedad. La ecuación diferencial
resultante describe la variación temporal de la temperatura del sólido, considerando como condición
inicial la temperatura ambiente previa al proceso de secado.
2.4 Representación de la deformación volumétrica del material
La deformación del material se incorporó al modelo mediante una relación que vincula el cambio de
volumen del sólido (V) con la pérdida de humedad durante el secado. A medida que el contenido de
agua disminuye, la estructura celular de la zanahoria sufre una contracción progresiva, fenómeno
conocido como encogimiento, que se traduce en una reducción de las dimensiones del cubo.
Este comportamiento se representó mediante un coeficiente de contracción volumétrica (), mostrado
en la ecuación 6, definido como la relación entre el volumen instantáneo del sólido y su volumen inicial
(Vi). Dicho coeficiente permite cuantificar la magnitud de la deformación y su dependencia con el
contenido de humedad. La formulación adoptada asume que el encogimiento se produce de manera
continua a lo largo del proceso de secado, y que su fuerza motriz está determinada por la diferencia entre
el contenido de humedad del material y su contenido de humedad de equilibrio(Weq).
La inclusión de la deformación volumétrica permite actualizar dinámicamente la geometría del sólido,
lo que afecta directamente parámetros como la longitud característica y el área de transferencia
utilizados en los balances de masa y energía. En consecuencia, el modelo logra una representación más
realista del comportamiento físico del material, al considerar la interacción entre los fenómenos de
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transporte y los cambios estructurales inducidos por la deshidratación.
2.5 Implementación numérica y variables de análisis
La implementación numérica del modelo se realizó en el entorno Scilab–Xcos (Figura 1), mediante la
representación en diagramas de bloques de las ecuaciones diferenciales que describen el balance de masa,
el balance de energía y el encogimiento del sólido durante el proceso de secado, integrando de forma
secuencial el cálculo de la longitud característica a partir de la geometría del material (a partir de V0 y
A0) , la evaluación de los números adimensionales de Schmidt, Reynolds, Sherwood y Nusselt, así como
la determinación de las propiedades termodinámicas necesarias (Tabla 1), como la presión de saturación
mediante la ecuación de Antoine. A partir de estas relaciones se obtuvieron los coeficientes de
transferencia de masa y calor, los cuales se incorporaron en las ecuaciones diferenciales del contenido
de humedad del sólido (W), la temperatura (T) y el volumen (V), resueltas de manera simultánea. La
simulación se ejecutó para un tiempo total de 5 horas, con un paso de tiempo de 60s, y las salidas de las
tres ecuaciones diferenciales fueron exportadas mediante el bloque “To workspace”, lo que permitió
obtener 100 puntos de datos para cada variable y analizarlos posteriormente. Estas variables W, T y V
constituyen los principales parámetros de análisis del modelo, ya que permiten evaluar la evolución
cinética del secado, el comportamiento térmico del sólido y los cambios físicos asociados al
encogimiento del material bajo las condiciones de operación establecidas
pág. 6327
Figura 1. Diagrama de flujo de información del modelo.
pág. 6328
Tabla 1. Propiedades de la zanahoria y del aire utilizadas en el modelo.
Propiedad Valor Categoría /Fuente Descripción
Ta 50 °C Condiciones del proceso sección 3 Temperatura del aire
v 1.5 m/s Condiciones del proceso sección 3 Velocidad del aire
A0 6 cm2 Dimensiones de la zanahoria Área inicial del cubo
V0 1 cm3 Dimensiones de la zanahoria Volumen inicial del cubo
v 1.798x10-5 m2/s Propiedades del aire Viscosidad cinemática del
a
1.092 kg/m3 (Çengel & Ghajar, 2007)
Propiedades del aire (Çengel & Ghajar,
2007)
aire Densidad del aire
Pr 1.8345 Propiedades del aire Número de Prandtl
k 0.02735 W/mK (Çengel & Ghajar, 2007)
Propiedades del aire
Conductividad térmica del
 2256.5 kJ/kg (Çengel & Ghajar, 2007) Propiedades
agua-aire
(Çengel & Ghajar, 2007)
aire Calor latente de
vaporización del agua
DAB
z
2.4x10-3 m2/s 1082
kg/m3
Propiedades agua-aire (Çengel & Ghajar,
2007) Propiedades de la zanahoria (Moreno
Riquero, 2020)
Coeficiente de difusividad
agua-aire
Densidad de la zanahoria
húmeda
s 1490 kg/m3 Propiedades de la zanahoria (Zogzas,
Maroulis, & Marinos-
Densidad de la zanahoria seca
Kouris, 1994) (Zogzas et al., 1994)
Cp 3918 J/kg °C Propiedades de la zanahoria Capacidad calorífica de la
(Carrasquero D, 2001) zanahoria
Xeq 0.05 kg/kg Propiedades de la zanahoria Contenido de humedad de
(Kiranoudis, Maroulis, Tsami, & equilibrio
Marinos-Kouris, 1993)(Zogzas et al.,
1994)
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3.-Evaluación y validación del modelo matemático
Se realizaron pruebas de secado convectivo a 50 °C y una velocidad de aire de 1.5 m/s. Se emplearon
cubos de zanahoria de 0.8 cm, 1 cm y 1.5 cm con el propósito de analizar la influencia de la geometría
sobre la cinética de secado y contrastar dicha respuesta con las predicciones del modelo. Las muestras
fueron colocadas dentro de la cámara de secado una vez que las condiciones operativas se mantuvieron
constantes.
La medición de la temperatura se realizó mediante termopares tipo J, con un intervalo de registro de un
minuto. Uno de los sensores se insertó en el interior de un cubo de zanahoria, mientras que el segundo
se colocó en la cámara de secado para medir la temperatura del aire. Ambos termopares se conectaron a
un sistema de adquisición de datos, el cual registró y almacenó automáticamente las mediciones a
intervalos regulares. El peso de los cubos de zanahoria se registró manualmente utilizando una balanza
analítica. Adicionalmente, el contenido de humedad inicial de las muestras se determinó mediante el
método de secado en horno, pesando los cubos antes y después de someterlos a 105 °C durante 24 h.
Los resultados obtenidos mediante simulación se compararon directamente con los datos
experimentales, como se describen en la siguiente sección.
4. Resultados
En este apartado se presentan los resultados numéricos del secado por convección de aire caliente, junto
con los datos experimentales obtenidos para diferentes tamaños de muestra. En todos los ensayos se
mantuvieron constantes la temperatura y la velocidad del aire, mientras que la humedad relativa de
secado no fue controlada.
La Figura 2 muestra la evolución del contenido de humedad y de la temperatura para cubos de zanahoria
de 0.8 cm. El contenido de humedad presenta una disminución continua a lo largo del proceso, y la
simulación reproduce adecuadamente la tendencia observada experimentalmente. En cuanto a la
temperatura, se observa un incremento rápido durante la etapa inicial, seguido de una estabilización
cercana a la temperatura del aire de secado (50 °C), con una buena correspondencia entre los datos
experimentales y los simulados (R = 0.979).
pág. 6330
Figura 2. Datos experimentales y simulados de temperatura y contenido de humedad de cubos de
zanahoria de 0.8 cm.
La Figura 3 presenta los resultados correspondientes a cubos de 1 cm. En este caso, la evolución del
contenido de humedad es bien capturada por el modelo durante las primeras horas del proceso, aunque se
aprecia una ligera sobreestimación del contenido de humedad en la etapa final. La evolución de la
temperatura muestra un comportamiento similar al observado en el caso anterior, alcanzando
rápidamente el equilibrio térmico con el aire de secado, con un coeficiente de correlación de 0.99 entre
los datos simulados y experimentales.
Figura 3. Datos experimentales y simulados de temperatura y contenido de humedad de cubos de
zanahoria de 1 cm
En la Figura 4 se muestran los resultados para cubos de 1.5 cm. El contenido de humedad experimental
exhibe la respuesta típica de un proceso de secado, mientras que la simulación mantiene una
concordancia general, con desviaciones más notorias en la segunda mitad del proceso. A pesar de ello,
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la correlación entre ambos conjuntos de datos se mantiene elevada (R = 0.98). La evolución de la
temperatura sigue el mismo patrón observado para los tamaños menores, alcanzando el equilibrio térmico
alrededor de los 50 °C, con un alto grado de ajuste entre la simulación y los datos experimentales (R =
0.995).
Figura 4. Datos experimentales y simulados de temperatura y contenido de humedad de cubos de
zanahoria de 1.5 cm
Finalmente, la Figura 5 muestra la variación del volumen de los cubos de zanahoria durante el secado
para los tres tamaños evaluados. En todos los casos se observa una contracción progresiva asociada a la
pérdida de agua y al encogimiento estructural del material. Sin embargo, la magnitud de la reducción de
volumen depende del tamaño inicial del cubo: los cubos de 1.5 cm presentan la mayor contracción total,
seguidos por los de 1 cm, mientras que los cubos de 0.8 cm muestran la menor disminución volumétrica.
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Figura 5. Comportamiento de la contracción de los cubos de zanahoria Conclusiones
En este trabajo se implementó y evaluó un modelo matemático de carácter fenomenológico para
describir de manera acoplada los procesos de transferencia de masa, transferencia de calor y
deformación volumétrica durante el secado convectivo de cubos de zanahoria. La formulación
propuesta, resuelta numéricamente en el entorno Scilab–Xcos, permitió representar la cinética de secado,
la evolución térmica del sólido y el encogimiento asociado a la pérdida de humedad, mostrando una
concordancia razonable con los resultados experimentales obtenidos bajo condiciones de operación
controladas.
El modelo global de parámetros concentrados, sustentado en números de Biot menores a 0.1, describió
satisfactoriamente la evolución temporal del contenido de humedad y la temperatura del sólido para los
tres tamaños de cubos evaluados (0.8, 1.0 y 1.5 cm).
Las predicciones del contenido de humedad mostraron una buena correspondencia con los datos
experimentales, con desviaciones moderadas en la etapa final del secado para los cubos de mayor tamaño,
atribuibles a simplificaciones inherentes al enfoque global y a la no consideración explícita de gradientes
internos.
La evolución de la temperatura del material fue reproducida con alta precisión, alcanzando rápidamente
el equilibrio térmico con el aire de secado, con coeficientes de correlación superiores a 0.97 en todos los
casos analizados.
La inclusión explícita del encogimiento permitió capturar la contracción volumétrica progresiva del
pág. 6333
material, evidenciando que la magnitud de la deformación depende de la dimensión inicial del cubo,
siendo más pronunciada en muestras de mayor tamaño.
La actualización dinámica de la geometría del sólido influyó directamente en los parámetros de
transferencia, particularmente en la longitud característica, mejorando la representación física del
proceso frente a modelos que asumen geometría constante.
La implementación en un entorno de código abierto como Scilab–Xcos demostró ser una alternativa
viable y flexible para la simulación de procesos de secado convectivo, con potencial aplicación en el
análisis, diseño y optimización de equipos de secado agroindustrial.
En conjunto, los resultados confirman que el modelo propuesto puede servir como base para futuras
extensiones, tales como la incorporación de humedad relativa variable del aire, propiedades
dependientes del estado del material o estrategias de control orientadas a mejorar la eficiencia energética
y la calidad del producto final.
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