Heat and mass transfer coefficients and modeling of infrared drying of banana slices

Abstract

Banana is one of the most consumed fruits in the world, having a large part of its production performed in tropical countries. This product possesses a wide range of vitamins and minerals, being an important component of the alimentation worldwide. However, the shelf life of bananas is short, thus requiring procedures to prevent the quality loss and increase the shelf life. One of these procedures widely used is drying. This work aimed to study the infrared drying process of banana slices (cv. Prata) and determine the heat and mass transfer coefficients of this process. In addition, effective diffusion coefficient and relationship between ripening stages of banana and drying were obtained. Banana slices at four different ripening stages were dried using a dryer with infrared heating source with four different temperatures (65, 75, 85, and 95 ºC). Midilli model was the one that best represented infrared drying of banana slices. Heat and mass transfer coefficients varied, respectively, between 46.84 and 70.54 W m-2 K-1 and 0.040 to 0.0632 m s-1 for temperature range, at the different ripening stages. Effective diffusion coefficient ranged from 1.96 to 3.59 × 10-15 m² s-1. Activation energy encountered were 16.392, 29.531, 23.194, and 25.206 kJ mol-1 for 2nd, 3rd, 5th, and 7th ripening stages, respectively. Ripening stages did not affect the infrared drying of bananas.

Banana é uma das frutas mais consumidas no mundo, sendo grande parte de sua produção realizada em países tropicais. Este produto possui uma grande variedade de vitaminas e minerais, sendo um importante componente da alimentação no mundo. Entretanto, a vida de prateleira da banana é curta, requerendo, portanto, procedimentos de modo a prevenir a perda de qualidade e aumentar sua vida de prateleira. Um desses procedimentos é a secagem. Este trabalho objetivou estudar o processo de secagem de fatias de banana (Cv. Prata) por infravermelho e determinar os coeficientes de transferência de calor e massa desse processo. Em adição, foram obtidos o coeficiente de difusão efetivo e a relação entre os estádios de maturação de bananas e a secagem. Fatias de banana em quatro diferentes estádios de maturação foram secadas usando um secador com fonte de calor por infravermelho em quatro temperaturas distintas (65, 75, 85 e 95 ºC). O modelo de Midilli foi o que melhor representou a secagem por infravermelho das fatias de banana. Os coeficientes de transferência de calor e massa variaram, respectivamente, entre 46,84 e 70,54 W m-2 K-1 e 0,040 a 0,0632 m s-1 para a faixa de temperatura, em diferentes estádios de maturação. O coeficiente de difusão efetivo variou entre 1,96 a 3,59×10-15 m² s-1. As energias de ativação encontradas foram de 16,392; 29,531; 23,194 e 25,206 kJ mol-1 para o 2º, 3º, 5º e 7º estádio de maturação, respectivamente. Os estágios de maturação não afetaram a secagem por infravermelho de bananas.