Computational simulation of concentration by osmotic evaporation of passion fruit juice (Passiflora edullis)

Abstract

ABSTRACT: This study aimed at implementing a comprehensive strategy for the multiphysics simulation of the osmotic evaporation process applied in the concentration of passion fruit juice. The phenomena of mass and momentum transfer were analyzed in Comsol® and Matlab®,using a two-dimensional axial geometry as a simplification of the membrane module. Computer simulations were validated through comparisons with experimental data obtained from osmotic evaporation of passion fruit juice previously ultrafiltrated. The juice was concentrated to 52.25 ± 0.36 (°Brix) of soluble solids, reaching a final flux of 0.63 (kg/m2h) after 6 hours. The concentrate retained the organoleptic and physicochemical quality characteristics of the original juice when it was reconstituted in water. The models and simulations developed can be used to describe, analyze, and efficiently improve the osmotic evaporation process applied to the concentration of juices.

RESUMEN: El objetivo de este estudio fue aplicar una estrategia integral para la simulación multifísica del proceso de evaporación osmótica aplicada en la concentración del jugo de maracuyá. Los fenómenos de transferencia de masa y momento fueron implementados en Comsol® y Matlab®, usando una geometría axial en dos dimensiones como simplificación del módulo de membranas, y las simulaciones computacionales fueron validadas por comparación con datos experimentales obtenidos de la evaporación osmótica de jugo de maracuyá previamente ultrafiltrado. El jugo fue concentrado hasta 52.25 ± 0.36 (°Brix) de sólidos solubles, alcanzando un flux final de 0.63 (kg/m2 h) después de 6 horas. El concentrado conservó las características de calidad organolépticas y fisicoquímicas del jugo original al ser reconstituido en agua. Se comprobó que los modelos y las simulaciones desarrollados pueden ser usados para describir, analizar y mejorar de forma más rápida y eficiente el proceso de evaporación osmótica aplicado a la concentración de jugos.