Se describe la modelación de la difusión-adsorción de 1-metilciclopropeno en manzanas

1. MODELACIÓN DE LA CINÉTICA
DE DIFUSIÓN-ADSORCIÓN
DE 1- METILCICLOPROPENO (1-MCP)
EN MANZANAS Y MATERIALES «NO
OBJETIVO»EN CUARTOS DE ALMACENAMIENTO
Operaciones Unitarias II
Universidad de Sonora
Ingeniería Química
Herrera Mendoza Marisol
210212728
Jueves 05 de Junio del 2014

2. MODELACIÓN DE LA CINÉTICA DE DIFUSIÓN-ADSORCIÓN
DE 1- METILCICLOPROPENO (1-MCP) EN MANZANAS Y
MATERIALES «NO OBJETIVO» EN CUARTOS DE
ALMACENAMIENTO
Alemayehu Ambaw, Pieter Verboven,
Mulugeta Delele, Bart M. Nicolaï,
BIOSYST-MeBioS
5 páginas
Bélgica
Centro de Tecnología de Poscosecha Leuven, Bélgica
Departamento de Horticultura de la Universidad del Estado de
Michigan

3. 1. Introducción
2. Materiales y Métodos
2.1 Manzana y materiales sólidos “no objetivo”
investigados
2.2 Exposición de gas
2.3 Formulación del modelo
3. Resultados
4. Conclusiones

5. • Regulador vegetal
• Inhibidor de la acción del etileno
• Exposiciones bajas (0.2 µL/L)
• Muy utilizado a nivel comercial
para manzanas
• Compite con el etileno por el sitio
activo en las proteínas de
membrana receptoras del etileno

6. • Se halla en forma natural en
las plantas
• Fitohormona responsable de
los procesos de estrés en las
plantas, así como la
maduración de los frutos

7. 1-Metilciclopropeno (1-MCP) ha demostrado
suprimir las respuestas de etileno, extender la vida
útil y la calidad de numerosas frutas y verduras.
• Manzanas
• Tomates
• Aguacates
En una formulación comercial está complejado con
E-ciclodextrina para formar un polvo que proporciona
un alcance más estable, cómodo y seguro para
almacenar y transportar.

8. El objetivo principal de este trabajo de
investigación es desarrollar un modelo de
difusión-adsorción multifase acoplada de 1-MCP
en las manzanas y los materiales «no objetivo»
para determinar los parámetros de difusión y de
adsorción relevantes para diferentes materiales
y las manzanas.

10. • Manzanas Golden Delicious compradas en
diciembre de 2008 en una subasta local en
Bélgica.
• Los frutos utilizados en la prueba fueron
almacenados a 1% de O2, 1,5 % de CO2 y 1 °C.
• Libres de defectos visuales.
• Las frutas se mantuvieron a 1 °C en el aire normal
antes y durante el experimento.

11. El volumen y el peso de las manzanas que se
utilizaron en la prueba fueron 234 ml ± 14 ml y 211
g ± 12,7 g. Las superficies de las manzanas fueron
238 ± 10 cm2.
Otros materiales incluidos en la investigación
(contenedores):
 Polietileno de alta densidad
 Roble
 Madera de álamo
 Cartón ondulado

12. Las muestras fueron colocados individualmente en
tarros herméticos de cristal equipado con membrana
de caucho y sostenidos en 1°C.
El gas 1-MCP fue añadido al tarro de tratamiento por el
espacio de cabeza de otro tarro de cristal que
contiene el gas 1-MCP en una concentración de 2 µL/L
mediante una perilla de caucho.

13. Figura 1 Foto de la puesta en marcha de las pruebas: (a) stock
generación de gas 1-MCP; (b) la transferencia de gas a tarros de
prueba; (c) tarros de prueba con manzanas; (d) el tarro de prueba con
material de polietileno de alta densidad.
La temperatura de los experimentos fue de 1 ° C

14. La fuente de gas se preparó mezclando 2 ml de agua
destilada a 0.0062 g polvo SmartFreshTM en una
botella de vidrio con un volumen de 75 ml, 4 cm de
diámetro y 8 cm de altura.
Una muestra de gas de 10 ml se inyectó en un
cromatógrafo de gases equipado con 15 metros de
largo, 0.53 mm de diámetro interno, columna de acero
inoxidable, y equipado con un detector de ionización.

15. El modelo se basa en la segunda ley de Fick de la
difusión y fue resuelto utilizando el método de los
elementos finitos
«La segunda ley de Fick se utiliza cuando la
difusión es en estado no estacionario, en los que el
coeficiente de difusión es independiente del
tiempo.»

16. Figura 2 Malla de elementos finitos del modelo geométrico
de muestras representativas: (a) modelo tridimensional (3D)
de manzana; (b) el modelo 3D de material roble;

17. La ecuación fundamental a resolver es el equilibrio de
conservación de masas para el gas 1-MCP dentro del
tarro.
El transporte en el espacio se describe mediante la pura
difusión:
Dónde:
Ca (mol/m3) = concentración de gas 1-MCP en la fase gas
Da (m2/s) = coeficiente de difusión de 1 -MCP en el aire

18. La adsorción fue asumida irreversible y se da por:
Dónde:
Ca (mol/m3) = concentración de gas 1-MCP en fase
gaseosa en los poros sólidos
S (mol/m3) = concentración de sitios activos de
adsorción por unidad de volumen de sólidos
CS (mol/m3 ) = concentración de adsorbente
irreversible de gas 1-MCP por unidad de volumen de
un sólido
KS (m3/mol.s) = velocidad de adsorción constante por
sitio de enlace.

19. La ecuación de difusión-adsorción se lee:
Dónde:
CS max (mol/m3) = cantidad total de sitios activos
disponibles por unidad de volumen sólido
(S = Cs max - CS)
DS (m2/s) = difusividad efectiva de gas 1-MCP en el
sólido.

20. Las condiciones iniciales y de frontera en las paredes
del tarro fueron dadas por la ecuación (5) y la ecuación
(6), respectivamente:
Donde n es el vector unitario normal.

22. • La concentración 1-MCP en el tarro de prueba
disminuyó para todos los materiales de la muestra en
la investigación, pero era estable para un tarro vacío.
• Los parámetros considerados fueron la difusividad
efectiva, constante de velocidad de adsorción y de la
concentración de 1- MCP sitios de enlace por unidad
de volumen del sólido.
• Los valores de R2 oscila desde 0,994 hasta 0,927.

23. Tabla 1 Propiedades de difusión estimadas del gas 1-MCP en los
materiales indicados «no objetivo», basados en datos
experimentales obtenidos de pedazos de la muestra sostenidos
en 1°C y con concentración inicial de 1 µL/L
Material Tratamiento
DS
[x10-9
m2
/s]
KS
[m3
/m.s]
CS max
[x10-3
mol/m3
]
R2
Roble
Seco 16.2 ± 5.06 6.50 ± 0.82 0.21 ± 0.01 0.994
Mojado 15.6 ± 3.15 7.15 ± 0.62 0.23 ± 0.01 0.984
Madera de
álamo
Seco 24.7 ± 6.21 1.79 ± 0.63 1.00 ± 0.81 0.964
Mojado 20.00 ± 7.21 1.80 ± 0.63 1.10 ± 0.85 0.959
Polietileno de
alta densidad
Seco 0.002 ± 0.0009 1.59 ± 0.46 1.80 ± 0.60 0.927
Mojado 0.002 ± 0.0009 1.57 ± 0.66 1.78 ± 0.58 0.912
Revestimiento
Seco 2.0 ± 0.20 0.92 ± 0.41 3.00 ± 0.02 0.956
Mojado 1.74 ± 0.01 2.97 ± 0.81 4.00 ± 0.02 0.978
Manzana G. Delicious 23.6 ± 1.17 3.49 ± 0.98 0.06 ± 0.01 0.972

24. Horas
1-MCPrestamte(%)
Ajuste del modelo a los datos experimentales que muestran el
efecto del material sobre la absorción de 1-MCP en 1 ° C para seco

25. 1-MCPrestamte(%)
Ajuste del modelo a los datos experimentales que muestran el efecto
del material sobre la absorción de 1-MCP en 1 ° C para mojado
Horas

26. Coeficiente de difusión
10-9 m2/s
Coeficiente de adsorción
101 m3/mol.s
Concentración del sitio activo de los sólidos
10-4 mol/m3

28. • Se ha demostrado que un modelo de elementos finitos
puede proporcionar una herramienta potencial para
predecir el comportamiento de la difusión y adsorción
de gas 1-MCP.
• El método era eficiente y la exactitud de la predicción
por el modelo desarrollado fue bueno.
• El conocimiento desarrollado sobre la difusión y
adsorción de gas 1-MCP de varios materiales son
nuevas adiciones al conocimiento sobre 1-MCP.