Esta práctica servirá como herramienta de
entrenamiento
para los estudiantes de ingeniería de Alimentos Tres .
Las experiencias de secado que aquí se presentan son
para niveles diferentes de temperatura Y
humedad relativa .
Siguiendo las experiencias de secado propuestas,
serás capaz de:
1- familiarizarte con un secadero solar y con el
proceso de
secado que en él se lleva a cabo.
2- determinar los perfiles de temperatura, contenido de
agua y
velocidad de
secado de productos
diferentes.
3- analizar la velocidad de pérdida de humedad
del producto como
una función de
su contenido de agua X para determinar si existe un
período de velocidad de secado constante y si el
período de velocidad descendente puede ser dividido en dos
o más regiones con mecanismos de transferencia de materia
aparentemente diferentes.
4- ver el fenómeno de reducción de
volumen que
ocurre en algunos productos durante el proceso de
secado.
5- Modelar las isotermas de adsorción de papa
deshidratada en diferentes condiciones.
Está integrado por tres partes fundamentales: a)
colector solar de aire caliente; b)
cámara de secado y c) bandejas.
El colector solar tiene como objetivo
básico capturar la energía del sol, de color negro mate
y cubierta con un vidrio de 4 m m
de espesor y transformarla en energía calórica. La
cámara de secado es un sitio cerrado, ubicado en la parte
alta del colector solar y debe ser cubierta con un material buen
conductor de calor y llevar
unos pequeños orificios usados como chimenea que permita
el flujo de aire entre el interior y el exterior. Las bandejas
pueden ser construidas con marcos de madera y
malla, donde va colocado el producto a procesar.
Para realizar nuestra practica y conocer los principios de
secado tendremos como materia prima
la papa con una humedad inicial de 74.02% y un peso inicial
79.68gr.
- Flujo de
Proceso:Primer peso jueves 15 1:00 pm
Humedad relativa calculado por software
PsychtoolT°C
Bs
Bh
h kj/kg
Vol
M3/kg
Humedad relativa
%T° de ingreso a
colector32
27
84.78
0.8933
68.3
T° de aire que ingresa
a la cabina.41
36
134.34
0.9416
71.1
T° de aire a la salida
de cabina.39
34
121.57
0.9296
70.9
Segundo peso jueves 2:00 pm
T°C
Bs
Bh
h kj/kg
Vol
M3/kg
Humedad relativa
%T° de ingreso a
colector31
26
79.9
0.883
67.02
T° de aire que ingresa
a la cabina.42
37
141.74
0.9436
72.31
T° de aire a la salida
de cabina.38
33
115.778
0.92421
70.8
Tercer peso jueves 3 :00 pm
T°C
Bs
Bh
h kj/kg
Vol
M3/kg
Humedad relativa
%T° de ingreso a
colector30
25
75.707
0.8837
66.6
T° de aire que ingresa
a la cabina.40
35
126.87
0.9349
70.5
T° de aire a la salida
de cabina.40
35
126.87
0.9349
70.5
Cuarto peso viernes 10 :00 am
T°C
Bs
Bh
h kj/kg
Vol
M3/kg
Humedad relativa
%T° de ingreso a
colector32
27
84.778
0.8933
68.3
T° de aire que ingresa
a la cabina.40
35
127.37
0.9351
70.5
T° de aire a la salida
de cabina.39
34
121.57
0.9296
70.9
Quinto peso viernes 11 :00 am
T°C
Bs
Bh
h kj/kg
Vol
M3/kg
Humedad relativa
%T° de ingreso a
colector31
26
80.242
0.8885
67.6
T° de aire que ingresa
a la cabina.42
37
131.384
0.9714
64.1
T° de aire a la salida
de cabina.41
36
134.182
0.9412
71.4
Sexto peso viernes 12 :00 m
T°C
Bs
Bh
h kj/kg
Vol
M3/kg
Humedad relativa
%T° de ingreso a
colector30
25
75.707
0.8837
66.6
T° de aire que ingresa
a la cabina.39
34
121.323
0.9295
70.7
T° de aire a la salida
de cabina.38
33
115.525
0.9240
70.6
Séptimo peso viernes 1 :00
pmT°C
Bs
Bh
h kj/kg
Vol
M3/kg
Humedad relativa
%T° de ingreso a
colector31
26
80.24
0.8885
67.6
T° de aire que ingresa
a la cabina.41
36
134.182
0.9412
71.4
T° de aire a la salida
de cabina.41
36
134.182
0.9412
71.4
Octavo peso viernes 2 :00 pm
T°C
Bs
Bh
h kj/kg
Vol
M3/kg
Humedad relativa
%T° de ingreso a
colector32
27
84.778
0.8933
68.3
T° de aire que ingresa
a la cabina.40
35
127.374
0.9351
70.5
T° de aire a la salida
de cabina.40
35
127.374
0.9351
70.5
- Características del aire
- Características del
producto:
- Humedad de la materia prima:
P1= 9.97
P2=2.59
Ų= 74.02%
- Humedad del producto seco:
P1=1.38
P2=1.24
Ų= 10.14%
- Dimensiones:
Bandeja 1 = 18 rodajas
Bandeja 2 = 48 rodajas
Diámetro 1 = 4.8 cm.
Diámetro 2 = 7 cm
- Área expuesta por rodaja:
0.003619m2
- Espesor
E = 1 mm.
- Sensoriales de materia prima :
Olor | Suigéneris |
Color | Blanco |
Sabor | Característico |
- Sensoriales Producto seco :
Olor | Suigéneris |
Color | Blanco |
Sabor | Característico a papa frita |
- Densidad del material seco
Peso = 7.17gr
Vol = 10 ml
∫= 7.17/10 gr/ml =
717kg/m3
- Peso unidad a secar = 4.44gr
- Peso total =79.68gr
- Área del colector de
energía
A = a + 2b + c +d + e
a = l x h = 52.5cm. x 20cm. = 1050cm2
= 0.105m2
2 b = ((m+n)/2) x h = ((96 + 89)/2) x 20cm =
1850cm2 = 0.185m2 =
0.37m2
c = l x m = 96cm. x 525.5cm. = 5040cm2
= 0.504m2
d = n x l = 89cm. x 52.5cm. =
4672.5cm2 = 0.4372m2
e = l x r = 52.5cm. x 21.93cm =
1151.325cm2 = 0.1151m2
- Área de cabina de secado
A = 2a + b + c + d + e
2a = ((h + l)/2) x m = ((148.8 + 92)/2) x 41cm =
4936.4 cm2 = 2 x 0.49364m2 =
0.98728m2
b = h x r = 148.8cm x 60cm = 8928cm2 =
0.8928m2
c = l x r = 125cm x 60cm = 7500cm2 =
0.75m2
d = s x r = 45cm x 60cm = 2700cm2 =
0.27m2
- Área de cada bandeja
A = b x h = 35.6cm x 56.6cm =
2011.4cm2 = 0.2011m2
- # de bandejas
2
- volumen del aire en el espacio de
calentamiento
VEC = V – v
V = hxmxl = 18.5cm x 96cm x 50.5cm =
89688cm3 = 0.0896m3
v =(h x s x l)/2 = (18.5cm x 8cm x 50.5cm)/2 =
3737cm3 = 0.003737m3
VEC = 0.0896m3 –
0.003737m3 =0.08586m3
- volumen del aire en el espacio de
secado
VES = V – v
V = h x m x r = 146.4cm x 35.6cm x 56.5cm =
294468.96cm3 =0.2944m3
V = (p x m x r)/2 = (21.4cm x 35.6cm x 56.5cm)/2
= 21521.98cm3 =0.02152m3
VES = 0.2944m3 –
0.02152m3 = 0.27288m3
- eficiencia de secado
(0.0796kg/ 7h )*100= 1.14 %
Materiales
- Secadero Solar de bandejas
- material a ensayar papa
- balanza digital
- diagrama psicrométrico
- tablas de vapor de agua.
Descripción:
El secador solar
Está integrado por tres partes fundamentales: a)
colector solar de aire caliente; b) cámara de secado y c)
bandejas.
El colector solar tiene como objetivo básico
capturar la energía del sol, de color negro mate y
cubierta con un vidrio de 4 m m de espesor y transformarla en
energía calórica. La cámara de secado es un
sitio cerrado, ubicado en la parte alta del colector solar y debe
ser cubierta con un material buen conductor de calor y llevar
unos pequeños orificios usados como chimenea que permita
el flujo de aire entre el interior y el exterior. Las bandejas
pueden ser construidas con marcos de madera y malla, donde va
colocado el producto a procesar.
Cuadro N° 1:
PESO DE RODAJAS | |
5 cm. | 7 cm. |
1.83 | 4.39 |
1.63 | 4.16 |
1.82 | 4.54 |
1.85 | 4.74 |
1.88 | 3.57 |
1.92 | 4.69 |
2.03 | 4.62 |
2.04 | 4.14 |
1.98 | 4.59 |
2.52 | 4.43 |
Datos por unidad | Datos total | ||
Peso | 4.44gr | Peso | 79.68gr |
Área | 0.00796m2 | Área | 1.40m2 |
Densidad Material seco | 717kg/m3 |
Cuadro N° 2:
Materia seca =
0.01114kg
Peso (G) | Peso (Kg) | Tiempo (H) | Humedad Libre Kg Agua/Kg. Ss | R (Kg Agua/h m) | Temperatura |
79.68 | 0.07968 | 12:00 | – | – | 28 |
62.14 | 0.06214 | 01:00 | 1.5745 | 4.8466 | 39 |
51.96 | 0.05196 | 02:00 | 0.9138 | 2.8129 | 40 |
38.27 | 0.03827 | 03:00 | 1.2289 | 3.7828 | 39.5 |
23.78 | 0.02378 | 10:00 | 1.3007 | 4.0038 | 39.5 |
18.21 | 0.01821 | 11:00 | 0.5 | 1.539 | 39.5 |
14.62 | 0.01462 | 12:00 | 0.3222 | 1.9919 | 39.5 |
11.53 | 0.01153 | 01:00 | 0.2773 | 1.8528 | 39.5 |
- 7 Horas son necesarias para secar papa de 74.12% de
humedad hasta 10.14% de humedad. - Tiempo necesario por cada Kg.
Temperatura de aire caliente
T° B.S = 40.62 °C
T° B.H = 35.62 °C
- Tiempo de secado en las 3 zonas
- Zona de Calentamiento
θ = 2 h.
- Zona constante
θ = 0.3278 h.
- Cual es la temperatura de secado
constante.
T° B.S = 39.5 °C
T° B.H = 34.5 °C
- Cual es la velocidad de secado en zona
constante. 2.23426 Kg Agua/hm ) (Promedio) - Calor necesario para el secado
Masa = 0.0079 Kg
Cp= 3.98Kj/Kg°C
Q=0.079Kg * 3.98Kj/Kg°C (39.5-28)
Q= 3.646Kj
Q de evaporación:
λ(39.5)
=2408.2 Kj/Kg
0.07968kg*(0.7412)= 0.05897kg Agua
0.07968kg-0.05897kg= 0.02071
0.02071Kg * (0.1014)= 0.05897
0.05897-0.05897= 0.03798 KgMat seca
Qe=
λ(39.5)
=2408.2 Kj/Kg*0.03798 KgMat seca
Qe= 914634 Kj
Qt= 95.11033Kj
- Velocidad de secado constante.
2.61 (Kg Agua/h m)
OBJETIVOS
Modelar las isotermas de adsorción de papa
deshidratada en diferentes condiciones.
- Valor de monocapa del producto seco
Día / | Humedad relativa | Miércoles | Jueves | Viernes | Lunes | Martes |
KOH Aw=0.08 | 8 | 0.22 | 0.21 | 0.22 | 0.24 | 0.23 |
Mgcl2 | 33 | 0.20 | 0.20 | 0.25 | 0.21 | 0.21 |
K2 Aw=0.43 | 43 | 0.23 | 0.24 | 0.21 | 0.22 | 0.24 |
(Nh4)2SO4 Aw=0.80 | 80 | 0.21 | 0.23 | 0.22 | 0.23 | 0.23 |
H20 Aw=1 | 100 | 0.24 | 0.34 | 0.36 | 0.35 | 0.34 |
- Cálculo de humedad en equilibrio
(M)
Día / | M | aw/M(1- |
KOH Aw=0.08 | 4.54 | 0.0192 |
Mgcl2 | 5.0 | 0.0985 |
K2 CO3 | 4.34 | 0.1738 |
(Nh4)2SO4 Aw=0.80 | 9.52 | 0.420 |
H20 Aw=1 | 41.66 | – |
SOL. SATURADA | AW | AW M(1-AW) |
KOH | 0.08 | 0.0192 |
Mg Cl | 0.33 | 0.0985 |
K2 | 0.43 | 0.1738 |
( NH4 )2 | 0.8 | 0.42 |
H2O | 1 | ¥ |
Hallando los valores
de la gráfica de adsorcion
b = 0.02
µ = 1.84
µ = b (
c-1)
- = 0.02(c-1)
c = 93
Ecuación de B.E.T
Siendo la ecuación de la
recta
Y = 0.0773X + 0.02
a partir de los resultados obtenidos se pueden
indicar las siguientes conclusiones:
- La temperatura del aire de secado es el
parámetro de mayor flexibilidad en un sistema de
secado a altas temperaturas e influye significativamente en la
tasa y la eficiencia de
secado y en la calidad del
producto final. Un aumento de dicha temperatura significa un
menor consumo de
energía por unidad de agua evaporada y una mayor tasa de
secado. - El contenido de humedad inicial también
influye en la tasa de secado. Cuanto más elevado sea el
contenido de humedad de un producto, mayor será la
candidad de agua evaporada por unidad de
energía - Con elevados contenidos de humedad, las fuerzas de
adsorción de la estructura
celular del material sobre las moléculas de agua, son
menores que cuando el contenido de humedad del producto es
más bajo. En consecuencia, se utiliza un mayor
porcentaje de energía disponible para evaporar la
humedad contenida en los granos más secos. - El conocimiento
de las isotermas de adsorción de alimentos es de gran
importancia para el desarrollo
en la industria
alimenticia, ya que brindan información útil para la
optimización del proceso de secado y el diseño de secaderos, la selección del material de
empaquetamiento, la predicción de la vida útil
del producto y de la evolución en el contenido de humedad
durante el almacenamiento. - Uno de los parámetros más importantes
en alimentos deshidratados es la condición de equilibrio
que determina el límite del proceso, siendo este una
parte importante del gradiente que provoca el movimiento
del agua. - La actividad del agua es un factor determinante en el
estudio de la estabilidad de los alimentos secos, donde
ésta última se define como la relación
entre la presión
de vapor de agua del alimento y la presión de vapor del
agua liquida pura a la misma temperatura. - Las isotermas de adsorción muestran la
relación entre la actividad del agua (aw) y la humedad
de equilibrio (Xe) contenida en un producto alimenticio, a una
temperatura y presión constante. - Los valores de
la monocapa para la mayor parte de los alimentos se halla en el
intervalo de 3 a 10 gramos de agua por cada 100 gramos de
sustancia seca . Una vez que se completa la monocapa, la
actividad del agua aumenta bruscamente frente a un aumento en
el contenido de humedad
AGUADO J., CALLES J.A., CAÑIZARES P., LOPEZ B.,
SANTOS A. & SERRANO D.2002. Ingeniería de la Industria
Alimentaría: Volumen III, Operaciones de
Conservación de Alimentos. Editorial Síntesis
S.A., Madrid,
España.
BARBOSA-CANOVAS G. & VEGA-MERCADO H. 2000.
Deshidratación de Alimentos. Editorial Acribia, Zaragoza,
España.
Autor:
Rosa del Milagro Gavelan Zuloeta
Ubicación: CHICLAYO –
PERÚ
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENERÍA QUÍIMICA E INDUSTRIAS
ALIMENTARIAS
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