Objetivos:

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.

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.

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.

  1. Flujo de Proceso:

  2. Características del aire

    3. Primer peso jueves 15 1:00 pm

    Humedad relativa calculado por software Psychtool

    T°C

    Bs

    Bh

    h kj/kg

    Vol

    M3/kg

    Humedad relativa %

    T° de ingreso a colector

    32

    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 colector

    31

    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 colector

    30

    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 colector

    32

    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 colector

    31

    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 colector

    30

    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 pm

    T°C

    Bs

    Bh

    h kj/kg

    Vol

    M3/kg

    Humedad relativa %

    T° de ingreso a colector

    31

    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 colector

    32

    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
  3. 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
  1. Características del equipo:

    • 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 %

  1. Descripción del secado

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
  1. Gráficas de secado

  2. Resultados del secado
    • 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)
  1. Anexos

OBJETIVOS

Modelar las isotermas de adsorción de papa deshidratada en diferentes condiciones.

    • Valor de monocapa del producto seco

Día / Muestra

Humedad relativa %

Miércoles

Jueves

Viernes

Lunes

Martes

KOH Aw=0.08

8

0.22

0.21

0.22

0.24

0.23

Mgcl2 Aw=0.33

33

0.20

0.20

0.25

0.21

0.21

K2 CO3

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

Día / Muestra

M

aw/M(1- aw)

KOH Aw=0.08

4.54

0.0192

Mgcl2 Aw=0.33

5.0

0.0985

K2 CO3 Aw=0.43

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 CO3

0.43

0.1738

( NH4 )2 SO4

0.8

0.42

H2O

1

¥

Hallando los valores de la gráfica de adsorcion

b = 0.02

µ = 1.84

µ = b ( c-1)
    1. = 0.02(c-1)

c = 93

Ecuación de B.E.T

Siendo la ecuación de la recta

Y = 0.0773X + 0.02

  1. Conclusiones

  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

  1. Bibliografía:

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

mili_alone[arroba]hotmail.com

Ubicación: CHICLAYO – PERÚ

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENERÍA QUÍIMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS



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