INGENIERÍA DE ALIMENTOS

Santiago gonzalez gonzalez

CAPITULO 7: SECADO

INTRODUCCIÓN

El secado es uno de los métodos más antiguos de conservación de alimentos. Los alimentos desecados pueden almacenarse durante largos períodos sin que se produzca deterioro. Las razones principales para ello son que los microorganismos que causan la desintegración y deterioro de los alimentos no pueden crecer y multiplicarse en la ausencia de suficiente agua y muchas de las enzimas que promueven cambios no deseados en la composición química de los alimentos no pueden funcionar sin agua.

El secado se logra mediante la vaporización del agua contenida en los alimentos, y para ello el calor latente de vaporización debe suministrarse. Por lo tanto, son dos factores importantes control de proceso que entren en la operación de la unidad de secado: (a) la transferencia de calor para proporcionar el necesario calor latente de vaporización.

(b) movimiento de agua o vapor de agua a través del material de alimentos y luego alejarse a separación de efecto de agua del producto alimenticio.

Procesos de secado se dividen en tres categorías:

aire y contacto secado bajo presión atmosférica. En el aire y secado de contacto, el calor se transfiere a través de los productos alimenticios de aire caliente o de superficies calientes. El vapor de agua se elimina con el aire.

Secado al vacío. En el secado al vacío, es aprovechar el hecho de que evaporación de agua se produce más fácilmente en presiones menores que en los más altos. Transferencia de calor en el secado al vacío es generalmente por conducción, a veces por la radiación.

Congelación de secado. En congelación de secado, el vapor de agua es sublimado en alimentos congelados. La estructura de alimentos se mantiene mejor en estas condiciones. Presiones y temperaturas adecuadas deben establecerse en la secadora para asegurarse de que se produce por sublimación .

TEORÍA BÁSICA DEL SECADO

Los tres Estados de agua

agua puede existir en tres Estados, sólidos, líquido y vapor. El estado en el que es en cualquier momento depende de las condiciones de temperatura y presión, y es posible ilustrar esto en un diagrama de fase, como en la figura 1.

Figura 1 diagrama de fases del agua.

Bajo una sola condición, los tres Estados pueden existir juntos; Esta condición se presenta en lo que se denomina punto triple, indicado por el punto o en el diagrama. De agua se produce en 0.0098 ° C y presión de 0.64 kPa (4.8 mm de mercurio). A partir de condición en el diagrama de adición de calor calienta el hielo y, a continuación, derrite, luego se calienta el agua y finalmente se evapora el agua a condición A'. A partir de condición B, situado por debajo del punto triple, cuando se añade calor, el hielo calienta y luego sublima sin pasar por ningún estado líquido.

Líquido y el vapor coexisten en equilibrio sólo en las condiciones a lo largo de la línea OP. Esta línea se llama la línea de presión y temperatura del vapor, se muestra en la figura 2.

Punto de ebullición se produce cuando la presión de vapor de agua es igual a la presión total sobre la superficie del agua, como se muestra en la figura 2 para temperaturas inferiores a 100 ° C.

Figura 2 Calor requerido para vaporización.

La energía, que debe suministrarse a vaporizar el agua a cualquier temperatura, depende de esta temperatura. La cantidad de energía requerida por kg de agua se llama el calor latente de vaporización, si es de un líquido o calor latente de sublimación de tinta si es de un sólido. La energía de calor necesaria para vaporizar agua bajo cualquier conjunto dado de condiciones puede calcularse desde los calores latente dados en la tabla de vapor apéndice 8

Ejemplo 1. un alimento que contiene 80% de agua debe ser secado por aire a 100 ° C a humedad del 10%. Si la temperatura inicial de los alimentos es 21 ° C, calcular la cantidad de energía de calor requerida por unidad de peso del material original, para secar bajo presión atmosférica. El calor latente de

vaporización del agua a 100 ° C y a presión atmosférica estándar es 2257 kJ kg-1. La capacidad calorífica de los alimentos es 3,8 kJ kg-1 ° C-1 y de agua es 4.186 kJ kg-1 ° C-1. Encontrar también la energía requerida/kg de agua removida.

Cálculo 1 kg alimento humedad inicial = 80% humedad 800 g humedad están asociados con 200 g. materia seca

Humedad final = 10%, humedad

de 100 g se asocian con 900 g de materia, por lo tanto (100 x 200)/ 900 g = 22.2 g están asociados con materia seca 200g.

1 kg de materia original debe perder humedad de g (800-22) = humedad de 778 g = 0.778 kg. Energía requerida para 1 kg de material original de calor = energía de calor para elevar la temperatura a 100 ° C + calor latente para eliminar agua = (100-21) x 3,8 + 0.778 x 2257 = 300.2 + 1755.9 = 2056 kJ. Energía/kg agua eliminado, como 2056 kJ son necesarios para quitar 0.778 kg de agua = 2056/0.778 = 2643 kJ.

El vapor se utiliza a menudo para suministrar calor al aire o a las superficies utilizadas para secar. En condensación, vapor cede su calor latente de vaporización; en el secado, la sustancia se seca debe tomar calor latente de vaporización para convertir su líquido en vapor. El vapor y la comida será en general bajo diferentes presiones con la comida a la menor presión. Calores latentes de vaporización son ligeramente superiores a presiones inferiores, como se muestra en la tabla 7.1.

Ejemplo 7.2. Energía de calor en el secado al vacío utilizando al mismo material como en el ejemplo 7.1, si es secado al vacío a llevarse a cabo a 60 ° C bajo la presión de saturación abs correspondiente. de 20 kPa (o un vacío de 81.4 kPa), calcular la energía de calor requerida para eliminar la humedad por unidad de peso del materia prima.

Energía requerida por un kg prima de calor = energía de calor para elevar la temperatura a 60 ° C + calor latente de vaporización abs. de 20 kPa = (60-21) x 3,8 + 0.778 x 2358 = 148.2 + 1834.5 = 1983 kJ.

En congelación debe proporcionar el calor latente de sublimación de secado. Presión tiene poco efecto sobre el calor latente de sublimación de tinta, que puede ser tomado como 2838 kJ kg-1.

Transferencia de calor en el secado

Las tasas de secado generalmente están determinadas por las tasas en qué calor energía puede transferirse al agua o al hielo a fin de proporcionar los calores latente, aunque en algunas circunstancias se puede limitar la tasa de transferencia de masa (eliminación del agua). Tres de los mecanismos por los cuales el calor se transfiere : conducción, radiación y convección, podrá entrar en secado.

A menudo un modo de transferencia de calor predomina hasta tal punto que rige el proceso global. Por ejemplo, en el aire la velocidad de transferencia de calor de secado viene dada por:

q = hsA(Ta - Ts)

q= Js-1

h=Jm-2ºC-1s-1

A=m2

Ts=º CTa=º C

Por poner otro ejemplo, en un secador de rodillos donde material húmedo se extiende sobre la superficie de un tambor climatizada, transferencia de calor se produce por conducción desde el tambor para el alimento, por lo que la ecuación es

q = UA(Tt– Ts )Puede estimar el valor de U de la conductividad de los materiales de tambor y de la capa de alimento. Valores de U han sido citados tan alto como 1800 J m-2 s-1 ° C-1 en muy buenas condiciones y a unos 60 J m-2 s-1 ° C-1 en malas condiciones.

En los casos donde se transfieren grandes cantidades de calor por radiación, debe recordarse que la temperatura de la superficie de los alimentos puede ser superior a la temperatura del aire. Las estimaciones de la temperatura de la superficie pueden hacerse mediante las relaciones desarrolladas para la transferencia de calor radiante. El coeficientes de convección pueden calcularse utilizando las fórmulas estándar.

Secado por Congelación. la energía debe transferirse a la superficie en la que se produce la sublimación. Sin embargo, debe suministrarse a ritmo no aumentar la temperatura en la superficie de secado por encima del punto de congelación. En muchas aplicaciones la transferencia de calor se produce principalmente por conducción.

Como producto de secado, el carácter del calor transferencia de cambios de situación. Materia seca empieza a ocupar las capas superficiales y conducción debe llevarse a cabo a través de estas capas superficiales secas que son conductores de calor pobres para que el calor se transfiere a la región de secado progresivamente más lentamente.

Eficiencias secado

Básicamente es una simple relación de la energía mínima necesaria para la energía realmente consumida. Los cálculos de eficiencia son útiles al evaluar el rendimiento de una secadora, buscando mejoras y en hacer comparaciones entre las distintas clases de hornos que pueden ser alternativas para una determinada operación de secado.

los secadores de spray, es mirar un equilibrio de calor en el aire, tratamiento del secador como adiabático con ningún intercambio de calor con el entorno. Entonces el calor útil transferido a la comida para su secado se corresponde con la caída de temperatura en el aire de secado, y el calor que tiene que ser suministrado corresponde al aumento de la temperatura del aire en el calentador de aire. Así puede definirse esta eficiencia secador de aire adiabática (h), por:

h = (T1 - T2) /(T1-Ta)

donde T1 es la temperatura del aire (alto) de entrada en la secadora, T2 es la temperatura del aire de salida de la secadora Ta es la temperatura del aire ambiente.

Ejemplo 4. Eficiencia de una secadora de la patata

Un secador reduce el contenido de humedad de 100 kilogramos de un producto de patata de 80% a 10% de humedad. 250 kg de vapor a 70 kPa indicador sirve para calentar 49.800 m3 de aire a 80 ° C, y el aire se enfría a 71 ° C en pasar por el secador. Calcular la eficiencia de la secadora. El calor específico de patata es 3.43 kJ kg-1 ° C-1. Asumir el Papa entra a 24 ° C, que también es la temperatura del aire ambiente y deja a la misma temperatura que el aire de salida.

En 100 kg de materia prima hay 80% de humedad, que es agua de 80 kg y 20 kg de materia seca,peso total de producto seco = 20 x (10/9)= 22,2 kgel peso del agua = (22,2-20)= 2,2 kg.agua eliminado = (80-2.2)= kg 77.8.

Calor suministrado al producto de patata= calor sensible para elevar la temperatura de producto de patata de 24 ° C a 71 ° C + calor latente de vaporización.

Ahora, el calor latente de vaporización correspondiente a una temperatura de saturación de 71 ° C es 2331 kJ kg-1Patata suministrados por cada 100 kg de calor (como mínimo)= 100 x (71-24) x 3,43 + 77.8 x 2331= 16 x 103 + 181 x 103= 1,97 x 105 kJ.Calor para evaporar el agua sólo = 77,8 x 2331= 1,81 x 105 kJ

El calor específico del aire es 1.0 j kg-1 ° C-1 y la densidad del aire es 1,06 kg m-3 (apéndice 3)

Calor da por aire/100 kg patata= 1.0 x (80-71) x 49.800 x 1.06= 4,75 x 105 kJ.

El calor latente del vapor a 70 kPa trocha es 2283 kJ kg-1Calor de vapor = 250 x 2283= 5,71 x 105 kJ.

Por lo tanto (a) eficacia basada en calor latente de vaporización sólo:= (1,81 x 105) / (5.71 x 105)= 32%(b) eficiencia asumiendo sensato calor restante en los alimentos después de secado no está disponible= (1,97 x 105) / (5.71 x 105)= 36%c) eficiencia basada calor de entrada y salida de aire de secado= (80-71) y (80-24)= 16%

TRANSFERENCIA DE MASA EN EL SECADO

La tasa de transferencia de masa es proporcional a la diferencia de potencial (presión o concentración) y a las propiedades del sistema de transferencia caracterizada por un coeficiente de transferencia de masa.

Escribir estos simbólicamente tenemos

DW/dt = k'g A DY (7.3)

Donde w =masa se transfiere kg s-1,A= área a través del cual tiene lugar la transferencia, k'g= coeficiente de transferencia de masa en unidades kg m-2 s-1 y es la diferencia de humedad en kg kg-1.

Desafortunadamente la aplicación de la ecuación de transferencia de masa no es tan sencillo como calor transferencia, una de las razones porque el patrón de movimiento de humedad cambia como secado de producto.

PSICOMETRÍA

La capacidad del aire para la eliminación de humedad depende de su humedad y su temperatura. El estudio de las relaciones entre su asociado agua y aire se llama psicometría.

Humedad (Y) es la medida del contenido de agua del aire. La humedad

absoluta, a veces llamada la proporción de humedad, es la masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco y las unidades son por lo tanto kg kg-1.En condiciones de saturación, la presión parcial del vapor de agua en el aire es igual a la presión de vapor de saturación de agua a esa temperatura.

La presión total de una mezcla de gases, como el aire y vapor de agua, se compone de la suma de las presiones de sus electores, que se denominan las presiones parciales. Cada presión parcial surge de la concentración molecular de la constituyente y la presión ejercida es que corresponde al número de moles presentes y el volumen total del sistema. Las presiones parciales se agregan para obtener la presión total.

Ejemplo 7.5. Presión parcial del vapor de agua

Si la presión total del aire húmedo es 100 kPa (aproximadamente atmosférica) y la humedad se mide como 0,03 kg kg-1, calcular la presión parcial del vapor de agua.El peso molecular del aire es 29 y de agua 18Así que la fracción molar de agua = (0.03/18)/ (1.00/29 + 0,03/18)= 0.0017/(0.034 + 0.0017)= 0.048Por lo tanto, la presión de vapor de aguaRH = p/ps

RH= humedad relativap= La presión parcial del vapor de agua en el aire ps= Presión parcial del vapor de agua saturado a la misma temperatura (ps).

p=RH*ps

= 0.048 x 100 kPa= 4,8 kPa.

Temperaturas de bulbo húmedo

Un concepto útil en psicometría es la temperatura de bulbo húmedo, en comparación con la temperatura ordinaria, que se llama la temperatura de bulbo seco. La temperatura de bulbo húmedo es la temperatura alcanzada por una superficie de agua, como la registrada por un bulbo de termómetro rodeado por una mecha mojada, cuando se exponen al aire pasando sobre él. La mecha y por lo tanto el bulbo del termómetro disminuye la temperatura por debajo de la temperatura de bulbo seco hasta que la tasa de transferencia de calor desde el aire más cálido a la mecha es simplemente igual a la velocidad de transferencia de calor necesaria para la evaporación del agua de la mecha en el flujo de aire.

Equiparar estos dos tipos de transferencia de calor da

hcA (Ta - Ts) = lk'gA(Ys– Ya)HC (Ta - Ts) = lk'g(Ys– Ya)

donde y s denotan reales y temperaturas de saturación y humedades;

HC es el coeficiente de transferencia de calor y k'g el coeficiente de transferencia de masa desde el aire a la superficie de mecha; l es el calor latente de evaporación de agua.

Disminuye la humedad relativa del aire, así la diferencia entre las temperaturas de bulbo húmedo y seco-bulbo, llamado la depresión del bulbo húmedo, aumentos y una línea que conecta la humedad relativa y temperatura de bulbo húmedo se puede trazar en un gráfico adecuado. Cuando el aire está saturado, la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulbo seco son idénticos.

Por lo tanto, si se traza (Ts Ta–) contra (Ya Ys–) Recordando que el punto (Ts, Ys) debe corresponder a una condición de punto de Rocío, entonces tenemos una línea recta de bulbo húmedo en un gráfico de temperatura/humedad inclinado hacia abajo desde el punto de Ts (Ys) con una pendiente de:

-(l k'g/hc)Un concepto más importante es el de la condición de saturación adiabática. Esta es la situación alcanzada por una corriente de agua, en contacto con el aire húmedo, y donde la temperatura del aire y la humedad siga una línea llamada la línea de saturación adiabático hacia abajo. Finalmente ambos alcanzan una temperatura a la que el calor perdido por el aire húmedo de refrigeración es igual al calor de evaporación del agua saliendo de la corriente de agua por evaporación.

Bajo esta condición con ningún intercambio de calor a los alrededores, la entalpía total cambio (kJ 1 kg de aire seco)

DH = CS (Ta– Ts) + l (Ya Ys–) = 0CS = - hc/k "g

Donde: CS = calor húmedo del aire.Ahora sólo resulta, para el sistema de agua y aire en el normal temperaturas de trabajo y presiones que para prácticas fines la magnitud numérica de la relación:

CS = - hc/k "g (conocido como el número de Lewis)» 1 (7.5)

Esto tiene una consecuencia práctica útil. El bulbo húmedo y la línea de saturación adiabático coinciden cuando el número de Lewis = 1.

Ahora es tiempo para examinar el gráfico que hemos hablado. Se llama carta psicométrica.

Carta psicométrica

Los dos ejes principales son la temperatura (termómetro seco) y humedad (proporción de humedad). La curva de saturación (Ts, Ys). se trazan en esta división de toda la zona en un insaturados y una región de dos fases. Tomando un punto de la curva de saturación (Ts, Ys) una línea puede extraerse de esto con una pendiente:

-(lk'g/hc) = (l/CS)

corriendo hacia abajo hacia la región insaturada del gráfico (que "debajo" de la línea de saturación). Esta es la línea de enfriamiento adiabático o de bulbo húmedo y se muestra una red de dichas líneas. Cualquier línea de temperatura constante entre la curva de saturación y el eje de cero humedad puede dividir uniformemente humedades fraccionales que corresponderán a fraccionarios humedades relativa.

Este gráfico puede utilizarse como base para muchos cálculos. Puede utilizarse para calcular humedades relativas y otras propiedades.

Ejemplo 7. Humedad relativa, entalpía y volumen específico de aire

Si se mide y se determinó que la temperatura de bulbo húmedo en una habitación particular 20 ° C en el aire, cuya temperatura de bulbo seco es de 25 ° C (que es la depresión del bulbo húmedo es 5 ° C) estimar la humedad relativa, la entalpía y el volumen específico del aire en la habitación.

En el gráfico de humedad (apéndice 9a) siga en la línea de bulbo húmedo para una temperatura de 20 ° C hasta que cumpla con la línea de bulbo seco temperatura de 25 ° C. Examinar la ubicación de este punto de intersección con referencia a las líneas de humedad relativa constante, se encuentra entre 60% y 70% RH y alrededor de 4/10 del camino entre ellos pero más cercano a la línea de 60%. Por lo tanto el RH se estima que el 64%. Examen similar de las líneas de entalpía da un estimado entalpía de 57 kJ kg-1 y de las líneas de volumen un volumen específico de m3 0.862 kg-1.

Medición de humedad

Métodos dependen en gran medida de los conceptos que han sido presentados en las secciones anteriores, pero debido a que a menudo son necesarios parece útil establecidos específicamente.

Termómetros de bulbo húmedo y seco. La temperatura de bulbo seco es la temperatura del aire normal y la única precaución que se necesita es que debe ser considerado si el bulbo del termómetro o elemento, se expone a una superficie a una temperatura considerablemente mayor o menor la posibilidad de errores de radiación.

Punto de Rocío metros. Estos medir la temperatura de saturación o punto de Rocío por enfriamiento de una muestra de aire hasta que se produzca condensación.

El higrómetro de cabello. Pelos expansión y contraen en longitud según la humedad relativa. Instrumentos son hechos que dan con precisión la longitud del cabello y por lo tanto puede calibrarse en humedades.

Higrómetros de resistencia eléctrica. Algunos materiales de varían su resistencia eléctrica superficie según la humedad relativa del aire circundante. Algunos ejemplos son el óxido de aluminio, polímeros de formaldehído de fenol y polímeros de estireno. Calibración permite realizar mediciones de resistencia debe interpretarse como la humedad.

Higrómetros de cloruro de litio. En estos una solución de cloruro de litio es sometida a una temperatura tal que su presión parcial es igual a la presión parcial del vapor de agua en el aire. Las relaciones de presión-temperatura de vapor conocido de cloruro de litio pueden usarse para determinar la humedad del aire.

CONTENIDO DE HUMEDAD DE EQUILIBRIO

El equilibrio de presión de vapor arriba un alimento está determinado no sólo por la temperatura, sino también por el contenido de agua de los alimentos, por la forma en que el agua está enlazado en la comida y por la presencia de los componentes solubles en agua. Bajo una presión determinada de vapor de

agua en el aire circundante, un alimento alcanza un contenido de humedad en equilibrio con sus alrededores cuando no hay ningún intercambio de agua entre los alimentos y sus alrededores.

A menudo, en lugar de la humedad relativa, se utiliza la actividad de agua de la superficie de alimentos. Se trata de la relación entre la presión parcial del agua en la comida a la presión de vapor de agua a la misma temperatura.

Las curvas de equilibrio obtenidas varían con diferentes tipos de productos alimenticios y ejemplos se muestran en la figura 4.

para la fécula de patata, como se muestra en la figura 4, a una temperatura de 25 ° C en una atmósfera de humedad relativa de 30% (dando una actividad de agua de 0,3), el contenido de humedad de equilibrio se considera 0,1 kg agua/kg patata seca. No sería posible secar la fécula de patata por debajo del 10% utilizando un aire secador con aire a 25 ° C y la humedad relativa de 30%. De la forma de la curva se observará que por encima de una cierta humedad relativa, alrededor del 80% en el caso de fécula de patata, el contenido de equilibrio aumenta muy rápidamente con el aumento de la humedad relativa

Figura 4 Equilibrio de contenido de humedad relativa

. Existen marcadas diferencias entre los alimentos, tanto en forma de las curvas y en la cantidad de agua presente en cualquier humedad y temperatura,

en el rango de humedad relativa entre 0 y 65%. La sigmoides (S--en forma) personaje de la curva es más pronunciado, y el contenido de humedad en humedades bajas es mayor, de alimentos cuyos sólidos secos son altas en proteínas, almidón u otros polímeros de alto peso molecular. Son bajas para alimentos altos en sólidos solubles. Grasas y sales cristalinas y azúcares, en general absorben cantidades insignificantes de agua cuando el RH es baja o moderada. Azúcares en forma amorfa absorben más en la forma cristalina.

SECADO CON AIRE

En el secado por aire, el índice de extracción de agua depende de las condiciones del aire, las propiedades de los alimentos y el diseño de la secadora.

Una comparación de las tasas de secado de arena, un material con agua mayormente libre, con carne que contenga más agua enlazado muestra el efecto del enlace de agua sobre las tasas de secado. Curvas de velocidad de secado de estos se muestran en la Fig. 5.

figura 5 tipos de curvas de secado.

El comportamiento de él en la que el secado se comporta como si fueran el agua en una superficie libre, se denomina constante de velocidad de secado. Y de expresa:

DW/dt = constante.

Una curva de secado completa para peces, adaptados de Jasón (1958), se muestra en la figura 6. La temperatura de secado fue baja y esto representa el tiempo de secado durante mucho tiempo.

Figura 6 curva de secado para el pescado

Una curva de secado más generalizada trazar la tasa de secado como porcentaje de la velocidad constante (crítico), contra la humedad, se muestra en la figura 7.

Figura 7 curva de secado generalizado

El cambio de velocidad de secado constante a un ritmo más lento se produce en el contenido de humedad diferentes para distintos alimentos. Sin embargo, para muchos alimentos el cambio de velocidad constante de secado se produce a una aw = 0,65 0,58. El contenido de humedad en la que se produce este cambio de ritmo es conocido como el contenido de humedad crítico, Xc.

cuando X = Xc en el punto de ruptura de las curvas de velocidad de secado, significa que el agua ha dejado de comportarse como si se tratara de una superficie libre y que factores distintos de las diferencias de presión de vapor están influyendo en la tasa de secado.

Cálculo de las tasas de secado constante

El índice de extracción de agua, a continuación, puede estar relacionado con la velocidad de transferencia de calor. El índice de extracción del agua también es la tasa de transferencia de masa, desde el sólido en el aire ambiente. Estos dos masa y transferencia de calor debe predecir la misma tasa de secado para un determinado conjunto de circunstancias.

Teniendo en cuenta la transferencia masiva, que es fundamental para el secado, la fuerza impulsora es la diferencia entre la presión parcial de vapor de agua entre la comida y el aire. La magnitud de esta diferencia puede obtenerse, sabiendo las temperaturas y las condiciones, por referencia a tablas o el carta psicométrica .

Ejemplo 13. Tasa de evaporación de secado

El coeficiente de transferencia de masa desde una superficie de agua libre a una corriente de aire móviles adyacentes se ha encontrado que 0.015 kg m -2s-1

Estimar la tasa de evaporación de una superficie de 1 m2 a una temperatura de 28 ° C en una corriente de aire con una temperatura de bulbo seco de 40 ° C y RH del 40% y la tasa necesaria consecuente de suministro de energía de calor para efectuar esta evaporación.

De la carta psicométrica , la humedad del aire saturado a 40 ° C es 0.0495 kg kg-1.

Humedad del aire a 40 ° C y 40% RH = 0.0495 x 0.4= 0.0198 kg kg-1= Ya

De la carta psicométrica, la humedad del aire saturado a 28 ° C es 0.0244 kg kg-1 = Ys

Fuerza motriz = (Ys - Ya)= (0.0244 - 0.0198) kg kg-1

= 0.0046 kg kg-1

Tasa de evaporación = k'gA(Ys-Ya)= 0,015 x 1 x 0.0046= 6,9 x 10-5 kg s-1

Calor latente de evaporación de agua a 28 ° C = 2,44 x 103 kJ kg-1

Tasa de suministro de energía de calor por metro cuadrado = 6,9 x 10-5 x 2,44 x 103 kJ s-1

= 0.168 kJ s-1= 0.168 kW.

EJEMPLO 14. Transferencia de calor en el secado de aire

Utilizando los datos de ejemplo 13, estimar el coeficiente de transferencia de calor necesario de la corriente de aire a la superficie del agua.

Tasa de flujo de calor = q = 168 s J-1 del ejemplo 13.Diferencia de temperatura = temperatura de bulbo seco del aire - temperatura de bulbo húmedo (en la superficie de alimentos)= (40 - 28)= 12 ° C = (Ta - Ts)Desde q = hcA (Ta – Ts)168 = hc x 1 x 12hc = 14 J m-2 s-1 ° C-1

EJEMPLO 15. Temperatura y RH en secado con aire de zanahoria

En una situación de secado de baja temperatura, se pasa sobre un lecho de zanahoria picada a razón de 20 kg de aire seco por segundo aire a 60 ° C y 10% RH. Si la velocidad de evaporación de agua de las zanahorias, medido por la tasa de cambio del peso de las zanahorias, es 0,16 kg s-1 estimar la temperatura y RH del aire dejando el secador.

Carta psicométrica Humedad del aire a 60 ° C y 10% RH= 0.013 kg kg-1.Agregado al aire en el secado de humedad= 0,16 kg a 20 kg de aire seco= 0.008 kg kg-1

Humedad del aire dejando secador= 0.013 + 0.008= 0.021 kg kg-1

Cálculo de tiempos de secado

las tasas de secado varían a lo largo de la secadora con tiempo como producto

secado y con el cambio de humedad del material. Por lo que la situación es complicada. Sin embargo, en muchos casos un enfoque simplificado puede proporcionar resultados útiles. Una simplificación es asumir que la temperatura y RH del aire secado son constantes.

En este caso, para el período de velocidad constante, el tiempo necesario para eliminar la cantidad de agua que reducirá el material de alimentos con el contenido de humedad crítica Xc (correspondiente al final del período de velocidad constante y a continuación que cae la tasa de secado) puede calcularse dividiendo esta cantidad de humedad por la tasa.

Así t = w (Xo - Xc) / (dw /dt) const.

Donde

const. (dw /dt) = k'gA(Ys-Ya)

Xo = Contenido de humedad inicial Xc = El final contenido en humedad (el contenido de humedad crítico en este caso) ambas en secow = Cantidad de materia seca de los alimentos (dw/dt) const = Velocidad constante de secado.

Donde la tasa de secado se reduce por un factor f, entonces esto puede incorporarse a dar:

DT = w (DX) / f (dw /dt) const.

y esto tiene que integrarse poco a poco hasta X = Xf donde f subíndice denota el contenido final de agua, y f expresa la proporción de la tasa real de secado a la máxima tasa correspondiente a la situación de humedad de la superficie libre de secado.

Ejemplo 17. Tiempo de secado a velocidad constante por aire

100 kg de materia comestible se secan de un contenido de agua inicial de 80% por vía húmeda y con una superficie de 12 m2. Estimar el tiempo necesario para secar a contenido de humedad del 50% por vía húmeda, suponiendo constante tasa de secado en el aire a una temperatura de 120 ° C de bulbo seco y bulbo húmedo de 50 ° C.En las condiciones en la secadora, mediciones indican el coeficiente de transferencia de calor a la superficie de alimentos desde el aire a ser 18 Jm -2s-1

°C-1.

De los datos

XO = 0,8 /(1-0.8) = 4 kg kg-1,XF = 0.5 /(1-0.5) = kg 1 kg-1,

y de la carta psicométrica, Ys = 0.087 y Ya = 0,054 kg kg-1

Desde el k'g de relación Lewis = 18 g m-2 s-1 = 0,018 kg m-2

w = 100(1-0.8) = 20 kg

Ahora tenemos const. (dw /dt) = k'gA(Ys-Ya)y así t = w (Xo - Xf) / [k'gA(Ys-Ya)]

t = 20(4-1) / [0.018 x *12 (0.087 - 0,054)]= 8417 s= 2,3 h (para quitar 60 kg de agua).

SECADO POR CONDUCCIÓN

Otros métodos de secado que se encuentran muy comúnmente son secado por contacto con una superficie caliente; una versión continua de esto es el tambor o rodillo secador donde la comida está recubierta como una pasta fina sobre la superficie de girar lentamente calienta cilindro horizontal. En tal caso, la comida seca por tanto de una revolución del cilindro como es mecánicamente viable, después de lo que es raspada fuera y sustituido por material fresco húmedo.La cantidad de secado sustancialmente es controlada por la velocidad de transferencia de calor y las estimaciones de la tasa de transferencia de calor pueden utilizarse para el cálculo del grado de secado.

EJEMPLO 7.19. Contenido de humedad de los alimentos de desayuno después del secado de tambor

Se utiliza un tambor secador para secar alimentos basados en almidón desayuno. El contenido de humedad inicial de los alimentos es 75% por vía húmeda, la temperatura de la superficie de tambor es 138 ° C y la comida de la capa exterior superficie 100 ° C. El coeficiente de transferencia de calor estimada desde la superficie del tambor para el secado de alimentos es 800 J m-2 s-1 °C-1.

Se supone: que el grosor de los alimentos en el tambor es de 0,3 mm la conductividad térmica de los alimentos es 0,55 jm-1s-1 °C-1. Si el tambor, 1 m de diámetro y 1 m de longitud, está rotando en 2min y

la comida ocupa a tres cuartas partes de la circunferencia. Asumir el contenido de humedad crítico para el material de alimentación

es del 14% en seco, y que la transferencia de calor de conducción es a través del espesor de la película entera para dar una estimación conservadora.

Humedad inicial = 75% húmeda= 0.75/(1 -0.75)= 3 kg -1 kg base seca.

Cantidad total de material en tambor

= (p x d x 3/4) x 1 x 0.0003 m3

= p x 1 x 3/4 x 1 x 0.0003= 7,1 x 10-4 m3.

Suponiendo una densidad de la pasta alimentaria de 1000 kg m3

Peso en tambor = 7.1 x 10-4 x 103

= 0,71 kg.

Total resistencia a la transferencia de calor, 1/U

= 1/800 + 0.0003/0.55= 1,25 x 10-3 + 0,55 x 10-3= 1,8 x 10-3Por lo tanto

U = 556 Jm-2s-1° C-1

q = UA DT= 556 x p x d x 1 x 0,75 (138-100)= kJ 49,8 s-1.Calor latente de evaporación de agua= 2257 kJ kg-1

Tasa de evaporación = q/l= 0.022 kg s-1.

Tiempo de permanencia de los alimentos en tambor: a rev 2 min

1 revolución lleva 30s, pero el material es para rev ¾.

Tiempo de residencia = (3/4) x 30= 22,5 s.

Agua eliminado = 22,5 x 0,022= 0.495 kg.Inicial de la cantidad de agua = 0.71 x 0,75= 0.53 kgy secar sólidos = 0.71 x 0,25= 0,18 kg.

Aguas residuales = (0.53 - 0.495)= 0.035 kg.

Contenido de agua (húmeda) restante= 0.035/(0.18 + 0.035)= 16%

EQUIPOS DE SECADO

Los principios del secado pueden aplicarse a cualquier tipo de secador, pero debe ayudar a la comprensión de estos principios si se describen algunos tipos comunes de secadoras.

El principal problema en cálculos sobre secadoras reales es que las condiciones cambian como el aire de secado y los sólidos de secado moverse a lo largo de la secadora en una secadora continua o cambian con el tiempo en el lote secador.Secadoras de bandeja

En los secadores de bandeja, la comida es esparcida, generalmente muy finamente, en bandejas que el secado lleva a cabo. Calefacción puede ser por una corriente de aire barrido a través de las bandejas, por conducción desde bandejas climatizadas o calienta estantes en que se encuentran las bandejas, o por la radiación de superficies calientes. Secadoras de bandeja la mayoría son calentados por vía aérea, que también elimina los vapores húmedos.

Secadores de túnel

Estos pueden considerarse como la evolución de la bandeja del horno, en el que se mueven las bandejas de carros a través de un túnel donde se aplica el calor y los vapores eliminan. En la mayoría de los casos, se utiliza el aire en el túnel de secado y el material puede moverse a través de la secadora paralelo o contador actual para el flujo de aire. A veces son hacia las secadoras y flujo cruzado.

Rodillos o secadores de tambor

En estos alimentos se extiende sobre la superficie de un tambor climatizada. El tambor gira, con la comida que se aplica al tambor en una parte del ciclo. El alimento permanece en la superficie del tambor de la mayor parte de la rotación, tiempo durante el cual el secado lleva a cabo y luego es rascado fuera. Tambor de secado puede considerarse como conducción de secado.

Secadores de lecho fluidizado

En un secador de lecho fluidizado, el material de alimentación se mantiene suspendido contra la gravedad en una corriente de aire que fluye hacia arriba. También puede haber un flujo de aire horizontal ayudando para transmitir los

alimentos a través de la secadora. El calor se transfiere desde el aire el material de alimentos, principalmente por convección.

Secadores de spray

En un spray secador, líquido o bien material sólido en una mezcla se rocía en forma de una dispersión de gotas finas en una corriente de aire caliente. Aire y sólidos pueden mover en paralelo o a contracorriente. Secado ocurre muy rápidamente, para que este proceso es muy útil para los materiales que están dañados por la exposición al calor de una apreciable cantidad de tiempo. El cuerpo del secador es grande por lo que las partículas pueden instalarse, como seca, sin tocar las paredes que de lo contrario podría pegarse. Secadoras comerciales pueden ser muy grandes de 10 m de diámetro y 20 metros de altura.

Secadores neumáticos

En un secador neumático, las partículas de alimentos sólidos son trasladadas rápidamente en una corriente de aire, la velocidad y la turbulencia de la corriente mantener las partículas en suspensión. Aire caliente logra el secado y a menudo algún tipo de dispositivo de clasificación está incluido en el equipo. En el clasificador, se separa el material seco, el material seco se desmaya como producto y el resto húmedo es recirculado para secado aún más.

Secadoras rotativas

El alimento está contenido en un cilindro de inclinación horizontal a través del cual viaja, calentando por flujo de aire a través del cilindro o por conducción de calor desde las paredes del cilindro. En algunos casos, el cilindro gira y en otros el cilindro es estacionario.

Secadoras de abrevadero

Los materiales que se secan están contenidos en una forma de depresión transportadora, hecha de malla, y es inyectado aire a través de la cama de material. El movimiento de la cinta transportadora se vuelve continuamente sobre el material, exponiendo nuevas superficies al aire caliente.

Secadoras de bin

En los secadores de bin, producto alimenticio está contenido en una bandeja con un fondo perforado a través del cual aire caliente es soplado verticalmente hacia arriba, pasando por el material.

Secadoras de cinturón

La comida se extiende como una capa delgada sobre una malla horizontal o cinturón sólido y aire pasa a través o sobre el material. En la mayoría de los casos el cinturón está en movimiento, aunque en algunos diseños el cinturón es estacionario y el material es transportado por raspadores.

Secadores de vacío

Secadores de lote vacío sustancialmente son las mismas que secadores de bandeja, excepto que operan bajo un vacío, y la transferencia de calor es en gran medida por conducción o radiación. Las bandejas están encerradas en un gabinete grande, que es evacuado. Generalmente se condensa el vapor de agua producido, por lo que las bombas de vacío sólo debe ocuparse de gases no condensable

Secadoras por congelación

El material se maneja en estantes o cinturones en una cámara que está bajo alto vacío. En la mayoría de los casos, la comida es congelada antes de ser cargado en la secadora. El calor se transfiere a los alimentos por conducción o radiación y el vapor es eliminado por bomba de vacío y luego condensado. En un proceso, teniendo en cuenta el nombre de congelación acelerada secado, es la transferencia de calor por conducción; hojas de metal expandido se insertan entre los productos alimenticios y transferencia de placas climatizadas para mejorar el calor a las superficies irregulares y eliminación de humedad.

Figura 8 secadores (a)

Figura 8 secadores (b)

PÉRDIDA DE HUMEDAD EN CONGELADORES Y REFRIGERADORES

Cuando una superficie húmeda es enfriada por un flujo de aire, y si el aire es insaturado, agua se evapore desde la superficie al aire. Esto contribuye a la transferencia de calor, pero un efecto más importante es disminuir el peso del producto alimenticio por la cantidad de agua eliminado.La pérdida de peso puede tener graves consecuencias económicas, desde alimentos más a menudo se vendieron por peso, y también en muchos alimentos la pérdida de humedad puede resultar en un aspecto menos atractivo superficial.

Para minimizar estas pérdidas de peso, la humedad del aire en congeladores, refrigeradores y tiendas y la tasa de refrigeración y congelación, debe ser tan alta como sea posible. La gran superficie significa que la demanda de refrigeración puede lograrse con una caída de temperatura del aire pequeñas. Esto puede verse en la ecuación estándar

q = UA DT

Para q fijo (determinado por la demanda de refrigeración) y fijo U (determinado por el diseño del congelador) un mayor significará un DT menor y viceversa. Desde el aire dejando las bobinas va ser casi saturado con vapor de agua como deja, cuanto mayor sea el DT el frío el aire en este momento, y el secador se vuelve. El secador se convierte en (el inferior el RH) cuanto mayor sea su capacidad para absorber agua del producto. Por lo que un DT bajo disminuye el efecto de secado.