El Secado en la Agroindustria

INTRODUCCION

Secado generalmente se refiere a la remocin de lquido de un slido por evaporacin.El secado es el proceso ms antiguo utilizado para la preservacin de alimentos, siendo uno de los mtodos ms comunes vigentes de mayor importancia en todos los sectores para la produccin de productos slidos.La deshidratacin de los alimentos es un proceso que involucra la transferencia de masa y energa. El entendimiento de estos dos mecanismos en el alimento a secar y el aire o gas de secado, asi como de las propiedades termo-fisicas, de equilibrio y transporte de ambos sistemas, son de vital importancia para modelar el proceso y disear el secador.Las operaciones de deshidratado son importantes en la industria de alimentos. El objetivo principal del secado de fruta es remover agua del solido hasta un nivel en donde el crecimiento microbiolgico y la deterioracin por reacciones qumicas sean minimizadas.

PROCESO DE SECADO

La gran variedad de alimentos deshidratado que hoy en da estn disponibles en el mercado como botanas, fruta deshidratada sopas, etc. Han despertado el inters sobre las especificaciones de calidad y conservacin de energa, enfatizando la necesidad del entendimiento de los procesos de secado.Cuando un slido hmedo es sometido a un proceso de secado, se presentan dos subprocesos:1. Transferencia de la humedad interna del solido hacia la superficie de este y si subsecuente evaporacin. El movimiento de la humedad dentro del solido es una funcin de la naturaleza fsica del slido, su temperatura y su contenido de humedad.

2. Transferencia de energa en forma de calor del ambiente que rodea al slido para evaporar la humedad de su superficie. Este segundo subproceso depende de las condiciones externas de temperatura, humedad y flujo de aire, presin, rea de exposicin y el tipo de secador empleado.En el proceso de secado, cualquiera de los dos subprocesos descritos puede ser el factor limitante que gobierne la velocidad del secador a pesar de que ambos subprocesos ocurren simultneamente durante el ciclo del secado.El comportamiento de los slidos en el secado, es medido como la perdida de humedad como una funcin del tiempo. Existen tres etapas en el proceso de secado como se observa en la Fig. 1 y en la Fig. 2: durante la primera etapa del secado, la velocidad de secado es uniforme, la vaporizacin empieza cuando el contenido de humedad en el slido llega a la superficie de este. Durante este periodo el paso controlante es la difusin del vapor de agua a travs de la interface humedad-aireCuando el contenido de humedad promedio ha alcanzado el contenido critico de humedad, significa que la capa de humedad de la superficie ha sido casi evaporada.

La segunda etapa, est formada por el periodo de secado de la superficie insaturada hasta lograr la completa evaporacin del lquido contenido en la superficie del slido. En la tercera etapa, el paso controlante es la velocidad a la que la humedad se mueve en el interior del slido como resultado de gradientes de concentracin, conforme la concentracin de humedad reduzca, la velocidad del movimiento interno de humedad disminuye, provocando que la velocidad de secado aumente hasta que el contenido de humedad llegue a un punto de equilibrio con la humedad del aire de secado, es aqu donde el proceso de secado terminaEl contenido final de humedad, determina el tiempo de secado y las condiciones requerida para el proceso de secado. Las restricciones de temperatura a la cual se lleva a cabo el proceso, resultan debido a la degradacin, decoloracin, manchado, flamabilidad (provocada principalmente por polvos) y otros factores que afectan al alimento.La sensibilidad trmica fija la temperatura mxima a la cual la sustancia o alimento puede ser expuesto en el tiempo de secado, esto se debe a que por ejemplo, muchos materiales higroscpicos se pudren durante el secado.La velocidad y uniformidad del secado, son dos factores importantes que afectan la calidad de proceso y evitan las perdidas fsicas, estructurales, qumicas y nutricionales del alimento.Un proceso de secado es ptimo es cuando el tiempo en el que se lleva a cabo es el mnimo, utilizando un mnimo de energa, lo cual est estrechamente relacionado con la eficiencia energtica del secador empleado.Con respecto a la frutas y vegetales, el secado puede lograr una reduccin en volumen de entre 75% y 85% dependiendo de la porosidad del alimento. Por esta razn, la importancia del secado en alimentos representa una disminucin en costos a la hora de transportarlos, adems de que su manejo es ms fcil ya que no es necesario invertir en procesos de refrigeracin o aadir conservadores para mantenerlos en buen estado antes de consumirlos. Lo que puede dar lugar a un incremento en los ingresos a la hora de comercializar productos secos.FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DEL SECADO1. Temperatura del aireLa temperatura desempea un papel importante en el proceso de secado. En forma general, conforme se incrementa su valor se acelera la eliminacin de humedad dentro de los lmites posibles. En la prctica del secado, la eleccin de la temperatura se lleva a cabo tomando e consideracin la especie que se vaya a someter al proceso.Existen diversos niveles de temperaturas que se mantienen durante el proceso tcnico de secado: Temperatura de bulbo seco: Es aquella del ambiente, se mide con instrumentacin ordinaria como un termmetro de mercurio.

Temperatura superficial: Es la de la especie a secar, generalmente se mide por medio de un sensor infrarrojo.

Temperatura de bulbo hmedo: Es la temperatura de equilibrio dinmico obtenida por una superficie de agua cuando la velocidad de transferencia de calor por conveccin, a la misma, es igual a la transferencia de masa que se aleja a la superficie.Durante el proceso de secado, se origina una gradiente de temperatura con respecto al espesor del material, mismo que tiende a disminuir conforme se reduce el contenido de humedad.2. Humedad Relativa del Aire.La humedad relativa del aire se define como la razn de la presin de vapor de agua presente en ese momento, con respecto a la presin de saturacin de vapor de agua a la misma temperatura. Generalmente, se expresa en porcentaje (%), a medida que se incrementa la temperatura del aire aumenta su capacidad de absorcin de humedad y viceversa.Cuando el aire contiene su mxima capacidad, se dice que se trata de un aire completamente saturado y por lo tanto incapaz de absorber ms humedad, por el contrario, un aire no saturado tiene la posibilidad de absorber una determinada humedad hasta lograr su saturacin.3. Velocidad del aire.La velocidad del aire dentro del secador tiene como funciones principales, en primer lugar, transmitir la energa requerida para calentar el agua contenida en el material facilitando su evaporacin, y en segundo lugar, transportar la humedad saliente del material.La capa limite que existen entre el material a secar y el aire juega un papel importante en el secado. Cuanto menor sea el espesor de esta capa limite, ms rpida ser la remocin de humedad. La forma de la corriente del aire es importante para la velocidad, una corriente turbulenta es mucho ms eficaz que un laminar, pues la primera afecta en mayor capa limite y el aire.Durante las primeras etapas del secado, la velocidad del aire desempea un papel muy importante, sobre todo cuando el material contiene un alto contenido de humedad. A mayor velocidad, mayor ser la tasa de evaporacin y menor el tiempo de secado y viceversa, si la velocidad del aire disminuye la tasa de evaporacin disminuye y el tiempo de secado aumente. Por tal razn, para asegurar un secado rpido y uniforme es indispensable una circulacin del aire fuerte y regular.Las ventajas de velocidades altas de aire, disminuyen en cuanto mayor es el espesor del material, menor el contenido de humedad inicial y la temperatura del bulbo seco inicial.En la prctica, la economa del proceso determina la velocidad del aire. Se utilizan velocidades mayores a 3 m/s solo en casos excepcionales (material muy hmedo), pero en general, la velocidad se considera entre de 2 m/s a 3 m/s. en algunos casos, es recomendable utilizar velocidades de secado altas al inicio del proceso de secado, pero a medida que disminuye la humedad se sugiere disminuir la velocidad. Lo anterior es posible si se cuenta con ventiladores de velocidad variable.

CLASIFICACION DE LOS SECADORESDebido a que la humedad es uno de los factores que contribuyen seriamente a la descomposicin de alimentos, se han diseado secadores orientados al secado de cierto tipo de alimentos. Por ejemplo: granos, polvos, carnes, frutas y vegetales, entre otros.Dichos dispositivos constan con las caractersticas necesarias para lograr el secado ptimo.La clasificacin para los secadores es muy amplia, sin embargo, la ms general esta dada por el mtodo con el que se lleva a cabo la transferencia de calor, que puede ser:a) Conveccinb) Conduccionc) Radiacin

Su vez, se subdividen de acuerdo al tipo de contenedor del secador: charolas, tambor, tnel, aspersin, etc.1. Secadores por Conveccin.Los secadores cuya transferencia de calor es por conveccin son utilizados para secar partculas y alimentos en forma laminar o en pasta. El calor se suministra a travs de aire caliente o gas, el cual fluye sobre la superficie del slido. El aire, los gases inertes, el vapor sobrecalentado, o gases de combustin directa pueden ser utilizadas en sistemas de secado convectivos.Algunos ejemplos de secadores convectivos o directos son:1. Secadores en bandejas o charolas: funciona mediante un ventilador que recircula aire calentado con vapor paralelamente sobre la superficie de las charolas, tambin puede usar calor elctrico.2.Secadores de tnel: suelen ser comportamientos de bandejas que operan en serie en donde las bandejas se desplazan continuamente por un tnel con gases calientes que pasan sobre la superficie de cada bandeja. Un ventilador extrae cierta cantidad de aire hacia la atmosfera.3.Secadores rotatorios: consta de un pequeo cilindro que gira sobre su eje con una ligera inclinacin. El calentamiento se lleva por contacto directo de gases caliente mediante un flujo a contracorriente, tambin puede ser a travs de pared calentada del cilindro.4.Secadores por aspersin: un lquido se atomiza o roca en una corriente de gas caliente para obtener una lluvia de gotas finas. El gua se evapora de dichas gotas con rapidez y se obtienen partculas secas de solido que se separan de la corriente a gas. Las partculas obtenidas son porosas y ligeras.2. Secadores por Conduccin.Los secadores por conduccin o indirectos son apropiados para productos de poco espesor o para solidos con alto grado de humedad. El calor para evaporacin se suministra a travs de superficies calientes (estticas o en movimiento)Algunos ejemplos de secadores indirectos son:1. Secadores de tambor: consta de un tambor de metal calentado que gira, en cuyo interior se evapora una capa delgada de lquido o suspensin hasta secar, despus se raspa el slido seco.2.Secadores indirectos al vaco con anaqueles: es un gabinete cerrado con bandejas o anaqueles que operan al vaco. El calor se conduce a travs de las paredes metlicas y por radiacin entre los anaqueles. Se usa principalmente para materiales sensibles a la temperatura o que se oxiden fcilmente.3. Secadores por RadiacinEl secado por radiacin se lleva a cabo mediante radiacin electromagntica cuya longitud de onda se encuentra dentro del rango de espectro solar y microondas.1. Secadores solares: est formado principalmente por un gabinete cubierto cuya tapa consta de un material translucido que deja pasar los rayos del sol, de esta manera se utiliza la energa de los rayos en forma de calor para lograr la evaporacin de la humedad del slido. Sin embargo, el funcionamiento de este secador depende de las condiciones climticas y los tiempos de secado suelen ser largos, adems de tener una capacidad de produccin pequea, aun cuando se trabaje en equipo.El desempeo de un secador se puede definir de acuerdo a su capacidad o efectividad energtica. La tasa de humedad extrada (MER, kilogramos de humedad removida por hora) indica la capacidad del secador. La tasa de extraccin de humedad especfica (SMER, kilogramos de humedad removida por kilowatt-hora) define la efectividad de la energa usada en el proceso de secado)

4. Secadores con bomba de calor.Los secadores con bomba de calor son la coexistencia de dos sistemas ingenieriles: la bomba de calor y el secador.El desarrollo en la tecnologa del secado ha estimulado la necesidad de ahorrar energa, producir alimentos con mejor calidad demandados por el consumidor y minimizar el impacto ambiental.Un mejor entendimiento del efecto de las condiciones de secado en la calidad del producto y el consumo de energa del equipo ha impulsado el manejo de los secadores con bomba de calor para diversas aplicaciones de secado.Los secadores con bomba de calor permiten un proceso energticamente eficiente, proporcionando calor al sistema y recuperndolo a travs del funcionamiento interno de la bomba de calor.Las ventajas que ofrecen este tipo de secador son:1. Eficiencias energticas altas con recuperacin de calor, resultando un consumo mnimo por unidad de agua removida.2.Mejor calidad del producto mediante el control de temperatura.3.Un amplio rango de condiciones de secado que va desde -20 C a 100 C (con calentamiento auxiliar) y humedades relativas desde 15% a 80%Las desventajas son:1. Uso de clorofluorcarbonados (CFCs) en el ciclo refrigerante, los cuales no son ambientes amistosos.2.Requiere mantenimiento regular de los componentes (compresor, filtros de refrigerante, evaporador, etc) y cambio de refrigerante.3.Control de proceso y diseo.4.Temperaturas de secado limitantes.Los estudios realizados con anterioridad en bsqueda de mejorar los procesos de secado han dejado notar que los secadores con bomba de calor debido a su capacidad de convertir el calor latente de condensacin en calor sensible son una buena opcin para lograr el secado adecuado de la mayora de alimentos.

Bomba de calorLas bombas de calor son mquinas que tienen la capacidad de extraer calor de una fuente energtica natural, aire, agua, etc., es decir, toma energa a baja temperatura para despus por medio de trabajo aumentar la temperatura y ceder energa que puede ser utilizado en un proceso determinado. Tambin puede utilizarse como medio de enfriamiento.Los componentes de este dispositivo sin: un evaporador, un compresor, un condensador y una vlvula de expansin, conectados en un circuito cerrado por el que circula un fluido refrigerante. El vapor y el condensador son los intercambiadores de calor que recuperan el calor y reducen el consumo de energa del proceso al que este adaptado dicha bomba de calor.Existen bombas de calor elctricas, en donde el compresor es accionado por un motor elctrico y bombas de calor con motor trmico, cuyo compresor es accionado mediante un motor de combustin, alimentado con gas o con un combustible lquido.El fluido utilizado en la bomba de calor, es bien conocido como refrigerante, los que generalmente son utilizados son los llamados R22 y R12, lo que permite lograr temperaturas de hasta 70 C. tambin suele utilizarse R14 que puede elevar temperaturas hasta de 110 C, sin embargo, este fluido no es muy empleado.El funcionamiento de la bomba de calor es a travs de un ciclo de comprensin de vapor, como comnmente funcionan los sistemas de refrigeracin. El ciclo consiste en cuatro etapas:1. Comprensin: el refrigerante como gas a baja presin se comprime, aumentando la presin haciendo uso de trabajo mecnico. Termodinmicamente existe un incremento de temperatura acompaado al aumento de presin.2.Condensacin: el gas de alta presin es enfriado por aire o agua del alrededor, condensndose en un lquido con alta presin.3.Expansin: el lquido a alta presin fluye a travs de un orificio en la vlvula de expansin, reducindose la presin (una pequea friccin de lquido se convierte a gas debido a la reduccin de presin).4.Evaporacin: el lquido a baja presin absorbe calor del aire o agua en su alrededor convirtindose a gas. El gas a baja presin regresa al compresor y el proceso se repite.

La temperatura del evaporador y el condensador es un factor importante para el buen funcionamiento de la bomba de calor. En el caso del evaporador, si el caudal del aire o agua (fuente a la que se extraer el calor) disminuye, la presin en el evaporador disminuye o que provoca una disminucin en la temperatura de evaporacin y por lo tanto menor gasto del refrigerante, esto se debe al mayor volumen especifico del refrigerante y a la menor eficiencia volumtrica del compresor. Para el condensador, la presin y la temperatura aumentaran lo que permitir un menor gasto de refrigerante al disminuir el caudal de air, debido en su mayor parte a la disminucin del rendimiento volumtrico del compresor al aumentar la relacin de compresin.La eficiencia energtica de una bomba de calor est definida por el coeficiente de funcionamiento (COP) que est dado por:

Donde el calor absorbido a temperatura baja (calor cedido por condensador) es la suma del calor extrado del medio (a travs del evaporador) ms el trabajo suministrado por el compresor.El costo de operacin de la instalacin de una bomba de calor corresponde al costo de energa elctrica necesaria para que trabaje el compresor. Si la unidad tiene un coeficiente de desempeo Qc / W = 4, el calor disponible para calentar QH es igual a cinco veces el consumo de energa del compresor. Cualquier ventaja econmica de la bomba de calor como dispositivo de calentamiento depende del costo de la electricidad, en comparacin con el costo de combustibles tales como petrleo y gas natural. UNFV | FIIS | EPIAPgina | 10