secado2
TRANSCRIPT
-
8/22/2019 SECADO2
1/117
1
SECADO
La operacin del secado podemos definirla como la eliminacin de humedad de
una sustancia o material bajo condiciones controladas de operacin.
En la prctica, la humedad es como tanta frecuencia agua y el gas con tanta
frecuencia aire que esta combinacin proporcionar las bases para la mayor parte de
este anlisis.
EQUILIBRIO
El grado de presin de vapor que ejerce la humedad contenida en un slido
hmedo o en una solucin lquida depende de la naturaleza de la humedad, la
naturaleza del slido y la temperatura en proceso de secado, si un slido hmedo se
expone a un aire o gas fresco el cual contiene una presin parcial dada de vapor, p , el
slido o bien ganar o perder humedad por evaporacin hasta que la presin de vapor
de la humedad del slido sea igual a p , la humedad contenida en el slido se le
conoce como humedad en el equilibrio.(McCabe, 1996; Treyval,1988)
En las siguientes figuras (Figura 1 y 2) representamos relaciones tpicas de
humedad en el equilibrio para algunos materiales las cuales se obtienen de graficar la
humedad relativa contra contenidos de humedad en el slido.
-
8/22/2019 SECADO2
2/117
2
Figura 1. Contenido de agua en el equilibrio de algunos slidos comunes aproximadamente23 C (International Critical Tables, vol. 2, pp. 322-325, con permiso).
-
8/22/2019 SECADO2
3/117
3
Figura 2. Contenido de agua en el equilibrio de una pulpa de sulfito; muestra histresis
[(seborg:Ind.Eng. Chem., 29,160 (1937)]
-
8/22/2019 SECADO2
4/117
4
Si consideramos la curva de madera, cuyo contenido inicial de humedad de acuerdo a
las siguientes grficas (Figura 1) es de Kgs.s.OKg. 230 y se expone a una corriente
continua de aire de 0.6 de humedad relativa, la madera perder humedad hasta que
alcance finalmente el equilibrio (punto A), si este material es expuesto por periodos
grandes de tiempo, no se provocaran perdidas de humedad adicionales. En esta misma
curva se muestra el punto B, este punto corresponde a una humedad que ejerce una
presin de vapor menor que la del agua pura. A esta se le denomina agua libre
(Treyval, 1988).
DEFINICIONES
Agua l igada
Es una agua que se encuentra contenida en el slido, combinada qumicamente
con algunos compuestos o absorbida, por lo tanto, esta ejercer una presin de vapor
en el equilibrio menor que la del lquido puro a la misma temperatura.
Contenido de humedad, en base hmeda.
El contenido de humedad de un slido o solucin generalmente se describe en
funcin del porcentaje en peso de humedad; a menos que se indique otra cosa, se
sobre entiende que est expresado en base hmeda, es decir, como:
.1100100sec100 XXkghumedadokgslidokghumedadmedokgslidohkghumedad
Contenido de humedad, base seca. Se expresa como: .sec Xokgslidokghumedad
Porcentaje de humedad, base seca = 100X.
100humedadkgsecoslidokghumedadkg100hmedoslidokghumedadkg
-
8/22/2019 SECADO2
5/117
5
Humedad en el equilibrio X :
Es el contenido de una humedad de una sustancia que est en el equilibrio con
una presin parcial dada del vapor.
Humedad ligada:
Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presin de
vapor en equilibrio menor que la del lquido puro a la misma temperatura.
Humedad no ligada:
Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presin de
vapor en equilibrio igual a la del lquido puro a la misma temperatura.
Humedad libre:
La humedad libre es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la
humedad en equilibrio: XX . Slo puede evaporarse la humedad libre; el contenido
de humedad libre de un slido depende de la concentracin del vapor en el gas.
En estas relaciones se muestran en forma grfica en la figura 3, para un slido con un
contenido de humedad X expuesto a un gas de humedad relativa A.
-
8/22/2019 SECADO2
6/117
6
Figura 3. Tipos de humedad
-
8/22/2019 SECADO2
7/117
7
MECANISMOS DE SECADO
Como se mencion anteriormente, la humedad en el slido puede estar libre o
ligada. La humedad libre puede ser removida por dos mtodos:
(1) Evaporacin
Esta ocurre cuando la presin de vapor de la humedad en la superficie del slido
es igual a la presin atmosfrica. Lo anterior es provocado por una elevacin. Esta
clase de fenmenos ocurre en secadores de rodillos.
Si el material que esta deshidratndose es sensitivo al calor, entonces la
temperatura a la cual la evaporacin ocurre, esto es el punto de ebullicin, deber ser
disminuida mediante una disminucin del punto de ebullicin. (Evaporacin por vaco).
Si la presin es disminuida abajo del punto triple, entonces no existe fase lquida y la
humedad en el producto es congelada. La adicin de calor causar la sublimacin del
hielo pasando el agua a vapor, como es el caso del secado por liofilizacin.
(2) Vaporizacin.
Este es llevado a cabo en procesos de conveccin, esto es por pasar el aire
caliente sobre el producto. El aire es enfriado por el producto y la humedad es
transferida al aire y arrastrada. En este caso la presin de vapor de saturacin de la
humedad sobre el slido es menor que la presin atmosfrica.
Une necesidad preliminar para la seleccin de un secador adecuado, con diseo
y tamao funcional es determinar las caractersticas de secado. As como cierta
informacin respecto a las caractersticas del manejo del slido, la humedad de
equilibrio del slido y la sensibilidad del material a la temperatura.
-
8/22/2019 SECADO2
8/117
8
El comportamiento del secado de slidos puede ser caracterizado por medir la
perdida del contenido de humedad como una funcin del tiempo. Los mtodos usados
son diferencia de humedad, peso continuo y peso intermitente (Figura 6).
La Figura( 7 ) nos describe cualitativamente una curva de humedad como una
funcin del tiempo y una curva de velocidad de secado tpica de un producto
higroscpico se muestra en la Fig. (8 ).
Durante la primera etapa de secado, la velocidad de secado es constante, la
superficie del slido contiene agua libre, la vaporizacin ocurre en este lugar y el
material puede sufrir un encogimiento por el arrastre de la humedad. En esta etapa del
secado el paso que controla la velocidad es la difusin del vapor de agua a travs de
interfase (aire-agua). A lo largo del periodo de velocidad constante; la humedad ha sido
transportada a partir del interior del slido a la superficie por fuerzas capilares
manteniendo constante la velocidad de secado. Cuando el contenido de humedad
promedio ha alcanzado el contenido de humedad crtica, , la pelcula superficial de
la humedad ha sido reducida por la evaporacin y su exposicin a un sellado adicional
provocar reas secas en la superficie del slido, la velocidad del secado decrece,denominndose periodo de velocidad decreciente.
La primera parte del periodo de velocidad decreciente, corresponde a un periodo
de secado de superficie no saturada y puede constituirse de una o ms etapas.
-
8/22/2019 SECADO2
9/117
9
Figura 6. Equipo de Secado para pruebas de secado.
-
8/22/2019 SECADO2
10/117
10
Figura 7 . Curva de secado en equipo de secado por lotes de conveccin forzada.
-
8/22/2019 SECADO2
11/117
11
Figura 8 . Curva tpica de rapidez de secado, condiciones de secado constante.
-
8/22/2019 SECADO2
12/117
12
Esta etapa es llevada a cabo hasta que la pelcula superficial del lquido es
completamente evaporada. Esta parte de la curva puede desaparecer completamente o
esta puede constituir completamente el periodo de velocidad decreciente.
El secado continuo del material slido, generar que la velocidad a la cual la humedad
pueda moverse a travs del slido como un resultado de los gradientes de
concentracin % el interior y la superficie del slido ser el paso controlante del
proceso.
En este punto, la trasmisin de calor, consiste en transferir calor a la superficie y
transferir el calor al producto por conduccin. Debido a que el promedio de la
profundidad del nivel de la humedad se incrementa progresivamente y la conductividad
del calor de las zonas externas secas es muy pequea, la velocidad de secado es
incrementada influenciada por el calor por conduccin. Sin embargo, si el producto
seco tiene una densidad a granel relativamente acta, con cavidades de pequeos
volmenes entre poros pequeos el secado es determinado no tanto por conduccin
trmica sino mas bien por una alta resistencia a la difusin entre el producto. La
velocidad del secado es controlada por la difusin de humedad del interior a la
superficie y de la transferencia de masa a partir de la superficie. Durante esta etapa
alguna de la humedad enlazada por sorcin puede ser removida a medida que la
conduccin de humedad es disminuida por el secado, la velocidad de movimiento
interno decrece rpidamente, hasta que el contenido de humedad cae abajo del
contenido de humedad de equilibrio , y entonces el secado es detenido.
-
8/22/2019 SECADO2
13/117
13
PROCESO 2
CONDICIONES INTERNAS
Como resultado de la transferencia de calor al slido hmedo, un gradiente de
temperatura se desarrolla entre el slido mientras la evaporacin de la humedad ocurre
a partir de la superficie.
Esto produce una migracin de la humedad entre el slido a la superficie, lo cual ocurre
a travs de uno o ms mecanismos, denominados: Difusin flujo capilar y presin
interna generada por el encogimiento durante el secado y en el caso de secadores
indirectos (conduccin), a travs de una vaporizacin progresiva y recondensacin de
la humedad en la superficie expuesta.
La comprensin del movimiento interno de la humedad es importante cuando
este es el factor controlante, como ocurre despus del periodo de humedad crtico, enoperaciones de secado llevadas a cabo a bajos contenidos de humedad final.
Para este proceso o etapa, las variables tales como calidad del aire, la cual
normalmente realza la velocidad de evaporacin superficial, viene a ser menos
importante excepto que promueve altas velocidades de transferencia de calor siendo
necesario, largos tiempos de residencia y altas temperaturas ( dnde sea posible)
CONTENIDO DE HUMEDAD EN EL SLIDO
El contenido de humedad de un slido hmedo ejerce una presin de vapor, la
cual depender de la naturaleza de la humedad, de las caractersticas del slido y de la
temperatura.
-
8/22/2019 SECADO2
14/117
14
Cuando un slido hmedo se expone a una corriente de aire en forma continua,
pierde humedad hasta que la presin de vapor de la humedad del slido es igual a la
presin parcial de vapor en el gas. Cuando esto ocurre se dice que el slido y gas
estn en el equilibrio y el contenido de humedad del slido es llamado Contenido de
humedad en el equilibrio, bajo las condiciones que prevalecen. Una exposicin
adicional del slido a esta corriente de aire por largos periodos no trae perdidas de
humedad adicionales.
Los slidos pueden ser clasificados de la siguiente manera:
Capilares no higroscpicos medios porosos
En este apartado quedan clasificados: Arena, minerales pre-molidos, cristales no
higroscpicos, partculas de polymeros y algunas cermicas.
Los criterios de definicin son:
a) El espacio del poro se reconoce con facilidad.
El espacio del poro es llenado con lquido, si el medio poroso capilar es
completamente saturado y este es llenado con aire, cuando el medio se seca
completamente.
b) La cantidad de humedad ligada fsicamente es despreciable.
c) El medio no sufre encogimiento durante el secado.
-
8/22/2019 SECADO2
15/117
15
Medio porosos higroscpicos
Arcillas, madera y textiles.
Criterios empleados para su definicin:
1) El espacio del poro es fcilmente detectado.
2) Presentan grandes cantidades de lquido enlazado fsicamente.
3) El encogimiento ocurre a menudo en las etapas iniciales del secado.
Medio coloidales (no porosos)
J abn, polymeros (nylon), y varios productos alimenticios.
Criterios empleados para su definicin:
1) No presentan espacios de poros (evaporacin toma lugar en la superficie.)
2) El lquido est enlazado fsicamente.
-
8/22/2019 SECADO2
16/117
16
OPERACIONES DE SECADO
Las operaciones de secado pueden clasificarse en lotes o continuas.
Secado por lotes: Se caracteriza debido a que el material que va a ser
deshidratado permanece estacionario, mientras que el gas o aire fluye continuamente.
Secado continuo: En esta operacin tanto la sustancia que se va a secar, como
el gas pasa continuamente a travs del equipo.
El equipo de secado puede ser clasificado de acuerdo con el tipo de equipo y por la
naturaleza del proceso de secado. As tenemos las siguientes clasificaciones:
1) Mtodo de operacin (lotes o continua)
Secadores por lotes:
Los secadores se cargan con la sustancia la cual permanece en el equipo
hasta que se seca; entonces el secador se descarga y se vuelve a cargar con
un nuevo lote.
Secadores continuos:
Son los equipos que operan en estado continuo (existe carga continua al
equipo)
2) Forma de proporcionar el calor
-
8/22/2019 SECADO2
17/117
17
Secadores d irectos:
El calor se transfiere por el contacto directo de la sustancia con el gas
caliente, provocando una evaporacin.
Secador de calor indirecto:
El calor se transfiere independientemente del gas que se emplea, ya que
se emplea lamina o pared para transferir el calor.
Secadores mix tos:
3) Naturaleza de la sustancia que se va a secar:
Debido a la gran diversidad de materiales que existen los cuales podemos
sealar:
-Solucin -Polvos
-Suspensin -Slido flexible
-Lodo fluido -Materiales granulares
-Lodo denso
-Cristales
De ah que podemos seleccionar equipo con los usos especficos (de
acuerdo a la materia prima). La forma fsica impone las caractersticas del
secador.
-
8/22/2019 SECADO2
18/117
18
Clasificacin 1. Clasificacin y seleccin de secadores
.
-
8/22/2019 SECADO2
19/117
19
Clasificacin 2. Especificaciones tpicas para la seleccin
de secadores industr iales.
-
8/22/2019 SECADO2
20/117
20
Continuacin
-
8/22/2019 SECADO2
21/117
21
Clasificacin 3. Tiempos de exposicin de slidos al calor para diferentes secadores.
-
8/22/2019 SECADO2
22/117
Clasificacin 4. Seleccin de secadores contra el tipo de alimentacin al siste
-
8/22/2019 SECADO2
23/117
23
(.....)
CONCEPTOS BSICOS DE LA DESHIDRATACIN
Una de las consideraciones de gran importancia en los procesos de la deshidratacin
es el papel que juega el agua en la materia prima.
As tenemos que el agua se encuentra en un alimento de la siguiente forma:
Agua libre
Agua parcialmente ligada
Agua ligada
Esta puede ser removida con un cierto grado de dificultad durante el proceso de
deshidratacin, lo anterior es dependiente de la clasificacin en que se encuentre. Esta
informacin es de importancia, ya que la podemos correlacionar directamente con lacantidad de energa que debemos aplicar para removerla y dado que los requerimientos
energticos para la remocin del agua varan con el producto y con el tipo de agua, es
indispensable que para el diseo de equipos deshidratados se tomen en consideracin.
Durante el proceso de deshidratacin, el agua libre es removida inicialmente y evaporada
con facilidad, debido a que se encuentra retenida en los poros capilares.
Posteriormente pasamos a remover agua parcialmente ligada, en esta parte del proceso el
secado tiende a ser lento, debido a que las molculas de agua estn parcialmente ligadas a
otras (interaccin de molculas de agua mediante puentes de hidrgeno). La fase final del
proceso de secado se caracteriza bsicamente cuando no presenta variacin en el
contenido de humedad, debido a que el agua que tiene an el producto, se encuentra
enlazada con otros grupos qumicos que conforman parte de la composicin del alimento.
-
8/22/2019 SECADO2
24/117
24Lo anterior nos indica que los requerimientos de energa por remocin de humedad,
en los distintos estados del agua en un producto, depende bsicamente de:
- Tipo de producto- Estado en que se encuentra el agua en el producto.
Es importante considerar que en la medida en que el agua es removida del producto, se van
provocando una serie de cambios en la estructura y composicin del material, los cuales a
su vez tendrn influencia en la calidad del alimento terminado.
CURVAS DE SECADO
Las cuervas de secado son herramienta de gran utilidad para el procesador, porque
se muestra el comportamiento bajo condiciones especficas de trabajo que tienen y que
podra tener el material que se pretende deshidratar en proceso, de tal manera que el
procesador podra parar el secado del material en un tiempo determinado, que le permitiera
alcanzar los requerimientos de humedad en el producto.
Las curvas de secado son obtenidas a partir de los datos de los contenidos de
humedad por exposicin de las muestras hmedas sobre una corriente de aire.
La muestra a deshidratar es usualmente suspendida en un gabinete o ducto y es pasada a
travs de sta una corriente de aire de temperatura, humedad, velocidad constante con una
direccin del flujo aire especfica para deshidratar la muestra. El paso de la muestra es
registrado continuamente como una funcin del tiempo.
Los datos recopilados permiten calcular el contenido de humedad en base seca,
gssogW 2 o en base hmeda (Tabla 2).
Los datos contenidos de humedad contra el tiempo son graficadas como se muestra
en la Figura 1.
-
8/22/2019 SECADO2
25/117
25
-
8/22/2019 SECADO2
26/117
26
-
8/22/2019 SECADO2
27/117
27Se observa que la curva de secado muestra varios perodos o etapas de acuerdo al
comportamiento de la curva.
Esto es atribuido a las diferentes formas en las que se encuentra el agua en elmaterial que se est deshidratando.
La tendencia lineal que presenta la Figura 1 es debido a que en ese punto estamos
removiendo el agua libre que presenta el material, y debido a que se presenta un flujo
constante del interior del slido a la parte superficial, en esta parte del proceso, el material
se encontrar saturada en una mezcla vapor-lquido, por lo que la velocidad de remocin de
agua constante.
Posteriormente a este perodo se observa una curvatura, lo que indica que la
velocidad de remocin de humedad tiende a decrecer gradualmente, debido a que se ha
removido el agua libre, por lo que el proceso de secado est controlado bsicamente por la
evaporacin del agua de la parte interior de la muestra. A este perodo se le conoce como
perodo de velocidad decreciente.
FACTORES QUE AFECTAN AL SECADO
Cuando el material es contactado con el aire caliente o el medio de arrastre de
humedad, una serie de factores determinan la velocidad de evaporacin a partir de la
superficie del material, estos factores son:
- Temperatura del aire
- Humedad del aire
- Velocidad del aire
- Tamao y forma del material
- Direccin con flujo de aire
A continuacin se da una descripcin de cada uno de ellos.
-
8/22/2019 SECADO2
28/117
28
EFECTO DE LA TEMPERATURA
Sabemos que cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el medio decalentamiento (aire) y el material, siempre y cuando esta diferencia no sea extrema, de tal
forma que no altere el producto, ser mucho ms eficiente la eliminacin de agua del
material. Es importante sealar que cuando el medio de calentamiento es aire, la
temperatura del aire jugar un papel secundario en cierto punto del proceso, dependiendo
de la etapa en que se encuentre el proceso.
El efecto de la temperatura de secado a condiciones constantes de la temperatura de
bulbo hmedo (50C), velocidad del aire (4.01m/seg) y carga de material 7.33 kg/m2, en
papa en cubos, a diferentes temperaturas del secado 140F (60C); 150F (65.8C); 160F
(71C); 170F (77C), es mostrada en la Figura 3.
Se puede observar que la velocidad de secado para los distintos experimentos en la primera
del proceso es idntica para las distintas temperaturas (1.0 lb/lb slido seco.h), sin embargo
para rangos de baja humedad, la velocidad de secado fue sustancialmente ms grande a
altas temperaturas.
Para observar de una forma ms detallada el efecto de la temperatura del aire en el proceso
de secado a bajas humedades en el producto. Se llevaron a cabo experimentos de secado
de cubos de papas (parcialmente deshidratadas) con un contenido inicial de humedad
9.09%. A las temperaturas de 140F (60C); 158F (70C) y 176F (80C), manteniendo las
condiciones restantes constante (temperatura de bulbo hmedo y velocidad de aire)
-
8/22/2019 SECADO2
29/117
29
Figura 3. Efecto de la temperatura sobre el secado de cubos de papa
-
8/22/2019 SECADO2
30/117
30,lo anterior puede ser observado en la Figura 4.
Podemos observar que en este rango de humedad el secado es lento y el efecto del
enfriamiento por la evaporacin del agua es inapreciable, por lo tanto las piezas del material(fragmentos de papa) tienden a aproximarse a la temperatura del aire del proceso, por tanto
la redistribucin interna de la humedad, la cual es el factor determinante de la velocidad en
esta fase, es acelerada por la elevacin de la temperatura del material a deshidratar.
VELOCIDAD DEL AIRE
El aire adems de ser el medio de calentamiento para remover la humedad, arrastra
la mezcla agua-vapor (humedad) que se encuentra en la superficie del producto (perodo de
velocidad constante), evitando as la creacin de una atmsfera saturada.
En la Figura 5 se muestra las cinticas de secado para para en cubos, para cuatro distintas
velocidades de aire 400 ft/min (2.03m/seg); 600 ft/min (3.048/seg); 800 ft/min (4.064m/seg) y
1000 ft/min (5.08m/seg). Las charolas fueron cargadas con 7.33 kg/m2 y deshidratadas a
70C a una temperatura de bulbo hmedo de 15.5C.
Se puede observar que el comportamiento de las curvas de secado para las velocidades de
aire de 4.06 y 5.08m/seg fueron idnticos, mostrando diferencias con aquellas curvas que
fueron obtenidas a bajas velocidades, por otro lado podemos observar que se presentan
diferencias en las distintas curvas, cuando se tienen altos contenidos de humedad en el
producto (perodo de velocidad constante), siendo la velocidad no significativa para los bajos
contenidos de humedad.
Lo anterior nos permite concluir que: la velocidad del aire tiene un efecto importante en la
primera etapa del proceso del secado (perodo de velocidad constante), debido a que en
este punto estamos removiendo el agua libre que tiene el vegetal o el fruto, y adems
arrastra la mezcla vapor-lquido (humedad) que se encuentra en la parte superficial del
material.
-
8/22/2019 SECADO2
31/117
31
Figura 4. Efecto de la temperatura de aire sobre el secado de fragmentos de papa en rangosde baja humedad.
-
8/22/2019 SECADO2
32/117
32
Lo anterior nos permite concluir que: la velocidad del aire tiene un efecto importante
en la primera etapa del proceso del secado (perodo de velocidad constante), debido a queen este punto estamos removiendo el agua libre que tiene el vegetal o el fruto, y adems
arrastra la mezcla vapor-lquido (humedad) que se encuentra en la parte superficial del
material.
La velocidad del aire no tiene un efecto importante en la ltima etapa del proceso (perodo
de velocidad decreciente), debido a que la cantidad de agua que puede migrar a la parte
superficial es mnima, pues en este punto tenemos que el agua se encuentra ligada a otros
compuestos, por lo que es difcil de removerla, de ah que no sea importante tener
velocidades en esta etapa.
HUMEDAD DEL AIRE
La humedad del aire es importante, en el proceso de secado, ya que se puede tomar
como un ndice de eficacia de remocin de humedad, ya que cuanto menor sea la humedad
del aire, la velocidad de remocin de agua del producto ser mayor, ya que podr arrastrar y
retener la humedad que tiene el material en la parte superficial. Por otro lado si el contenido
de humedad del aire es elevado, la capacidad de remocin de humedad del producto ser
muy pobre, debido a que este se encuentra en condiciones de saturacin.
-
8/22/2019 SECADO2
33/117
33
Figura 5. Efecto de la velocidad del aire en el secado de papa.
-
8/22/2019 SECADO2
34/117
34AREA DE EXPOSICIN AL CALOR
Si el material a secar (frutas, vegetales, carne) lo dividimos en piezas ms pequeas
o capas ms delgadas con la finalidad de acelerar la trasmisin de calor y de masa; elsecado se llevar a cabo ms rpidamente por lo siguiente: una mayor rea de superficie
nos proporcionar una superficie de contacto con el aire mayor, por lo que podremos
remover con ms facilidad la humedad contenida del material que estemos deshidratando.
As mismo hay que sealar que para partculas ms pequeas la distancia que tendr que
recorrer el calor hacia el centro del alimento y la humedad que migra a al superficie tendr
que ser menor, por lo tanto el tiempo para bajar la humedad de producto hasta un valor ser
menor.
En la Figura 6 se representa el efecto del tamao de partcula sobre el
comportamiento de las curvas de secado. El material con el que se trabaj fue papa a cuatro
diferentes tamaos, stas fueron colocadas en charolas, las cuales fueron cargadas a
7.33kg/m2 y puestas a una velocidad de aire de 4.8m/seg, a una temperatura del aire de
calentamiento de 70C y de bulbo hmedo de 70C.
Se puede observar que las variaciones en los tamaos de partculas, pueden causar
cambios desproporcionados en el tiempo de secado; se puede detectar que la influencia en
el tamao de partcula en los fragmentos de papa, es mucho ms marcado a bajas
humedades.
Si comparamos las curvas para cubos de con cubos cortados en dos mitades
(1/4) a partir de un cubo entero, estaremos incrementado la superficie de contacto (33%),
por tanto la velocidad de secado tendr a ser ms grande para un cubo de que un cubo
de .
-
8/22/2019 SECADO2
35/117
35
Figura 6. Efecto del tamao de partcula sobre la prdida de humedad en el secado de
papa.
-
8/22/2019 SECADO2
36/117
36Por otro lado es importante sealar que las fases posteriores del secado (perodo
de velocidad decreciente), el espesor del material que est siendo deshidratado vendr a ser
el factor controlante. En la figura anterior podemos ver que a tamaos de partcula menoreslogramos el mismo contenido de humedad en tiempos de secados muchos ms corto, este
ndice es de importancia para aspectos de productividad y costos de operacin.
CARGA DEL MATERIAL HUMEDO
Este parmetro es importante ya que est directamente correlacionado con la
produccin.
En procesos de deshidratacin de frutas y vegetales estos materiales son cortados y
cargados en secadores de charolas o bandas contnuas con espesores de 1 a 4 pulgadas,
este espesor ser dependiente del tipo de equipo (de la ventilacin del secado y
temperatura) del material que se est deshidratando, ya que a altas profundidades se
deber tener mucho cuidado en el proceso, debido a que es mucho ms factible provocar
algunas alteraciones en el producto, por tanto este factor estar directamente
correlacionado con la velocidad, volumen, temperatura del aire y tiempos de resistencia
(tiempo que permanece el producto dentro del secador).
Con la finalidad de esquematizar el efecto de la carga del producto sobre la prdida
de humedad que se presenta en el producto, se muestra la Figura 7.
En este experimento se deshidrataron cubos de papa de , los cuales se distribuyeron en
mallas, pero con diferentes cargas por superficie: (4.88 kg/m2); (7.33kg/m2); (9.77kh/m2) y
(14.66kg/m2) a condiciones constantes de temperatura de aire 160F (71C), con una
temperatura de bulbo de hmedo de 38C y con una velocidad de aire de 4.08m/seg, se
puede observar que una disminucin en la carga del material a deshidratar por superficie,
-
8/22/2019 SECADO2
37/117
37
Figura 7. Efecto de carga en las parrillas sobre el secado en cubos de papa.
-
8/22/2019 SECADO2
38/117
38
nos incrementa la velocidad del secado del material en la primera fase del proceso, sin
embargo, para las etapas posteriores (perodo de velocidad decreciente), la velocidad delsecado tiende a igualarse, no siendo importante la carga. Se puede observar que para
contenidos de humedad de 0.06 lb lbo2 m.s. para las dos cargas extremas
experimentadas (14.60kg/m2 y 4.88 kg/m2), se tiene una diferencia en los tiempos de secado
de un 17% aproximadamente, para una relacin de cargas de 3:1. Este tipo de resultados
son de importancia en la toma de decisiones para incrementar la produccin sin elevar
demasiado los costos por incremento de los tiempos.
DISPOSICIN DEL MATERIAL CON RESPECTO AL A IRE DE SECADO
El aire puede contactarse con el material que est siendo deshidratado en diferentes
formas. Todo esto es dependiente del tipo de diseo del secador.De las formas tpicas de desplazamiento del aire con respecto al material que se va a
deshidratar es la corriente horizontal, la cual es recomendable cuando el material se
encuentre esperado en una sola capa en la parrilla o charola, a un espesor mayor (ms de
una capa de material) la eliminacin del agua ser muy ineficiente, debido al pobre contacto
que tiene el aire con el material que se est deshidratando.
Otra de las formas del desplazamiento del aire con respecto al material, es el de
corriente atravesadora, en tipo de movimiento del aire, es muy eficiente para una gran
variedad de productos granulados (vegetales, frutas), ya que el aire puede contactarse con
la mayor rea del producto que se est deshidratando, pudiendo algunos de los casos
provocar una suspensin del material en la corriente.
-
8/22/2019 SECADO2
39/117
39
EQUIPOS PARA LA DESHIDRATACIN DE FRUTAS Y HORTALIZAS
De manera general podemos considerar caractersticas de distintos secadores que
nos permiten seleccionar sistemas para la deshidratacin de algn material especfico
(Tabla 1 Apndice).
Dentro de las caractersticas sealadas en esta tabla, tenemos las velocidades de
evaporacin promedio aproximadas para productos bajo una clasificacin genrica (Dryer
handbook APV). Deberemos de tener en cuenta sin embargo, que las velocidades de
secado cariarn considerablemente debido a que los materiales a deshidratar presentan un
rango de variacin amplio, respecto a sus caractersticas fsicas y qumicas, aunado a lo
anterior, las condiciones de secado, tales como: temperatura y rangos de humedad en los
cuales el material tendr que ser secado, tendr un efecto bien definidos sobre la
evaporacin de agua. Si nosotros quisiramos seleccionar un secador para un proceso
especfico como consideracin primaria, debemos de plantearnos lo siguiente:
1. Si el material es lquido o slido, cul deber ser el equipo ms adecuado
desde el unto de vista mecnico, para procesar ese material?
2. La cantidad de material a procesar ser posible hacerlo en operaciones en
procesos batch o continuo?
3. A partir del conocimiento del producto que se deshidratar se seleccionar el
secador, el cual pueda manejar tanto el producto hmedo como el seco,
satisfactoriamente.
4. A partir del conocimiento de los requerimientos de evaporacin de agua ( masa
total del agua que deber ser evaporada por unidad de tiempo), nosotros
-
8/22/2019 SECADO2
40/117
40podemos con este parmetro estimar el tamao del secador o el tipo (Tabla
1, Apndice).
Estas consideraciones deben ser tomadas en cuenta para seleccionar un equipo, sinembargo es indispensable llevar a cabo un trabajo fundamentado de los mecanismos que
sigue el material cuando es deshidratado, para poder efectuar una recomendacin de algn
equipo especfico. Los mecanismos se refieren bsicamente a la realizacin de pruebas a
nivel planta piloto. Debemos remarcar que no es nicamente importante soportar una
recomendacin de algn equipo de deshidratacin bajo clculos tericos, sino ver tambin si
un secador especfico puede manejar satisfactoriamente un producto o una gama de stos.
En el anlisis final es esencial discutir la aplicacin del secador con la compaa
manufacturera o constructor, que deber tener facilidades para examinar alternativas
objetivas.
En esta seccin se describen algunos equipos que son empleados para la
deshidratacin de frutas y hortalizas, sealando las principales caractersticas.
SECADORES DE BANDEJAS Y COMPARTIMIENTOS.
Este tipo de equipos se constituyen de un recinto (cuarto) aislado (para evitar prdida
de calor), con un ventilador, quemador de gas o resistencias elctricas, parrillas o charolas
dnde se coloca el material. (Figura 14).
-
8/22/2019 SECADO2
41/117
41
El funcionamiento satisfactorio de este tipo de secadores depende un mantenimiento
de la temperatura constante a una velocidad del aire uniforme sobre el material que se seca
(2 a 5m/seg).
La eficiencia de estos equipos depende de gran manera de la capacidad del
ventilador, diseo de los ductos (para evitar cadas de presin muy bruscas) y de la
disposicin de las placas deflectoras. Este ltimo factor es muy importante, ya que la
corrientes de aire no es uniforme, siendo esto uno de los problemas ms graves que se
encuentran en el funcionamiento de los secadores.
Estos equipos pueden ser de bandejas en carretillas o bandejas fijas. En el primero
las bandejas se cargan en las carretillas, las cuales se empujan dentro del secador (las
carretillas llevan ruedas con pestaas que puedan sobre los carriles) y en el segundo las
bandejas se colocan directamente sobre bastidores fijos de barras del interior del secador.
Cuando se apilan las bandejas en las carretillas, deber quedar un espacio libre no
inferior a 4.0 cm entre el material de una bandeja o charola y el fondo de sta
inmediatamente encima. Las bandejas pueden estar perforadas par as suministrar una
superficie adicional de desecacin.
De acuerdo a la figura 14, el aire se introduce al sistema, debido a la puesta en
operacin del ventilador, este aire es mezclado con el aire que ya se contact con el material
que est siendo deshidratado. Una parte de este aire es descargado y otra es mezclada con
el fresco. La mezcla es pasada a travs de una unidad de calefaccin, para que el
ventilador las descargue a travs de un ducto, el cual contiene aletas giratorias, con la
-
8/22/2019 SECADO2
42/117
42finalidad de orientarlo hacia la cmara de pleno, esta disposicin nos permite mantener la
misma velocidad del aire a la entrada que en la parte ltima de la seccin, sta contiene
orificios regulables o placas.Estos equipos pueden aplicarse cuando las capacidades no excedan de 20 a 45 kg/h
de producto seco. Estos pueden aplicarse para secar cualquier material (frutas, hortalizas,
carne) su uso es limitado porque su funcionamiento es costoso.
SECADORES ATRAVESADORES CONTINUOS.
En este tipo de secadores (Figura 15), el producto o material a secar se carga
directamente sobre el tamiz transportador por medio de alimentadores esparcidores
adecuados, el aire se hace pasar a travs del material, basndose en el principio de hacer
pasar una corriente de aire caliente por medio de un ventilador a travs de una capa
permeable de material hmedo que pasa continuamente por el secador. Las velocidades de
secado son grandes, debido a las grandes reas expuestas al contacto con el aire y a la
corta distancia que tiene que recorrer la humedad interna.
-
8/22/2019 SECADO2
43/117
43Este tipo de equipos se emplea para material fibroso, floculentos o de granulado
grueso, se someten por lo general a la desecacin por circulacin atravesadora sin
necesidad de conformarlos. Dentro de las aplicaciones que pueden tener, son para eldeshidratado de cubos de fruta (manzana), cubos de pimientos, chile jalapeo, tomate,
zanahorias, apio.
SECADORES DE TUNEL
En el funcionamiento el material hmedo se carga en carretillas que circulan
progresivamente por el tnel poniendo el material en contacto con gases calientes. Cada
carretilla ocupa sucesivamente todos los lugares del tnel durante un perodo dado de
tiempo, resultando una operacin semicontinua. En algunas ocasiones se colocan cadenas,
las cuales sujetan desde el fondo a las carretillas, movindolas lentamente.
La circulacin del aire puede ser en corriente paralela o contracorriente.
Ap licac iones
Estos equipos pueden emplearse para cualquier tipo de material que pueda secarse
en los secadores de bandeja, nicamente que estos se emplean para deshidratar grandes
volmenes de materiales. Estos sistemas se aplican para el deshidratado de rutas, tales
-
8/22/2019 SECADO2
44/117
44como: rodajas de manzana, peras, durazno, higos, ciruelas pasa, etc. As mismo puede
emplearse para el deshidratado de algunos vegetales, tales como: chile rojo o chile pasado,
etc.
SECADORES DE BANDA TRANSPORTADORA
Estos secadores se pueden constituir por dos o tres bandas. En las dos primeras
bandas se pueden controlar al menos dos temperaturas distintas y en la ltima banda
generalmente se deja a una sola temperatura (Figura 17).
El aire que es el medio de calentamiento viene a ser pasado por intercambiadores de
calor para alcanzar una temperatura definida ( la cual es previamente establecida) El aire se
distribuye uniformemente en la banda mediante distribuidores de
-
8/22/2019 SECADO2
45/117
45
Aire, que son parrillas con pequeos orificios, estos se encuentran por debajo u por la parte
superior de la banda para obtener as un secado ms uniforme. La banda es de acero
inoxidable perforada que permite el paso del aire al material que se est deshidratando. Esta
cuenta con un sistema regulatorio de la velocidad de la misma.
El equipo consta tambin de dos zonas de transferencia del producto de una banda a
otra. As mismo consta de accesorios por seccin que evitan irregularidades en el secado.
Respecto al sistema de extraccin, estos equipos constan de cuatro extractores, dos en la
primera seccin y los otros dos se encuentran en la segunda zona.
Este sistema de extraccin es de importancia, ya que en la medida que el agua es
expulsada del alimento, en forma de vapor de agua ( primera seccin del secador), sta
tiene que ser retirado, pues de otra manera, la humedad creada en la superficie del alimento
puede crear una atmsfera saturada, que disminuirla, la eliminacin subsecuente del agua
en el material.
Este equipo consta de una serie de ventiladores que nos van a proporcionar el aire al
sistema.
-
8/22/2019 SECADO2
46/117
46Respecto al sistema regulatorio de altura de cama el equipo cuenta con unas
horquillas con la finalidad de uniformizar la cama o espesor de material a deshidratar en la
banda.
Funcionamiento.
La materia prima es alimentado a la primera banda del deshidratador, donde se le
controla el espesor por el sistema de regulacin de cama. Una vez que el producto entra a la
primera zona de la primera banda se expone con aire que entra por la parte inferior de la
banda a una temperatura elevada (120-115C), el aire se contacta u es absorbido por el
primer extractor, posteriormente el producto entra a la segunda zona. La primera banda
donde se contacta el material a deshidratar con un aire (100-90) que circula por la parte
superior atravesando la cama de producto. Este tipo de circulacin permite que el secado se
lleve a cabo uniformemente. Una vez que el producto sale de la primera banda, es
transferido a la segunda banda, donde se contacta con un aire de temperatura menor (85-
75C) de la misma forma en que se llev a cabo en la seccin anterior. Una vez que el
material sale de la segunda seccin es transferido a la ltima seccin, donde el aire se
mantiene a una temperatura constante (65C). Para ser descargado del sistema con un
contenido de humedad de un 10% como mximo.
Estos sistemas de deshidratacin tienen gran aplicacin para vegetales: Papas, chile,
pimientos, zanahorias, cebollas, ajo, tomate, etc., materiales granulados y frutas como:
mangos, manzana, pera.
-
8/22/2019 SECADO2
47/117
47SECADOR DE VAGONETA
Estos equipos se emplean nicamente con la finalidad de completar el secado de losmateriales a una humedad especfica. Este sistema se compone bsicamente de un carro o
vagoneta que tiene una malla perforada, donde el material es soportado, el aire es
suministrado por ventilador y pasado por un intercambiador de calor para elevar la
temperatura. Este se desplaza por una cmara de pleno distribuyndose uniformemente y
pasando a travs de los orificios de la malla para contactarse con el alimento, donde le
remueve la humedad remanente.
DEFINICIONES.
Contenido de humedad, en base hmeda: es el porcentaje en peso de humedad, es
decir: XXXhmedoKgmaterialKghumedad 1100100.
Contenido de humedad en base seca: Se expresa como:
XabasedehumedadXoKgslidoKghumedad 100sec,%sec
-
8/22/2019 SECADO2
48/117
48
Humedad en el equilibrio, :X se expresa como:osKgslidos
oKg
sec
2
(Esta se obtiene cuando la presin de vapor que produce la humedad del slido es igual
a la presin del vapor del agua en el ambiente a una temperatura especfica).
Humedad ligada: Es la humedad contenida en una sustancia que ejerce una PvP
agua pura a la misma temperatura.
Humedad libre: Es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la humedad
de equilibrio XX: , es decir slo evaporaremos humedad libre.
Las relaciones anteriores las podemos observar en la siguiente figura.
-
8/22/2019 SECADO2
49/117
49Ejemplo:
Un slido hmedo se va a secar de 75% a 10% de humedad, base hmeda. Calcular
la humedad que debe evaporarse por 1000 Kg de producto fresco. omaterialKgescomaterialfrKgomaterialKgLs sec.2501000*75.1000sec.
Humedad B. Seca (Inicial)
osslidosKgaguaKgX sec..375100
751
Humedad B. Seca (Final)
osslidosKgaguaKgX sec..111.010100
102
Agua evaporada 111.03.25021 sKgsXXLs
Agua Evaporada .25.722 Kg
OTRAS DEFINICIONES
Volumen hmedo: Es el volumen de masa del gas seco y de su vapor acompaante a latemperatura y presin dominante.
273
273141.22
1 1 g
t
AM
AB
T
PM
Y
M
Kg
M3
CtG
2MNpt
-
8/22/2019 SECADO2
50/117
50Este puede ser obtenido de la carta psicomtrica.
Calor Hmedo: , Cs,:Es el calor requerido para elevar la temperatura de la masa unitaria del gas y su
vapor acompaante en 1C a presin cte.
aBs CYCC1 ogasKg sec
Donde:
BC = Capacidad calorfica del gas.
AC = Capacidad calorfica de vapor.
1Y = Humedad absoluta
Entalpa, 1
1 - Entalpa de la mezcla por unidad de masa de gas seco.
11 YTTC OOGS
O = calor latente de A a OT (temperatura de referencia)
-
8/22/2019 SECADO2
51/117
51
100%secsec ndesaturaciosato
Para agua aire
aireCP BC KKg 11005 FBTU 1624.0
ovaporCp 2 AC KKg 11884 FCABTU
oH
032016
8.1075
2
Humedad absoluta:
Se define como la relacin masa de vapor / masa de gas.
asmasa
rmasadevapoKgBKgAY
deg
1
Humedad de saturacin:
Se logra cuando la mezcla gaseosa esta en equilibrio con el lquido a unatemperatura y presin especfica.
Presin de vapor
AT
A
PP
PY
% de saturacin 1001001
uracinhumedadsat
ualhumedadact
Y
Y
S
Humedad relativa:
100A
A
P
P
Punto de roco, T
Es la temperatura a la cual una mezcla vapor-gas se satura cuando se enfra a
presin total constante sin contacto con el lquido
-
8/22/2019 SECADO2
52/117
52
Determinar el % de recirculacin del aire y las condiciones del aire en las diferentes
partes del secador que se muestra en la figura inferior. El secador contiene 10 platosapilados. El espacio libre entre los platos es de 62 mm.; cada plato tiene una altura de 38
mm. con 1 mts. de ancho, teniendo una superficie total de secado de 14 m2.
El aire que entra a los platos (posicin 1 de la Figura) tiene una temperatura de bulbo
seco de 95C y una humedad de oaireKgaguaKg sec..05.0 el aire atmosfrico entra a 25 C
Con una humedad de oaireKgaguaKg sec..01.0 . La velocidad del aire sobre los platos en la
entrada a los platos va a ser 3 m/seg. El agua se pierde a un flujo constante de
..0075.0 2 segoKg
Salida
2 1
Flujo Flujo
Entrada
Flujo
3 4
-
8/22/2019 SECADO2
53/117
53
2
14.sup
1
062.062
10.
mA
mancho
mmmreEspacioLib
PlatosNo
Entrada a Platos Entrada a Secador
SKgA
OKgHH
CT
a
bs
.05.0
95
2
seg
mVelocidad
sKga
OKgHH
C
a
bs
3
.01.0
25
2
a la entrada de la cmara
Prdida del aguaS
OKgHx 2
3105.7
rea de Contacto = 2682.0111062.0 mmm
S
msmmQ
AVQ elocidad3
2 046.2/3682.0
A la Entrada de los Platos
..1248.1
1
15.368*082.0
18
05.0
29
1 3
sKga
mVH
s
sKga
sKgam
S
m
V
QyG
H
..8189.1
..1248.1
046.2
'3
3
-
8/22/2019 SECADO2
54/117
54
Balance de agua en los puntos 1 y 2 del secador
..09845.0
105.7..8189.1..
05.0
2
232
sKga
OKgHHa
SOKgHx
SsKga
sKgaOKgH
Se busca en tabla la Tbs considerando calentamiento adiabtico y
0.054
0.05
86C 95C
En el sistema no hay acumulacin o sea lo que entra o sale y Ventrando = Vsaliendo
Balance de materia en 2 y 3
SsKga
sKga
OKgHS
OKgHx
V..
1704.0
.01.0054.0
105.7
'2
23
Aire del Sistema en 3 y 4
SsKga
S
sKga
V
.
987.1
.
1704.0817.1'
% de Recirculacin
%91%100*987.1
817.1
-
8/22/2019 SECADO2
55/117
55
Aire Entrando en 2
..
066.22725010541.0861067.1
..1067.10541.088.1005.1
2sKga
KJE
KsKgaKJCS
Aire Fresco Entrando
Balance
aire fresco aire posicin 3
aire recirculado
332211 ''' VEVEVE
..649.215
..987.1..818.1..
605.50..1704.0066.227
3
3
sKga
KJH
SsKgaH
SsKga
sKgaKJ
SsKga
KgKJ
sKga
KJ
KsKga
KJE
sKKgaKJC
fresco
S
.605.50250101.025
..0238.1
.0238.101.088.1005.1
-
8/22/2019 SECADO2
56/117
56
CT
T
C
EE
T S
oo
59.72
1067.1
0541.02501649.215
3
3
3
3
MODELOS MATEMTICOS PARA LOS DISTINTOS PERIODOS DEL SECADO
Periodo de velocidad creciente.
Para este periodo se establece un equilibrio dinmico entre la velocidad de remocin
de vapor de agua y la velocidad de trasmisin de calor a partir de la superficie, este
equilibrio lo expresamos matemticamente mediante la siguiente ecuacin:
s
TsTahcAPaPsKgAasKgAd
dw
Donde:
d
dw= Velocidad de secado HoHKg 2.
A = rea de trasmisin de calor y evaporacin (M2)
-
8/22/2019 SECADO2
57/117
57
th =Coef. total de transferencia de calor ksMJ 2
= Calor latente de evaporacin KgJ
Kg = Coef. de transferencia de masa 2sMKgmasa
Ta = Temperatura del aire );;( kcOK
Ts = Temperatura de bulbo hmedo
El periodo de velocidad constante depende de los siguientes factores:
1. Coeficientes de trasmisin de calor o coeficientes de transferencia de
masa.
2. La superficie expuesta al medio empleado para la desecacin.
3. Diferencia entre la temperatura y la humedad entre las corrientes del
aire y la superficie hmeda del slido.
Periodo de velocidad decreciente
El periodo de velocidad decreciente se divide en dos zonas:
1. Zona de desecacin superficial no saturada
2. Zona en la cual rige la circulacin interna del lquido.
Mecanismos de circulacin interna del lquido para el periodo de velocidad
decreciente:
1. Difusin
2. Capilaridad
-
8/22/2019 SECADO2
58/117
583. Gradientes de presin debido a la contraccin.
Cuando la difusin del lquido rige o controla el periodo de velocidad decreciente,esta obedece a las mismas leyes fundamentales que la difusin de calor.
dD 2
Sherwood and Newman en 1931, adapta estas expresiones asumiendo algunas
consideraciones, desarrollando la siguiente ecuacin:
...25
19
182
225
2
29
2
2
2
cD
cD
cD
WW
WW
Cuando la difusin del lquido elige o controla el periodo de velocidad decreciente,
obedece a las mismas leyes fundamentales que la difusin de calor
Cuando la transferencia de masa es controlada por la difusin, esto es dado
cuando el vapor o lquido fluyen de acuerdo a la 2da ley de Fick, este establecimiento es para
un estado inestable.
dxD
2
Donde:
C = Conc. de uno de los componentes en una fase de 2 componentes
( A y B ).
-
8/22/2019 SECADO2
59/117
59 = Tiempo de difusin.
X = Distancia en la direccin de la difusin.
D = Difusividad binaria de la fase AB aplicada para slidos, lquidos.
Sherwood and Newmanen 1931, adaptan estas expresiones asumiendo que
existe una distribucin uniforme del o2 y que existe una conc. inicial de o2 de un valor
de cero una vez que se inicia el secado para el periodo de velocidad creciente.
Estas suposiciones nos permitieron desarrollar las siguientes expresiones:
...25
19
182
225
2
29
2
2
2
cD
cD
cD
WW
WW
Para la primera fase del periodo de velocidad decreciente, donde la velocidad es
creciente:
wcw
wwcK
ddw
d
dw= velocidad e secado al tiempo t sKsHKg ..
-
8/22/2019 SECADO2
60/117
60
-
8/22/2019 SECADO2
61/117
61
II COMPOSICIN DE FRUTAS Y HORTALIZAS
GENERALIDADES.
La composicin de las materias primas es de gran importancia para el procesamiento.
La composicin de las hortalizas y frutas tpicas se muestra en la Tabla 1. La
composicin de las hortalizas y frutas varan de acuerdo a las variedades y al grado de
madurez antes de la cosecha y las condiciones de madurez posterior progresiva despus de
la cosecha, la cual es fuertemente influenciada por las condiciones del almacenaje.
La mayora de las hortalizas y frutas son altas en agua, bajas en protenas y grasas y
para el caso de frutas contienen un alto contenido de carbohidratos.
El contenido de agua es por lo general mayor del 70% y frecuentemente mayor al
85%, el contenido de protenas no exceder del 3.5% y el de grasas del 0.5%. Tanto las
frutas como las hortalizas son fuente importante de carbohidratos digeribles y no digeribles.
Los carbohidratos digeribles son azcares y almidones que contienen las frutas y las
hortalizas, mientras que la celulosa, hemicelulosa vienen a ser las sustancias no digeribles,
stas son importantes para la digestin normal. As mismo es importante sealar que tanto
las frutas como las hortalizas son importantes en minerales y vitaminas A y C.
-
8/22/2019 SECADO2
62/117
62
-
8/22/2019 SECADO2
63/117
63
CONCEPTOS BSICOS DE LA DESHIDRATACIN
Una de las consideraciones de gran importancia en los procesos de la deshidratacin
es el papel que juega el agua en la materia prima.
As tenemos que el agua se encuentra en un alimento de la siguiente forma:
Agua libre
Agua parcialmente ligada
Agua ligada
Esta puede ser removida con un cierto grado de dificultad durante el proceso de
deshidratacin, lo anterior es dependiente de la clasificacin en que se encuentre. Esta
informacin es de importancia, ya que la podemos correlacionar directamente con la
cantidad de energa que debemos aplicar para removerla y dado que los requerimientos
energticos para la remocin del agua varan con el producto y con el tipo de agua, esindispensable que para el diseo de equipos deshidratados se tomen en consideracin.
Durante el proceso de deshidratacin, el agua libre es removida inicialmente y
evaporada con facilidad, debido a que se encuentra retenida en los poros capilares.
Posteriormente pasamos a remover agua parcialmente ligada, en esta parte del
proceso el secado tiende a ser lento, debido a que las molculas de agua estn
parcialmente ligadas a otras (interaccin de molculas de agua mediante puentes de
hidrgeno). La fase final del proceso de secado se caracteriza bsicamente cuando no
presenta variacin en el contenido de humedad, debido a que el agua que tiene an el
producto, se encuentra enlazada con otros grupos qumicos que conforman parte de la
composicin del alimento.
-
8/22/2019 SECADO2
64/117
64Lo anterior nos indica que los requerimientos de energa por remocin de humedad,
en los distintos estados del agua en un producto, depende bsicamente de:
- Tipo de producto- Estado en que se encuentra el agua en el producto.
Es importante considerar que en la medida en que el agua es removida del producto, se van
provocando una serie de cambios en la estructura y composicin del material, los cuales a
su vez tendrn influencia en la calidad del alimento terminado.
CURVAS DE SECADO
Las cuervas de secado son herramienta de gran utilidad para el procesador, porque
se muestra el comportamiento bajo condiciones especficas de trabajo que tienen y que
podra tener el material que se pretende deshidratar en proceso, de tal manera que el
procesador podra parar el secado del material en un tiempo determinado, que le permitiera
alcanzar los requerimientos de humedad en el producto.
Las curvas de secado son obtenidas a partir de los datos de los contenidos de
humedad por exposicin de las muestras hmedas sobre una corriente de aire.
La muestra a deshidratar es usualmente suspendida en un gabinete o ducto y es pasada a
travs de sta una corriente de aire de temperatura, humedad, velocidad constante con una
direccin del flujo aire especfica para deshidratar la muestra. El paso de la muestra es
registrado continuamente como una funcin del tiempo.
Los datos recopilados permiten calcular el contenido de humedad en base seca,
gssogW 2 o en base hmeda (Tabla 2).
-
8/22/2019 SECADO2
65/117
65
Los datos contenidos de humedad contra el tiempo son graficadas como se muestra
en la Figura 1.
-
8/22/2019 SECADO2
66/117
66
-
8/22/2019 SECADO2
67/117
67
Se observa que la curva de secado muestra varios perodos o etapas de acuerdo al
comportamiento de la curva.Esto es atribuido a las diferentes formas en las que se encuentra el agua en el
material que se est deshidratando.
La tendencia lineal que presenta la Figura 1 es debido a que en ese punto estamos
removiendo el agua libre que presenta el material, y debido a que se presenta un flujo
constante del interior del slido a la parte superficial, en esta parte del proceso, el material
se encontrar saturada en una mezcla vapor-lquido, por lo que la velocidad de remocin de
agua constante.
Posteriormente a este perodo se observa una curvatura, lo que indica que la
velocidad de remocin de humedad tiende a decrecer gradualmente, debido a que se ha
removido el agua libre, por lo que el proceso de secado est controlado bsicamente por la
evaporacin del agua de la parte interior de la muestra. A este perodo se le conoce como
perodo de velocidad decreciente.
Una curva tpica de secado se muestra en la Figura 2.
-
8/22/2019 SECADO2
68/117
68Esta es obtenida al graficar el contenido de humedad contra tiempo.
La seccin AB corresponde a un perodo de calentamiento, esto es dado cuando el
aire caliente se contacta con el material, iniciando con ello un incremento en la temperaturade este ltimo, sin embargo no se presenta prdida de agua en el material.
La seccin BC nos presenta el perodo de velocidad constante, donde se est
removiendo constantemente una determinada cantidad de agua del material (agua libre). El
punto C es conocido como contenido crtico de humedad y ste es ubicado donde se da el
cambio del perodo de velocidad constante al perodo de velocidad decreciente.
La seccin (CD) nos indica el perodo de velocidad decreciente, en ste, bajo las
condiciones de secado la velocidad de evaporacin del agua a partir del material, tiende a
ser pequea y ms pequea en la medida que el contenido de humedad disminuye, esto es,
la velocidad de secado tiende hacia cero en la medida que la humedad remanente del
material se aproxima a la del equilibrio.
FACTORES QUE AFECTAN AL SECADO
Cuando el alimento (fruta o vegetal) es contactado con el aire caliente o el medio de
arrastre de humedad, una serie de factores determinan la velocidad de evaporacin a partir
de la superficie del material, estos factores son:
- Temperatura del aire
- Humedad del aire
- Velocidad del aire
- Tamao y forma del material
- Direccin con flujo de aire
-
8/22/2019 SECADO2
69/117
69
A continuacin se da una descripcin de cada uno de ellos.
EFECTO DE LA TEMPERATURA
Sabemos que cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el medio de
calentamiento (aire) y el material, siempre y cuando esta diferencia no sea extrema, de tal
forma que no altere el producto, ser mucho ms eficiente la eliminacin de agua del
material. Es importante sealar que cuando el medio de calentamiento es aire, la
temperatura del aire jugar un papel secundario en cierto punto del proceso, dependiendo
de la etapa en que se encuentre el proceso.
El efecto de la temperatura de secado a condiciones constantes de la temperatura de
bulbo hmedo (50C), velocidad del aire (4.01m/seg) y carga de material 7.33 kg/m2, en
papa en cubos, a diferentes temperaturas del secado 140F (60C); 150F (65.8C); 160F
(71C); 170F (77C), es mostrada en la Figura 3.
-
8/22/2019 SECADO2
70/117
70
Figura 3. Efecto de la temperatura sobre el secado de cubos de papa
-
8/22/2019 SECADO2
71/117
71Se puede observar que la velocidad de secado para los distintos experimentos en
la primera del proceso es idntica para las distintas temperaturas (1.0 lb/lb slido seco.h),
sin embargo para rangos de baja humedad, la velocidad de secado fue sustancialmente msgrande a altas temperaturas.
Para observar de una forma ms detallada el efecto de la temperatura del aire en el
proceso de secado a bajas humedades en el producto. Se llevaron a cabo experimentos de
secado de cubos de papas (parcialmente deshidratadas) con un contenido inicial de
humedad 9.09%. A las temperaturas de 140F (60C); 158F (70C) y 176F (80C),
manteniendo las condiciones restantes constante (temperatura de bulbo hmedo y velocidad
de aire), lo anterior puede ser observado en la Figura 4.
Podemos observar que en este rango de humedad el secado es lento y el efecto del
enfriamiento por la evaporacin del agua es inapreciable, por lo tanto las piezas del material
(fragmentos de papa) tienden a aproximarse a la temperatura del aire del proceso, por tanto
la redistribucin interna de la humedad, la cual es el factor determinante de la velocidad en
esta fase, es acelerada por la elevacin de la temperatura del material a deshidratar.
VELOCIDAD DEL AIRE
El aire adems de ser el medio de calentamiento para remover la humedad, arrastra
la mezcla agua-vapor (humedad) que se encuentra en la superficie del producto (perodo de
velocidad constante), evitando as la creacin de una atmsfera saturada.
-
8/22/2019 SECADO2
72/117
72
Figura 4. Efecto de la temperatura de aire sobre el secado de fragmentos de papa en rangosde baja humedad.
-
8/22/2019 SECADO2
73/117
73
En la Figura 5 se muestra las cinticas de secado para para en cubos, para cuatro
distintas velocidades de aire 400 ft/min (2.03m/seg); 600 ft/min (3.048/seg); 800 ft/min(4.064m/seg) y 1000 ft/min (5.08m/seg). Las charolas fueron cargadas con 7.33 kg/m2 y
deshidratadas a 70C a una temperatura de bulbo hmedo de 15.5C.
Se puede observar que el comportamiento de las curvas de secado para las velocidades de
aire de 4.06 y 5.08m/seg fueron idnticos, mostrando diferencias con aquellas curvas que
fueron obtenidas a bajas velocidades, por otro lado podemos observar que se presentan
diferencias en las distintas curvas, cuando se tienen altos contenidos de humedad en el
producto (perodo de velocidad constante), siendo la velocidad no significativa para los bajos
contenidos de humedad.
Lo anterior nos permite concluir que: la velocidad del aire tiene un efecto importante
en la primera etapa del proceso del secado (perodo de velocidad constante), debido a que
en este punto estamos removiendo el agua libre que tiene el vegetal o el fruto, y adems
arrastra la mezcla vapor-lquido (humedad) que se encuentra en la parte superficial del
material.
-
8/22/2019 SECADO2
74/117
74
Figura 5. Efecto de la velocidad del aire en el secado de papa.
-
8/22/2019 SECADO2
75/117
75
La velocidad del aire no tiene un efecto importante en la ltima etapa del proceso(perodo de velocidad decreciente), debido a que la cantidad de agua que puede migrar a la
parte superficial es mnima, pues en este punto tenemos que el agua se encuentra ligada a
otros compuestos, por lo que es difcil de removerla, de ah que no sea importante tener
velocidades en esta etapa.
HUMEDAD DEL AIRE
La humedad del aire es importante, en el proceso de secado, ya que se puede tomar
como un ndice de eficacia de remocin de humedad, ya que cuanto menor sea la humedad
del aire, la velocidad de remocin de agua del producto ser mayor, ya que podr arrastrar y
retener la humedad que tiene el material en la parte superficial. Por otro lado si el contenido
de humedad del aire es elevado, la capacidad de remocin de humedad del producto ser
muy pobre, debido a que este se encuentra en condiciones de saturacin.
AREA DE EXPOSICIN AL CALOR
Si el material a secar (frutas, vegetales, carne) lo dividimos en piezas ms pequeas
o capas ms delgadas con la finalidad de acelerar la trasmisin de calor y de masa; el
secado se llevar a cabo ms rpidamente por lo siguiente: una mayor rea de superficie
nos proporcionar una superficie de contacto con el aire mayor, por lo que podremos
remover con ms facilidad la humedad contenida del material que estemos deshidratando.
-
8/22/2019 SECADO2
76/117
76As mismo hay que sealar que para partculas ms pequeas la distancia que tendr que
recorrer el calor hacia el centro del alimento y la humedad que migra a al superficie tendr
que ser menor, por lo tanto el tiempo para bajar la humedad de producto hasta un valor sermenor.
En la Figura 6 se representa el efecto del tamao de partcula sobre el
comportamiento de las curvas de secado. El material con el que se trabaj fue papa a cuatro
diferentes tamaos, stas fueron colocadas en charolas, las cuales fueron cargadas a
7.33kg/m2 y puestas a una velocidad de aire de 4.8m/seg, a una temperatura del aire de
calentamiento de 70C y de bulbo hmedo de 70C.
Se puede observar que las variaciones en los tamaos de partculas, pueden causar
cambios desproporcionados en el tiempo de secado; se puede detectar que la influencia en
el tamao de partcula en los fragmentos de papa, es mucho ms marcado a bajas
humedades.
Si comparamos las curvas para cubos de con cubos cortados en dos mitades
(1/4) a partir de un cubo entero, estaremos incrementado la superficie de contacto (33%),
por tanto la velocidad de secado tendr a ser ms grande para un cubo de que un cubo
de .
-
8/22/2019 SECADO2
77/117
77
Figura 6. Efecto del tamao de partcula sobre la prdida de humedad en el secado de
papa.
-
8/22/2019 SECADO2
78/117
78
Por otro lado es importante sealar que las fases posteriores del secado (perodo de
velocidad decreciente), el espesor del material que est siendo deshidratado vendr a ser elfactor controlante. En la figura anterior podemos ver que a tamaos de partcula menores
logramos el mismo contenido de humedad en tiempos de secados muchos ms corto, este
ndice es de importancia para aspectos de productividad y costos de operacin.
CARGA DEL MATERIAL HUMEDO
Este parmetro es importante ya que est directamente correlacionado con la
produccin.
En procesos de deshidratacin de frutas y vegetales estos materiales son cortados y
cargados en secadores de charolas o bandas contnuas con espesores de 1 a 4 pulgadas,
este espesor ser dependiente del tipo de equipo (de la ventilacin del secado y
temperatura) del material que se est deshidratando, ya que a altas profundidades se
deber tener mucho cuidado en el proceso, debido a que es mucho ms factible provocar
algunas alteraciones en el producto, por tanto este factor estar directamente
correlacionado con la velocidad, volumen, temperatura del aire y tiempos de resistencia
(tiempo que permanece el producto dentro del secador).
Con la finalidad de esquematizar el efecto de la carga del producto sobre la prdida
de humedad que se presenta en el producto, se muestra la Figura 7.
-
8/22/2019 SECADO2
79/117
79
Figura 7. Efecto de carga en las parrillas sobre el secado en cubos de papa.
-
8/22/2019 SECADO2
80/117
80En este experimento se deshidrataron cubos de papa de , los cuales se
distribuyeron en mallas, pero con diferentes cargas por superficie: (4.88 kg/m2); (7.33kg/m2);
(9.77kh/m2
) y (14.66kg/m2
) a condiciones constantes de temperatura de aire 160F (71C),con una temperatura de bulbo de hmedo de 38C y con una velocidad de aire de
4.08m/seg, se puede observar que una disminucin en la carga del material a deshidratar
por superficie, nos incrementa la velocidad del secado del material en la primera fase del
proceso, sin embargo, para las etapas posteriores (perodo de velocidad decreciente), la
velocidad del secado tiende a igualarse, no siendo importante la carga. Se puede observar
que para contenidos de humedad de 0.06 lb lbo2 m.s. para las dos cargas extremas
experimentadas (14.60kg/m2 y 4.88 kg/m2), se tiene una diferencia en los tiempos de secado
de un 17% aproximadamente, para una relacin de cargas de 3:1. Este tipo de resultados
son de importancia en la toma de decisiones para incrementar la produccin sin elevar
demasiado los costos por incremento de los tiempos.
DISPOSICIN DEL MATERIAL CON RESPECTO AL A IRE DE SECADO
El aire puede contactarse con el material que est siendo deshidratado en diferentes
formas. Todo esto es dependiente del tipo de diseo del secador.
De las formas tpicas de desplazamiento del aire con respecto al material que se va a
deshidratar es la corriente horizontal, la cual es recomendable cuando el material se
encuentre esperado en una sola capa en la parrilla o charola, a un espesor mayor (ms de
una capa de material) la eliminacin del agua ser muy ineficiente, debido al pobre contacto
que tiene el aire con el material que se est deshidratando.
-
8/22/2019 SECADO2
81/117
81Otra de las formas del desplazamiento del aire con respecto al material, es el de
corriente atravesadora, en tipo de movimiento del aire, es muy eficiente para una gran
variedad de productos granulados (vegetales, frutas), ya que el aire puede contactarse conla mayor rea del producto que se est deshidratando, pudiendo algunos de los casos
provocar una suspensin del material en la corriente.
-
8/22/2019 SECADO2
82/117
82EQUIPOS PARA LA DESHIDRATACIN DE FRUTAS Y HORTALIZAS
De manera general podemos considerar caractersticas de distintos secadores quenos permiten seleccionar sistemas para la deshidratacin de algn material especfico
(Tabla 1 Apndice).
Dentro de las caractersticas sealadas en esta tabla, tenemos las velocidades de
evaporacin promedio aproximadas para productos bajo una clasificacin genrica (Dryer
handbook APV). Deberemos de tener en cuenta sin embargo, que las velocidades de
secado cariarn considerablemente debido a que los materiales a deshidratar presentan un
rango de variacin amplio, respecto a sus caractersticas fsicas y qumicas, aunado a lo
anterior, las condiciones de secado, tales como: temperatura y rangos de humedad en los
cuales el material tendr que ser secado, tendr un efecto bien definidos sobre la
evaporacin de agua. Si nosotros quisiramos seleccionar un secador para un proceso
especfico como consideracin primaria, debemos de plantearnos lo siguiente:
5. Si el material es lquido o slido, cul deber ser el equipo ms adecuado
desde el unto de vista mecnico, para procesar ese material?
6. La cantidad de material a procesar ser posible hacerlo en operaciones en
procesos batch o continuo?
7. A partir del conocimiento del producto que se deshidratar se seleccionar el
secador, el cual pueda manejar tanto el producto hmedo como el seco,
satisfactoriamente.
8. A partir del conocimiento de los requerimientos de evaporacin de agua ( masa
total del agua que deber ser evaporada por unidad de tiempo), nosotros
podemos con este parmetro estimar el tamao del secador o el tipo (Tabla 1,
Apndice).
-
8/22/2019 SECADO2
83/117
83Estas consideraciones deben ser tomadas en cuenta para seleccionar un equipo,
sin embargo es indispensable llevar a cabo un trabajo fundamentado de los mecanismos
que sigue el material cuando es deshidratado, para poder efectuar una recomendacin dealgn equipo especfico. Los mecanismos se refieren bsicamente a la realizacin de
pruebas a nivel planta piloto. Debemos remarcar que no es nicamente importante soportar
una recomendacin de algn equipo de deshidratacin bajo clculos tericos, sino ver
tambin si un secador especfico puede manejar satisfactoriamente un producto o una gama
de stos.
En el anlisis final es esencial discutir la aplicacin del secador con la compaa
manufacturera o constructor, que deber tener facilidades para examinar alternativas
objetivas.
En esta seccin se describen algunos equipos que son empleados para la
deshidratacin de frutas y hortalizas, sealando las principales caractersticas.
SECADORES DE BANDEJAS Y COMPARTIMIENTOS.
Este tipo de equipos se constituyen de un recinto (cuarto) aislado (para evitar prdida
de calor), con un ventilador, quemador de gas o resistencias elctricas, parrillas o charolas
dnde se coloca el material. (Figura 14).
-
8/22/2019 SECADO2
84/117
84
El funcionamiento satisfactorio de este tipo de secadores depende un mantenimiento
de la temperatura constante a una velocidad del aire uniforme sobre el material que se seca
(2 a 5m/seg).
La eficiencia de estos equipos depende de gran manera de la capacidad del
ventilador, diseo de los ductos (para evitar cadas de presin muy bruscas) y de la
disposicin de las placas deflectoras. Este ltimo factor es muy importante, ya que la
corrientes de aire no es uniforme, siendo esto uno de los problemas ms graves que se
encuentran en el funcionamiento de los secadores.
Estos equipos pueden ser de bandejas en carretillas o bandejas fijas. En el primero
las bandejas se cargan en las carretillas, las cuales se empujan dentro del secador (las
carretillas llevan ruedas con pestaas que puedan sobre los carriles) y en el segundo las
bandejas se colocan directamente sobre bastidores fijos de barras del interior del secador.
Cuando se apilan las bandejas en las carretillas, deber quedar un espacio libre no
inferior a 4.0 cm entre el material de una bandeja o charola y el fondo de sta
inmediatamente encima. Las bandejas pueden estar perforadas par as suministrar una
superficie adicional de desecacin.
De acuerdo a la figura 14, el aire se introduce al sistema, debido a la puesta en
operacin del ventilador, este aire es mezclado con el aire que ya se contact con el material
que est siendo deshidratado. Una parte de este aire es descargado y otra es mezclada con
el fresco. La mezcla es pasada a travs de una unidad de calefaccin, para que el
ventilador las descargue a travs de un ducto, el cual contiene aletas giratorias, con la
finalidad de orientarlo hacia la cmara de pleno, esta disposicin nos permite mantener la
-
8/22/2019 SECADO2
85/117
85misma velocidad del aire a la entrada que en la parte ltima de la seccin, sta contiene
orificios regulables o placas.
Estos equipos pueden aplicarse cuando las capacidades no excedan de 20 a 45 kg/hde producto seco. Estos pueden aplicarse para secar cualquier material (frutas, hortalizas,
carne) su uso es limitado porque su funcionamiento es costoso.
SECADORES ATRAVESADORES CONTINUOS.
En este tipo de secadores (Figura 15), el producto o material a secar se carga
directamente sobre el tamiz transportador por medio de alimentadores esparcidores
adecuados, el aire se hace pasar a travs del material, basndose en el principio de hacer
pasar una corriente de aire caliente por medio de un ventilador a travs de una capa
permeable de material hmedo que pasa continuamente por el secador. Las velocidades de
secado son grandes, debido a las grandes reas expuestas al contacto con el aire y a la
corta distancia que tiene que recorrer la humedad interna.
-
8/22/2019 SECADO2
86/117
86Este tipo de equipos se emplea para material fibroso, floculentos o de granulado
grueso, se someten por lo general a la desecacin por circulacin atravesadora sin
necesidad de conformarlos. Dentro de las aplicaciones que pueden tener, son para eldeshidratado de cubos de fruta (manzana), cubos de pimientos, chile jalapeo, tomate,
zanahorias, apio.
SECADORES DE TUNEL
En el funcionamiento el material hmedo se carga en carretillas que circulan
progresivamente por el tnel poniendo el material en contacto con gases calientes. Cada
carretilla ocupa sucesivamente todos los lugares del tnel durante un perodo dado de
tiempo, resultando una operacin semicontinua. En algunas ocasiones se colocan cadenas,
las cuales sujetan desde el fondo a las carretillas, movindolas lentamente.
La circulacin del aire puede ser en corriente paralela o contracorriente.
Ap licac iones
Estos equipos pueden emplearse para cualquier tipo de material que pueda secarse
en los secadores de bandeja, nicamente que estos se emplean para deshidratar grandes
volmenes de materiales. Estos sistemas se aplican para el deshidratado de rutas, tales
-
8/22/2019 SECADO2
87/117
87como: rodajas de manzana, peras, durazno, higos, ciruelas pasa, etc. As mismo puede
emplearse para el deshidratado de algunos vegetales, tales como: chile rojo o chile pasado,
etc.
SECADORES DE BANDA TRANSPORTADORA
Estos secadores se pueden constituir por dos o tres bandas. En las dos primeras
bandas se pueden controlar al menos dos temperaturas distintas y en la ltima banda
generalmente se deja a una sola temperatura (Figura 17).
El aire que es el medio de calentamiento viene a ser pasado por intercambiadores de
calor para alcanzar una temperatura definida ( la cual es previamente establecida) El aire se
distribuye uniformemente en la banda mediante distribuidores de
-
8/22/2019 SECADO2
88/117
88
Aire, que son parrillas con pequeos orificios, estos se encuentran por debajo u por la parte
superior de la banda para obtener as un secado ms uniforme. La banda es de acero
inoxidable perforada que permite el paso del aire al material que se est deshidratando. Esta
cuenta con un sistema regulatorio de la velocidad de la misma.
El equipo consta tambin de dos zonas de transferencia del producto de una banda a
otra. As mismo consta de accesorios por seccin que evitan irregularidades en el secado.
Respecto al sistema de extraccin, estos equipos constan de cuatro extractores, dos en la
primera seccin y los otros dos se encuentran en la segunda zona.
Este sistema de extraccin es de importancia, ya que en la medida que el agua es
expulsada del alimento, en forma de vapor de agua ( primera seccin del secador), sta
tiene que ser retirado, pues de otra manera, la humedad creada en la superficie del alimento
puede crear una atmsfera saturada, que disminuirla, la eliminacin subsecuente del agua
en el material.
Este equipo consta de una serie de ventiladores que nos van a proporcionar el aire al
sistema.
-
8/22/2019 SECADO2
89/117
89Respecto al sistema regulatorio de altura de cama el equipo cuenta con unas
horquillas con la finalidad de uniformizar la cama o espesor de material a deshidratar en la
banda.
Funcionamiento.
La materia prima es alimentado a la primera banda del deshidratador, donde se le
controla el espesor por el sistema de regulacin de cama. Una vez que el producto entra a la
primera zona de la primera banda se expone con aire que entra por la parte inferior de la
banda a una temperatura elevada (120-115C), el aire se contacta u es absorbido por el
primer extractor, posteriormente el producto entra a la segunda zona. La primera banda
donde se contacta el material a deshidratar con un aire (100-90) que circula por la parte
superior atravesando la cama de producto. Este tipo de circulacin permite que el secado se
lleve a cabo uniformemente. Una vez que el producto sale de la primera banda, es
transferido a la segunda banda, donde se contacta con un aire de temperatura menor (85-
75C) de la misma forma en que se llev a cabo en la seccin anterior. Una vez que el
material sale de la segunda seccin es transferido a la ltima seccin, donde el aire se
mantiene a una temperatura constante (65C). Para ser descargado del sistema con un
contenido de humedad de un 10% como mximo.
Estos sistemas de deshidratacin tienen gran aplicacin para vegetales: Papas, chile,
pimientos, zanahorias, cebollas, ajo, tomate, etc., materiales granulados y frutas como:
mangos, manzana, pera.
-
8/22/2019 SECADO2
90/117
90SECADOR DE VAGONETA
Estos equipos se emplean nicamente con la finalidad de completar el secado de los
materiales a una humedad especfica. Este sistema se compone bsicamente de un carro o
vagoneta que tiene una malla perforada, donde el material es soportado, el aire es
suministrado por ventilador y pasado por un intercambiador de calor para elevar la
temperatura. Este se desplaza por una cmara de pleno distribuyndose uniformemente y
pasando a travs de los orificios de la malla para contactarse con el alimento, donde le
remueve la humedad remanente (Fig. 9).
Figura 9 Secador de platos tpicos ( Proctor y Schwartz, Inc.)
-
8/22/2019 SECADO2
91/117
91
DEFINICIONES.
Contenido de humedad, en base hmeda: es el porcentaje en peso de humedad, es
decir: XXXhmedoKgmaterialKghumedad 1100100.
Contenido de humedad en base seca: Se expresa como:
XabasedehumedadXoKgslidoKghumedad 100sec,%sec
Humedad en el equilibrio, :X se expresa como:osKgslidos
oKg
sec
2
(Esta se obtiene cuando la presin de vapor que produce la humedad del slido es igual
a la presin del vapor del agua en el ambiente a una temperatura especfica).
Humedad ligada: Es la humedad contenida en una sustancia que ejerce una PvP
agua pura a la misma temperatura.
Humedad libre: Es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la humedad
de equilibrio XX: , es decir slo evaporaremos humedad libre.
Las relaciones anteriores las podemos observar en la siguiente figura.
-
8/22/2019 SECADO2
92/117
92
Ejemplo:
Un slido hmedo se va a secar de 75% a 10% de humedad, base hmeda. Calcular
la humedad que debe evaporarse por 1000 Kg de producto fresco.
omaterialKgescomaterialfrKgomaterialKgLs sec.2501000*75.1000sec.
Humedad B. Seca (Inicial)
osslidosKgaguaKgX sec..375100
751
Humedad B. Seca (Final)
osslidosKgaguaKgX sec..111.010100
102
Agua evaporada 111.03.25021 sKgsXXLs
Agua Evaporada .25.722 Kg
-
8/22/2019 SECADO2
93/117
93OTRAS DEFINICIONES
Volumen hmedo: Es el volumen de masa del gas seco y de su vapor acompaante a latemperatura y presin dominante.
273
273141.22
1 1 g
t
AM
AB
T
PM
Y
M
Kg
M3
CtG
2MNpt
Este puede ser obtenido de la carta psicomtrica.
Calor Hmedo: , Cs,:
Es el calor requerido para elevar la temperatura de la masa unitaria del gas y su
vapor acompaante en 1C a presin cte.
aBs CYCC1 ogasKg sec
Donde:
BC = Capacidad calorfica del gas.
AC = Capacidad calorfica de vapor.1
Y = Humedad absoluta
Entalpa, 1
1 - Entalpa de la mezcla por unidad de masa de gas seco.
-
8/22/2019 SECADO2
94/117
94
11 YTTC OOGS
O = calor latente de A a OT (temperatura de referencia)
100%secsec ndesaturaciosato
Para agua aire
aireCP BC KKg 11005 FBTU 1624.0
ovaporCp 2 AC KKg 11884 FCABTU
oH
032016
8.1075
2
Humedad absoluta:
Se define como la relacin masa de vapor / masa de gas.
asmasa
rmasadevapoKgBKgAY
deg
1
Humedad de saturacin:
Se logra cuando la mezcla gaseosa esta en equilibrio con el lquido a unatemperatura y presin especfica.
Presin de vapor
-
8/22/2019 SECADO2
95/117
95
AT
A
PP
PY
% de saturacin 100100
1
uracinhumedadsat
ualhumedadact
Y
Y
S
Humedad relativa:
100A
A
P
P
Punto de roco, T
Es la temperatura a la cual una mezcla vapor-gas se satura cuando se enfra a
presin total constante sin contacto con el lquido
Determinar el % de recirculacin del aire y las condiciones del aire en las diferentes
partes del secador que se muestra en la figura inferior.
El secador contiene 10 platos apilados. El espacio libre entre los platos es de 62 mm.;
cada plato tiene una altura de 38 mm. con 1 mts. de ancho, teniendo una superficie total de
secado de 14 m2.
El aire que entra a los platos (posicin 1 de la figura) tiene una temperatura de bulbo
seco de 95C y una humedad de oaireKgaguaKg sec..05.0 el aire atmosfrico entra a 25 C
-
8/22/2019 SECADO2
96/117
96
Con una humedad de oaireKgaguaKg sec..01.0 . La velocidad del aire sobre los platos en
la entrada a los platos va a ser 3 m/seg. El agua se pierde a un flujo constante de
..0075.0 2 segoKg
MODELOS MATEMTICOS PARA LOS DISTINTOS PERIODOS DEL
SECADO
Periodo de velocidad creciente.
Para este periodo se establece un equilibrio dinmico entre la velocidad de remocin
de vapor y la velocidad de trasmisin de calor a partir de la superficie, este equilibrio lo
expresamos matemticamente mediante la siguiente ecuacin:
s
TsTahcAPaPsKgAasKgA
d
dw
Donde:
d
dw= Velocidad de secado HoHKg 2.
A = rea de trasmisin de calor y evaporacin (M2)
ch =Coef. Total de transferencia de calor ksMJ 2
= Calor latente de evaporacin KgJ
Kg = Coef. De transferencia de masa 2sMKgmasa
Ta = Temperatura del aire );;( kcOK
Ts = Temperatura de bulbo hmedo
-
8/22/2019 SECADO2
97/117
97
El periodo de velocidad constante depende de los siguientes factores:
4. Coeficientes de trasmisin de calor o coeficientes de transferencia de
masa.
5. La superficie expuesta al medio empleado para la desecacin.
6. Diferencia entre la temperatura y la humedad entre las corrientes del
aire y la superficie hmeda del slido.
Periodo de velocidad decreci