Práctica de secado solar (página 2)

Objetivos:

Esta práctica servirá como herramienta de entrenamiento para los estudiantes de ingeniería de Alimentos Tres . Las experiencias de secado que aquí se presentan son para  niveles diferentes de temperatura Y humedad relativa . 

Siguiendo las experiencias de secado propuestas, serás capaz de:

1- familiarizarte con un secadero solar y con el proceso de secado que en él se lleva a cabo.

2- determinar los perfiles de temperatura, contenido de agua y velocidad de secado de productos diferentes. 

3- analizar la velocidad de pérdida de humedad del producto como una función de su contenido de agua X para determinar si existe un período de velocidad de secado constante y si el período de velocidad descendente puede ser dividido en dos o más regiones con mecanismos de transferencia de materia aparentemente diferentes.

4- ver el fenómeno de reducción de volumen que ocurre en algunos productos durante el proceso de secado.

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

El secador solar

Está integrado por tres partes fundamentales: a) colector solar de aire caliente; b) cámara de secado y c) bandejas.

El colector solar tiene como objetivo básico capturar la energía del sol, de color negro mate y cubierta con un vidrio de 4 m m de espesor y transformarla en energía calórica. La cámara de secado es un sitio cerrado, ubicado en la parte alta del colector solar y debe ser cubierta con un material buen conductor de calor y llevar unos pequeños orificios usados como chimenea que permita el flujo de aire entre el interior y el exterior. Las bandejas pueden ser construidas con marcos de madera y malla, donde va colocado el producto a procesar.

Para realizar nuestra practica y conocer los principios de secado tendremos como materia prima la papa con una humedad inicial de 74.02% y un peso inicial 79.68gr.

1. 

2. Flujo de Proceso:

   Primer peso jueves 15 1:00 pm

   Humedad relativa calculado por software Psychtool

   T°C	Bs	Bh	h kj/kg	Vol M3/kg	Humedad relativa %
   T° de ingreso a colector	32	27	84.78	0.8933	68.3
   T° de aire que ingresa a la cabina.	41	36	134.34	0.9416	71.1
   T° de aire a la salida de cabina.	39	34	121.57	0.9296	70.9

   Segundo peso jueves 2:00 pm

   T°C	Bs	Bh	h kj/kg	Vol M3/kg	Humedad relativa %
   T° de ingreso a colector	31	26	79.9	0.883	67.02
   T° de aire que ingresa a la cabina.	42	37	141.74	0.9436	72.31
   T° de aire a la salida de cabina.	38	33	115.778	0.92421	70.8

   Tercer peso jueves 3 :00 pm

   T°C	Bs	Bh	h kj/kg	Vol M3/kg	Humedad relativa %
   T° de ingreso a colector	30	25	75.707	0.8837	66.6
   T° de aire que ingresa a la cabina.	40	35	126.87	0.9349	70.5
   T° de aire a la salida de cabina.	40	35	126.87	0.9349	70.5

   Cuarto peso viernes 10 :00 am

   T°C	Bs	Bh	h kj/kg	Vol M3/kg	Humedad relativa %
   T° de ingreso a colector	32	27	84.778	0.8933	68.3
   T° de aire que ingresa a la cabina.	40	35	127.37	0.9351	70.5
   T° de aire a la salida de cabina.	39	34	121.57	0.9296	70.9

   Quinto peso viernes 11 :00 am

   T°C	Bs	Bh	h kj/kg	Vol M3/kg	Humedad relativa %
   T° de ingreso a colector	31	26	80.242	0.8885	67.6
   T° de aire que ingresa a la cabina.	42	37	131.384	0.9714	64.1
   T° de aire a la salida de cabina.	41	36	134.182	0.9412	71.4

   Sexto peso viernes 12 :00 m

   T°C	Bs	Bh	h kj/kg	Vol M3/kg	Humedad relativa %
   T° de ingreso a colector	30	25	75.707	0.8837	66.6
   T° de aire que ingresa a la cabina.	39	34	121.323	0.9295	70.7
   T° de aire a la salida de cabina.	38	33	115.525	0.9240	70.6

   Séptimo peso viernes 1 :00 pm

   T°C	Bs	Bh	h kj/kg	Vol M3/kg	Humedad relativa %
   T° de ingreso a colector	31	26	80.24	0.8885	67.6
   T° de aire que ingresa a la cabina.	41	36	134.182	0.9412	71.4
   T° de aire a la salida de cabina.	41	36	134.182	0.9412	71.4

   Octavo peso viernes 2 :00 pm

   T°C	Bs	Bh	h kj/kg	Vol M3/kg	Humedad relativa %
   T° de ingreso a colector	32	27	84.778	0.8933	68.3
   T° de aire que ingresa a la cabina.	40	35	127.374	0.9351	70.5
   T° de aire a la salida de cabina.	40	35	127.374	0.9351	70.5

3. Características del aire
4. Características del producto:

• Humedad de la materia prima:

P1= 9.97

P2=2.59

Ų= 74.02%

• Humedad del producto seco:

P1=1.38

P2=1.24

Ų= 10.14%

• Dimensiones:

Bandeja 1 = 18 rodajas

Bandeja 2 = 48 rodajas

Diámetro 1 = 4.8 cm.

Diámetro 2 = 7 cm

• Área expuesta por rodaja:

0.003619m2

• Espesor

E = 1 mm.

• Sensoriales de materia prima :

• Sensoriales Producto seco :

• Densidad del material seco

Peso = 7.17gr

Vol = 10 ml

∫= 7.17/10 gr/ml = 717kg/m3

• Peso unidad a secar = 4.44gr
• Peso total =79.68gr

1. Características del equipo:

• Área del colector de energía

A = a + 2b + c +d + e

a = l x h = 52.5cm. x 20cm. = 1050cm2 = 0.105m2

2 b = ((m+n)/2) x h = ((96 + 89)/2) x 20cm = 1850cm2 = 0.185m2 = 0.37m2

c = l x m = 96cm. x 525.5cm. = 5040cm2 = 0.504m2

d = n x l = 89cm. x 52.5cm. = 4672.5cm2 = 0.4372m2

e = l x r = 52.5cm. x 21.93cm = 1151.325cm2 = 0.1151m2

• Área de cabina de secado

A = 2a + b + c + d + e

2a = ((h + l)/2) x m = ((148.8 + 92)/2) x 41cm = 4936.4 cm2 = 2 x 0.49364m2 = 0.98728m2

b = h x r = 148.8cm x 60cm = 8928cm2 = 0.8928m2

c = l x r = 125cm x 60cm = 7500cm2 = 0.75m2

d = s x r = 45cm x 60cm = 2700cm2 = 0.27m2

• Área de cada bandeja

A = b x h = 35.6cm x 56.6cm = 2011.4cm2 = 0.2011m2

• # de bandejas

2

• volumen del aire en el espacio de calentamiento

VEC = V – v

V = hxmxl = 18.5cm x 96cm x 50.5cm = 89688cm3 = 0.0896m3

v =(h x s x l)/2 = (18.5cm x 8cm x 50.5cm)/2 = 3737cm3 = 0.003737m3

VEC = 0.0896m3 – 0.003737m3 =0.08586m3

• volumen del aire en el espacio de secado

VES = V – v

V = h x m x r = 146.4cm x 35.6cm x 56.5cm = 294468.96cm3 =0.2944m3

V = (p x m x r)/2 = (21.4cm x 35.6cm x 56.5cm)/2 = 21521.98cm3 =0.02152m3

VES = 0.2944m3 – 0.02152m3 = 0.27288m3

• eficiencia de secado

(0.0796kg/ 7h )*100= 1.14 %

1. Descripción del secado

Materiales

• Secadero Solar de bandejas
• material a ensayar papa
• balanza digital
• diagrama psicrométrico
• tablas de vapor de agua.

Descripción:

El secador solar

Está integrado por tres partes fundamentales: a) colector solar de aire caliente; b) cámara de secado y c) bandejas.

El colector solar tiene como objetivo básico capturar la energía del sol, de color negro mate y cubierta con un vidrio de 4 m m de espesor y transformarla en energía calórica. La cámara de secado es un sitio cerrado, ubicado en la parte alta del colector solar y debe ser cubierta con un material buen conductor de calor y llevar unos pequeños orificios usados como chimenea que permita el flujo de aire entre el interior y el exterior. Las bandejas pueden ser construidas con marcos de madera y malla, donde va colocado el producto a procesar.

Cuadro N° 1:

Cuadro N° 2:

Materia seca = 0.01114kg

1. 

   

   

   

2. Gráficas de secado
3. Resultados del secado

• 7 Horas son necesarias para secar papa de 74.12% de humedad hasta 10.14% de humedad.
• Tiempo necesario por cada Kg.

Temperatura de aire caliente

T° B.S = 40.62 °C

T° B.H = 35.62 °C

• Tiempo de secado en las 3 zonas
• Zona de Calentamiento

θ = 2 h.

• Zona constante

θ = 0.3278 h.

• Cual es la temperatura de secado constante.

T° B.S = 39.5 °C

T° B.H = 34.5 °C

• Cual es la velocidad de secado en zona constante. 2.23426 Kg Agua/hm ) (Promedio)
• Calor necesario para el secado

Masa = 0.0079 Kg

Cp= 3.98Kj/Kg°C

Q=0.079Kg * 3.98Kj/Kg°C (39.5-28)

Q= 3.646Kj

Q de evaporación:

λ(39.5) =2408.2 Kj/Kg

0.07968kg*(0.7412)= 0.05897kg Agua

0.07968kg-0.05897kg= 0.02071

0.02071Kg * (0.1014)= 0.05897

0.05897-0.05897= 0.03798 KgMat seca

Qe= λ(39.5) =2408.2 Kj/Kg*0.03798 KgMat seca

Qe= 914634 Kj

Qt= 95.11033Kj

• Velocidad de secado constante.

2.61 (Kg Agua/h m)

1. Anexos

OBJETIVOS

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

• Valor de monocapa del producto seco

• Cálculo de humedad en equilibrio (M)

Hallando los valores de la gráfica de adsorcion

b = 0.02

µ = 1.84

µ = b ( c-1)

84. = 0.02(c-1)

c = 93

Ecuación de B.E.T

Siendo la ecuación de la recta

Y = 0.0773X + 0.02

1. Conclusiones

  a partir de los resultados obtenidos se pueden indicar las siguientes conclusiones:

• La temperatura del aire de secado es el parámetro de mayor flexibilidad en un sistema de secado a altas temperaturas e influye significativamente en la tasa y la eficiencia de secado y en la calidad del producto final. Un aumento de dicha temperatura significa un menor consumo de energía por unidad de agua evaporada y una mayor tasa de secado.
• El contenido de humedad inicial también influye en la tasa de secado. Cuanto más elevado sea el contenido de humedad de un producto, mayor será la candidad de agua evaporada por unidad de energía
• Con elevados contenidos de humedad, las fuerzas de adsorción de la estructura celular del material sobre las moléculas de agua, son menores que cuando el contenido de humedad del producto es más bajo. En consecuencia, se utiliza un mayor porcentaje de energía disponible para evaporar la humedad contenida en los granos más secos.
• El conocimiento de las isotermas de adsorción de alimentos es de gran importancia para el desarrollo en la industria alimenticia, ya que brindan información útil para la optimización del proceso de secado y el diseño de secaderos, la selección del material de empaquetamiento, la predicción de la vida útil del producto y de la evolución en el contenido de humedad durante el almacenamiento.
• Uno de los parámetros más importantes en alimentos deshidratados es la condición de equilibrio que determina el límite del proceso, siendo este una parte importante del gradiente que provoca el movimiento del agua.
• La actividad del agua es un factor determinante en el estudio de la estabilidad de los alimentos secos, donde ésta última se define como la relación entre la presión de vapor de agua del alimento y la presión de vapor del agua liquida pura a la misma temperatura.
• Las isotermas de adsorción muestran la relación entre la actividad del agua (aw) y la humedad de equilibrio (Xe) contenida en un producto alimenticio, a una temperatura y presión constante.
• Los valores de la monocapa para la mayor parte de los alimentos se halla en el intervalo de 3 a 10 gramos de agua por cada 100 gramos de sustancia seca . Una vez que se completa  la monocapa, la actividad del agua aumenta bruscamente frente a un aumento en el contenido de humedad

1. Bibliografía:

AGUADO J., CALLES J.A., CAÑIZARES P., LOPEZ B., SANTOS A. & SERRANO D.2002. Ingeniería de la Industria Alimentaría: Volumen III, Operaciones de Conservación de Alimentos. Editorial Síntesis S.A., Madrid, España.

BARBOSA-CANOVAS G. & VEGA-MERCADO H. 2000. Deshidratación de Alimentos. Editorial Acribia, Zaragoza, España.

Autor:

Rosa del Milagro Gavelan Zuloeta

Ubicación: CHICLAYO – PERÚ

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENERÍA QUÍIMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS