Capitulo I

Generalidades

1.1.- Título

Determinación de los parámetros en el secado de la lúcuma (Pouteria

obovata)

1.2.- Área del estudio

El presente estudio se inscribe en el área de tecnología de los

Alimentos procesos

1.3.- Antecedentes locales

Una revisión bibliográfica de los antecedentes locales se ha podido

determinar que existen trabajos similares , aplicados a diferentes

materias primas, de las cuales se mencionan , las siguientes:

1

Dentro de los antecedentes locales se puede mencionar que existen

trabajos similares al respecto y que a continuación se describen:

Estudio de Pre factibilidad para la Instalación de una Planta Industrial

de Harina y Almidón a partir de Manihot Esculenta (Yuca), de

Choque Flores Rosell y De LA Cruz Castillon, Evaristo.

Estudio de Investigación Recuperación del Almidón y Proteínas

existentes en la Harinilla de Trigo, de Baldeón Ramos, Ronald y

Enriquez Bendezú Mirtha.

1.4.-Fundamentación del estudio

1.4.1.- Definición del problema

Dentro de los productos agrícolas que tienen un potencial de

industrialización alto, se encuentra la Lúcuma (Pouteria macrophylla ,

especialmente para la elaboración de cierto tipo de harina que es

utilizada como saborizante en la industria del helado.

El fruto tiene una alta perecebilidad y tiende a descomponerse

rápidamente, aun en las mejores condiciones después de madurarse,

además tiene una piel muy suave lo cual la hace muy vulnerable a los

esfuerzos mecánicos que se producen durante el manipuleo y

transporte, desde la cosecha al consumidor

Teniendo en consideración los aspectos antes vertidos, se formula el

siguiente problema metodológico:

2

¿En que medida se determina los parámetros en el secado de la

lúcuma (Pouteria obovata)

1.4.2.- Objetivos

1.4.2.1.- Objetivo General

Determinar los parámetros, de secado de la lúcuma

(Pouteria obovata)

1.4.2.2.- Objetivos Específicos

Determinar sus propiedades fìsico-químicas de la lucuma

Determinar la calidad del producto obtenido.

Establecer la Curva de secado de la lucuma.

Determinar la variación de la humedad con el tiempo

1.5.- Hipótesis

Se plantea la siguiente hipótesis

Es posible la determinación de los parámetros, para el secado

de la lúcuma (Pouteria obovata)

3

1.6.- Productos del proyecto

Como resultado del presente estudio se habrá logrado:

Un proceso tecnológico para la determinación de los parámetros de

la lúcuma (Pouteria obovata),

De los resultados de este proyecto tendrían inmediata aplicación en

al construcción, operación de un equipo experimental, el que sería

muy útil en investigaciones similares.

1.7.- Metodología

1.7.1.- Variables

Las variables independientes son: tamaño de partícula, , tiempo de

contacto, Humedad

La variable dependiente: lúcuma

4

Capitulo II

Marco Teórico

2.1.- Estudio de la materia Prima

2.1.1.- La Lúcuma

Es un cultivo que mayormente se produce en los valles interandinos,

libres de heladas, de Perú y Ecuador.

El árbol de donde se extrae el fruto alcanza de 15 a 20 m de altura.

Por su naturaleza de fruto, se adapta climas subtropicales con

temperaturas bajas, pero mayores que 20° C, tolera suelos y

períodos secos.

Se le emplea en estado seco como saborizante de alimento y no es

dañino. También se emplea como pulpa de fruta fresca y en la

preparación de helados, jugos, tortas y dulces.

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2.1.1.1.- Descripción botánica

Denominación Botánica: Lúcuma obuvata H:B:K

Familia : Sapotaceas

Genero : Lúcuma

El árbol de donde se extrae el fruto alcanza de 15 a 20 m. de altura,

con diámetro de copa de 6 a 10 m. La copa presenta abundantes

ramas, cuyos brotes tiernos tienen pubescencia color marrón claro a

marrón oscuro. Hojas alternas, lanceadas u oblongas, elípticas u

abovadas, con bordes ondulados en algunos cultivares, hasta 25 cm.

de largo y 10 cm. de ancho, ápice obtuso o subagudo.

Hojas jóvenes color verde claro o rosado y muy pubescentes; hoja

adulta verde oscuro brillante y glabra. Flores hermafroditas,

pequeñas, verdes o marrón claro poco vistosas, nacen en la axila de

la hoja en grupos pequeños.

El fruto es una baya esférica, cónica o comprimida basalmente, con

exocarpio o cáscara delgada de color verde o amarillo bronceado,

generalmente en la parte apical, rodeada de una coloración bruno

plateada. El mesocarpio es de sabor y aroma muy agradable, color

amarillo intenso, textura harinosa, de consistencia suave en el cultivar

“lúcuma seda” y dura en el cultivar “lúcuma palo”. El endocarpio

hollejo que envuelve a la semilla es delgado y amarillo claro.

El tamaño del fruto varía de 2 a 10 cm. de diámetro, siendo los

tamaños mayores en las plantas de cultivares mejorados.

2.1.1.2.- Ecología y adaptación

Se encuentra silvestre en los valles interandinos con precipitación

pluvial ente 1,000 a 1,800 mm/año, temperaturas medias de 20 a 22°

C, pero sin riesgo de heladas. Se adapta bien a condiciones

6

desérticas de la costa del Pacífico, pero con riego. No se ha probado

su adaptación a climas de altas temperaturas y precitaciones

pluviales, como los existentes en la Amazonía, donde prospera mejor

la Lúcuma (Pouteria macrophylla).

2.1.1.3.- La planta y su cultivo

Métodos de propagación :

La propagación se hace por semilla y por injerto. La semilla debe ser

sembrada después de quitarle la cáscara. La germinación empieza

entre los 25 y 40 días máximo 90 días, no siendo uniforme, debido al

diferente grado de maduración de semillas.

Es recomendable efectuar la siembra en bolsas con substrato,

porque el prendimiento de las plantas trasplantadas a raíz desnuda

es muy bajo. El injerto puede hacerse con las plantas en las bolsas,

a los ocho meses de la siembra o en campo definitivo, cuando las

plantas tengan el grosor de un lápiz. En este último caso se

trasplantan en julio y se injerta en septiembre. El injerto utilizado es el

terminal simple o el terminal simple o el terminal de doble lengüeta.

Rendimiento :

La siembra en campo definitivo se efectúa a distancia que varían a 5

a 6 m. entre surcos y 4 a 5 m entre plantas. Un distanciamiento

aconsejable sería el de 5 por m. el de 6 m. entre surcos por 4 m.

entre plantas. Cuando se transplantan plantas injertadas, el injerto

debe tener por lo menos 10 cm. y seis hojas desarrolladas.

La lúcuma normalmente desarrolla la copa equilibrada, pero es

necesario darle podas de formación para lograr plantaciones

uniformes. En el primer año se debe cortar el tallo principal a un

metro del suelo, para promover la formación de brotes laterales, de

los que se debe escoger tres a cuatro a diferente altura, para formar

la base de la copa. En el segundo año se cortan las ramas primarias

a 30 a 40 cm. de su base, para abrir la copa y lograr un conjunto

7

armonioso. Se debe eliminar los brotes que se encuentran en el

interior de la planta, así como los chupones o mamones que crecen

desde la base de la planta. A partir del tercer año las podas son

solamente de limpieza.

La producción se inicia al cuarto año en plantas injertadas y al quinto

o sexto año en plantas francas. La producción máxima se alcanza al

décimo año, pudiendo llegar hasta 300 frutos por árbol, con 1540 a

200 g por fruto.

La producción de fruta en una plantación a 6 por 5 m. puede ser

estimada como sigue :

Año T/ha Año t/año

1 - 6 5.0

2 - 7 8.0

3 - 8 12.0

4 1.0 9 16.0

5 2.5 10 18.0

2.1.1.4.- Principales plagas y enfermedades

a) Control

Las principales plagas que afectan al cultivo de la lúcuma son la

mosca de la fruta, el gusano peludo, la queresa hemisférica y la

mosca blanca. La mosca de la fruta (anastrepa serpentina), oviposita

en los frutos cuando éstos se acercan a la maduración y sus lavas

causan pudrición. Se controla mediante cebos a base de insecticida

y de una sustancia atrayente (proteína hidrolizada). El gusano u

8

oruga peluda (Clutomulus spp), cubierto por pelos grises, con

mechones negros en la parte anterior del cuarpo, devora las hojas de

la planta. Tiene un controlador biológico, la mosca parásita

Achaeroneura spp. La queresa hemisférica (Sassetla coffeae)

localiza su ataque en las nervaduras centrales de la hoja; cuando

recién se presenta se controla con aplicaciones de desmanche con

productos fosforados, pero cuando se ha extendido se debe aplicar

aceite agrícola. La mosca blanca (Aleutothrixus spp) se localiza en la

parte inferior de la hoja; la secreción de miel por el insecto atrae a

las hormigas y favorece la formación del hongo de la fumagina. Se

controla con desmanches a base de productos fosforados.

Entre las enfermedades, la única de importancia en las zonas donde

no llueve es el oidium ( Oidium spp.) en que ataca principalmente las

hojas tiernas, formando manchas blanquecinas y pulverulentas en

ambos lados de la hoja. Se controla con fungicidas a partir de azufre

o productos orgánicos.

b) Tecnología de cosecha u post- cosecha :

La fruta está lista para cosecharse cuando la cáscara presenta un

ligero color amarillo verdoso, ocurriendo ocho a nueve meses

después de la floración. En este caso la fruta puede ser transportada

a cortas distancias y debe ser comercializada en unos pocos días.

Sin embargo, no todas las frutas muestran el cambio de color,

algunas solamente disminuyen la dureza del epicarpio cuando

maduran. Si la fruta se cosecha antes de tiempo, no llega a madurar,

se arruga y toma un sabor desagradable.

No se tiene prácticas especiales de post- cosecha, no obstante, de

manera general se sugiere mantener la fruta cosechada en la sombra

(para evitar la formación de manchas y escaldaduras en la cáscara),

9

utilizar embalajes de 6 a 8 kg. Como máximo y forrar los embalajes

de madera con papel periódico, para evitar daños en la cáscara.

2.1.1.5.- Perspectivas del Mejoramiento Genético.

La diversidad genética es muy apreciable, existiendo dos tipos :

“lúcuma seda” y “lúcuma palo”, correspondiendo a la menor o

mayor dureza del mesocarpio o pulpa de la fruta madura. También

existe diversidad por tamaño y forma de la fruta, color de la cáscara

(de verde a verde amarillento) y de la pulpa (de amarillo claro a

amarillo intenso) y aroma de la fruta.

La Universidad Nacional Agraria “La molina” y el INIA “Molina”,

tienen selecciones de cultivares mejorados por precocidad y

características de pulpa.

Asimismo , los viveristas de la costa peruana tienen identificadas

plantas de características agronómicas favorables. Sin embargo,

este germoplasma no es mantenido ni evaluado de manera

sistemática.

2.1.1.6.- Composición química del valor nutricional

El siguiente cuadro muestra la participación porcentual de las

diferentes partes del fruto en variedades sembradas en la costa

peruana.

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Cuadro N °.1

Composición porcentual del fruto de lúcuma

Componente %

Pulpa 69 a 82

Cáscara 7 a 15

Hollejo 2 a 3

Semilla 8 a 14

Fuente: Oscar Malca; Miriam Ugarte y Zaragoza Ramos

Kathy. “Seminario de Agronegocios” Lúcuma. U. Del

Pacífico. Facultad de Administración. Lima. 2000. pp. 10

11

Cuadro Nº 2

Composición química de la lúcuma en 100 gr. de fruta

COMPÒSICIÒN VALOR

Energía (Kcal) 99

Agua (gr) 72.3

Proteínas (gr) 1.5

Grasa (gr) 0.5

Carbohidratos (gr) 25

Fibra (gr) 1.3

Ceniza (gr) 0.7

Calcio (mg) 16

Fósforo (mg) 26

Hierro (mg) 0.4

Retinol (ug) 355

Tiamina (mg) 0.01

Riboflavina (mg) 0.14

Niacina (mg) 19.6

Ac. Ascòrborico (mg) 2.2

Fuente: www.alimentacion.org.ar

12

2.2.- El Secado

La operación de secado es una operación de transferencia de masa de

contacto gas- sólido, donde la humedad contenida en el sólido se

transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia

entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial

de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan,

se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado

cesa.

 

El estudio del secado es de trascendental importancia en Ingeniería

Química, debido a que es una operación unitaria básica, para el manejo

de productos sólidos. Entre las operaciones unitarias, el secado, en su

forma más primitiva es la primera de todas, pues el hombre desde que fue

nómada, secó frutos utilizando la energía solar, no obstante, formas más

elaboradas del secado han surgido. Aún así, el secado por energía solar,

es una forma alternativa, utilizada en procesos de gran volumen y poca

velocidad como el secado de granos, sobre todo de café.

En términos generales, el término secado se refiere a la eliminación de

líquidos, en cantidades grandes, de un material sólido, por medio de

vapor arrastrado por un gas. El líquido a remover, es generalmente agua,

no obstante hay otros.

 

Existen procesos químicos industriales importantes en los cuales

conviene el secado, entre otros, está el secado de la sal, la cual es

pasada, una vez cristalizada por un túnel de aire, para eliminar el exceso

13

de humedad en la misma, también se puede mencionar el secado del

carbón, de productos alimenticios, de arena, entre otros.

 

Es usual el uso del secado como medio de preservación de

materiales biológicos, en ocasiones, se llega hasta el límite de

deshidratación, para disminuir la actividad bacteriana o microbiológica en

general. Esto se debe, a que la actividad microbiológica cesa a niveles de

humedad menores del 10%.

 

De acuerdo con el tipo de proceso de secado, se puede separar el

proceso, en proceso continuo y proceso batch. En general, se comprende

por secado continuo, el secado en procesos en los que no hay

acumulación de sólidos en un recipiente cerrado. Obviamente, el proceso

batch, es el proceso en el cual se alimenta un secador y se termina la

operación en el momento en que se extrae todo el material alimentado.

De acuerdo con las condiciones en que se realiza el secado, pueden

mencionarse los secadores en los cuales el calor se añade directamente

a los materiales, por medio de aire caliente y a presión atmosférica. Otro

método de secado consiste el secado al vacío, en el cual se trabajan

materiales termolábiles. Finalmente está el secado en la liofilización, el

agua se sublima directamente del material congelado.

Se entiende que es seguro un nivel de humedad por debajo del cual

se reduce la actividad respiratoria de los granos y se dificulta el ataque de

insectos y hongos. Dicho nivel varia con los distintos tipos de granos,

pero, para las condiciones brasileñas y los granos más comunes, abarca

una gama entre 10 y 14% de humedad expresada sobre base húmeda.

  Se han secado productos agrícolas desde los albores de la

civilización. Al comienzo no habia preocupación por el almacenamiento, y

14

la disminución de la humedad se producía en el campo mismo. Era un

"secado" que se realizaba en las condiciones naturales del ambiente,

dictadas principalmente por la energía solar incidente y el movimiento del

aire, es decir por el viento. Más adelante se intentó controlar

parcialmente las condiciones del secado, y éste pasó a realizarse en

hornos especiales o en recintos calentados. Recién entre la Primera y

Segunda Guerras Mundiales se construyeron diversas unidades

experimentales de secado. En aquella época sólo funcionaban algunas

unidades comerciales, las que se destinaban, fundamentalmente, a la

deshidratación de frutas, verduras, heno y al secado de semillas de maíz.

Después de la Segunda Guerra Mundial se hicieron comunes las

grandes unidades de secado de granos comerciales, y en las haciendas

se empezó a secar grandes cantidades de ellos.

  Este aumento en la demanda de secado fue consecuencia del

desarrollo de los métodos mecánicos de cosecha. En América Latina, una

parte importante de la producción de granos se seca todavía en forma

primitiva, es decir, se seca en el campo durante largos períodos. El uso

de esta técnica acarrea elevadas pérdidas de producción, puesto que los

granos quedan expuestos, durante lapsos prolongados, a condiciones

adversas y a la acción de depredadores.

Hay consenso, entre los técnicos del sector almacenados de que el

secado de granos a bajas temperaturas presenta buenas perspectivas de

aplicación en el país, principalmente ante la necesidad de ampliar la

capacidad de almacenamiento de las haciendas, para lo cual esta

tecnología reviste especial interés económico.

  El secado a bajas temperaturas viene atrayendo, además, al sector

productor de semillas, puesto que con tal sistema se puede mantener la

calidad del producto cosechado mejor que con el uso de secadores que

funcionan a temperaturas elevadas.

15

  Se espera que este trabajo sirva a los profesionales que se

dedican a este campo de la ingeniería agrícola y llene el vació que

significa la dificultad de encontrar literatura nacional sobre el tema.

 

Al llegar a la madurez fisiológica, los productos agrícolas y en

especial los granos, presentan en la mayoría de los casos, un contenido

máximo de materia seca. Seria recomendable cosechar los granos en ese

punto de desarrollo, desde el punto de vista del rendimiento máximo de la

producción. No obstante, varios factores limitan esa posibilidad,

destacándose entre ellos el contenido de humedad de los granos.

  Al comienzo de la etapa de madurez fisiológica, los granos

presentan, además del contenido máximo de materia seca, un elevado

porcentaje de agua. Esta condición acarrea algunas dificultades, pues los

granos no resisten los procedimientos mecánicos de recolección y demás

operaciones de tratamiento. Es preciso esperar, entonces, que la cosecha

se realice "tan pronto" como los granos lo soporten. Esta técnica ofrece

algunas ventajas, como son: un mayor porcentaje de materia seca (como

ya se mencionó), menor contaminación del producto en el campo, menor

pérdida por ataque de depredadores, mayor porcentaje de germinación y

vigor y otras.

El mayor inconveniente de la cosecha de productos húmedos es la

necesidad de reducir su contenido de humedad a niveles seguros para su

almacenamiento, siendo un proceso que exige un gran consumo de

energía. En general el secado artificial de granos es una técnica poco

difundida en América Latina. En las regiones en que se la conoce,

normalmente está mal utilizada. En consecuencia, hay elevadas pérdidas

de granos en esos países.

16

2.2.1.- Contenido de humedad de equilibrio

 

Al igual que todo proceso de transferencia, el motor principal de la

transferencia es un gradiente. Por ejemplo, en la transferencia de

momentum, el gradiente era de presión (o altura, que induce una presión),

para la transferencia de calor, era un gradiente térmico, en este caso, es

un gradiente de concentración, más específicamente para secado de

concentración de líquido en la corriente de vapor y el sólido, que se

entiende como humedad.

 

Cuando se coloca en un secador un sólido, debido a la gran

cantidad de aire que se hace fluir, a pesar que el aire se humedece, su

variación de humedad no es considerable, por ende se considera como

una humedad constante. El comportamiento de la humedad de un sólido

con respecto del tiempo es decreciente asintótico, este valor límite al cual

tiende la humedad luego de un tiempo suficientemente largo, supuesto

infinito, se considera como su humedad al equilibrio, que es el contenido

de humedad mínimo para una humedad de aire determinada. Este valor

se expresa en lb de H2O por lb de sólido seco, o bien Kg.

  Este tipo de datos suele estar tabulado en manuales específicos

para cada material, no obstante, para materiales biológicos, estos datos

suelen tomarse experimentalmente, lo cual no supone una técnica en

exceso complicada, sino todo lo contrario, intuitiva.

  A toda humedad que sobrepase la humedad en equilibrio, se le

considera la humedad libre, que es la que obviamente puede ser

removida aún del sólido. Nótese que esta temperatura de equilibrio,

depende únicamente o casi solo de las propiedades del gas, es decir,

humedad relativa, temperaturas de bulbo húmedo y seco, entalpía, etc.

17

2.2.2.- Formas de enlace de la humedad con el material.

El mecanismo del proceso de secado depende considerablemente de

la forma de enlace de la humedad con el material: cuanto más sólido

es dicho enlace, tanto más difícil transcurre el secado. Durante el

secado el enlace de la humedad con el material se altera.

Las formas de enlace de la humedad con el material se clasifican en:

químico, físico-químico y físico- mecánico (Kasatkin, 1985).

La humedad ligada químicamente es la que se une con mayor solidez

al material en determinadas proporciones (estequiométricas) y puede

eliminarse sólo calentando el material hasta altas temperaturas o

como resultado de una reacción química. Esta humedad no puede ser

eliminada del material por secado.

Durante el secado se elimina, como regla, sólo la humedad enlazada

con el material en forma físico-química y mecánica. La más fácil de

eliminar resulta la enlazada mecánicamente que a su vez se subdivide

en: humedad de los macrocapilares y microcapilares ( capilares con el

radio medio mayor y menor de 10-5 cm). Los macrocapilares se llenan

de humedad durante el contacto directo de ésta con el material,

mientras que en los microcapilares la humedad penetra tanto por

contacto directo, como mediante la adsorción de la misma en el medio

ambiente. La humedad de los macrocapilares se elimina con facilidad

no sólo por secado, sino que también empleando métodos mecánicos.

El enlace físico-químico une dos tipos de humedad que difieren por la

solidez del enlace con el material: la humedad ligada osmóticamente y

por adsorción.

La primera llamada también humedad de hinchamiento, se encuentra

dentro de las células del material y se retiene por las fuerzas

osmóticas. La segunda se retiene sólidamente sobre la superficie y en

los poros del material. La humedad de adsorción requiere para su

eliminación un gas con una energía considerablemente mayor que la

utilizada para eliminar la humedad de hinchamiento. La existencia de

18

estos tipos de humedad especialmente se manifiesta en materiales

coloidales y poliméricos (Kasatkin, 1985).

2.2.3.- Definiciones fundamentales.

Contenido de humedad, base seca: x

Contenido de humedad, base húmeda:

2.2.4.- Humedad de equilibrio: x*, Humedad del sólido cuando su

presión de vapor se iguala a la presión de vapor del gas. Es decir,

humedad del sólido cuando está en equilibrio con el gas.

2.2.5.- Humedad libre: x- x*, Es la humedad del sólido; que es la

humedad que está en exceso con relación a la humedad de equilibrio.

Es ésta la humedad que se puede evaporar y depende de la

concentración de vapor en la corriente gaseosa.

Existen otras definiciones como humedad límite; que es la humedad

del sólido que ejerce una presión de vapor de equilibrio menos que

aquella que ejerce el líquido puro a la misma temperatura y la

humedad no límite que es la humedad del sólido que ejerce una

presión de vapor igual a la del líquido puro a la misma temperatura.

2.2.6.- Clasificación de la operación de secado.

Las operaciones de secado pueden clasificarse ampliamente según

que sean por lotes o continúas. Estos términos pueden aplicarse

específicamente desde el punto de vista de la sustancia que está

19

secando. Así, la operación denominada secado por lotes,

generalmente es un proceso en semilotes, en donde una cierta

cantidad de sustancia que se va a secar se expone a una corriente de

aire que fluye continuamente, en la cual se evapora la humedad. En

las operaciones continuas, tanto la sustancia qué se va a secar, como

el gas pasan continuamente a través del equipo. Generalmente, no se

utilizan métodos normales por etapas; en todas las operaciones ocurre

el contacto continuo entre el gas y la sustancia que se seca. El equipo

que se utiliza para el secado se puede clasificar de acuerdo con el tipo

del equipo y por la naturaleza del proceso de secado .

La clasificación siguiente es útil para delinear las teorías de secado y

los métodos de diseño.

1. Método de operación, o sea, por lotes o continuo. El equipo por

lotes, o semilotes, se opera intermitente o cíclicamente en condiciones

‘de estado no estacionario: el secador se carga con la sustancia, que

permanece en el equipo hasta que se seca; entonces, el secador se

descarga y se vuelve a cargar con un nuevo lote. Los secadores

continuos generalmente se operan en estado estacionario.

2. Método de obtención del calor necesario para la evaporación

de la humedad. En los secadores directos, el calor se obtiene

completamente por contacto directo de la sustancia con el gas caliente

en el cual tiene lugar la evaporación. En los secadores indirectos, el

calor se obtiene independientemente del gas que se utiliza para

acarrear la humedad evaporada. Por ejemplo, el calor puede

obtenerse por conducción a través de una pared metálica en contacto

con la sustancia o, con menos frecuencia, por exposición de la

sustancia a radiación infrarroja o calentamiento dieléctrico. En este

ultimo caso, el

calor se genera dentro del sólido mediante un campo eléctrico de alta

frecuencia.

20

3. Naturaleza de la sustancia que se va a secar. La sustancia puede

ser un sólido rígido como madera o triplay, un material flexible como

tela o papel, un sólido granular, como una masa de cristales, una

pasta ligera o un lodo ligero, o una solución. Si es un sólido, puede ser

fragil o fuerte. La forma física de la sustancia y los diferentes métodos

de manejo necesarios tienen tal vez, la mayor influencia sobre el

secador que se va a utilizar.

. Un aparato típico, mostrado esquemática.

mente en la figura 1, consta de un gabinete que contiene platos

móviles sobre los cuales se coloca el sólido por secar. Una vez

cargado, el gabinete se cierra y se introduce aire calentado con vapor

a través y entre los platos, para evaporar la humedad (secado por

circulación cruzada). Se puede utilizar un gas inerte, aun calor

sobrecalentado [‘* W (que tiene la ventaja de una alta capacidad

calorífica) en lugar de aire si el líquido que se va a evaporar es

21

combustible o si el oxígeno puede estropear el sólido. Cuando el

sólido alcanza el grado de sequedad querido, el gabinete se abre y los

platos se reemplazan con un nuevo lote.

Los equipos utilizados para secar se pueden clasificar también de

acuerdo a cualquiera de estas categorías:

I. Métodos de operación: Continuos ó Discontinuos.

II. Métodos de propiciar el calor necesario para la evaporación de la

humedad: En secaderos directos e indirectos

III. Naturaleza de la sustancia a secar: Puede ser la sustancia un

sólido rígido como la madera, un material flexible como el papel o la

tela, un sólido granular tal como la masa de cristales, una pasta

espesa o delgada o una solución. Es probable que la forma física de la

sustancia y los distintos métodos de manipulación empleados, ejerzan

la influencia más grande en el tipo de secadero a utilizar.

2.2.7.- Tipos de secaderos.

Desecación con aire caliente:

1.- Secadero de dos plantas:

Este secadero consiste básicamente en un edificio de dos plantas.

En la planta baja se sitúa un horno o quemador y en ella el aire

caliente y los productos de la combustión ascienden, por

convección natural o forzada, y penetran a través del piso

enrejillado de la segunda planta, sobre el que se esparce el

producto húmedo en forma de capa uniforme. El aire húmedo se

elimina por una chimenea situada en el piso superior. Es preciso

rastrillar o voltear el producto regularmente. Los principales

inconvenientes son los largos tiempos de desecación y la falta de

control de las condiciones de desecación. Este tipo de secaderos

22

se emplea principalmente para desecar lúpulo, rodajas de

manzana y malta.

2.- Secadero de cabina, bandejas o compartimentos:

Consiste en una cabina aislada provista interiormente de un

ventilador para circular el aire a través de un calentador; el aire

caliente sale por una rejilla de láminas ajustables y es dirigido bien

horizontalmente entre bandejas cargadas de alimento o bien

verticalmente a través de las bandejas perforadas y el alimento. El

secadero dispone de reguladores para controlar la velocidad de

admisión de aire fresco y la cantidad deseada de aire de

recirculación. Resultan relativamente baratos de construcción y de

mantenimiento y son muy flexibles. Se utilizan principalmente para

desecar frutas y verduras.

3.- Secaderos de túnel:

Permite desecar frutas y verduras de forma semicontinua con una

gran capacidad de producción. Consiste en un túnel que puede

tener hasta unos 24 metros de longitud con una sección transversal

rectangular o cuadrada de unos 2 por 2 metros. El producto

húmedo se extiende en capas uniformes sobre bandejas de

listones de madera o malla metálica. Las bandejas se apilan en

carretillas o vagonetas dejando espacios entre las bandejas para

que pase el aire de desecación. Las carretillas se introducen de

una en una, a intervalos adecuados en el túnel de desecación. El

aire se mueve mediante ventiladores que lo hacen pasar a través

de calentadores y luego fluye horizontalmente entre las bandejas,

aunque también se produce cierto flujo a través de las mismas.

Los secaderos de túnel se clasifican de acuerdo al sistema

utilizado:

23

- sistema concurrente

- sistema contracorriente

- sistema de flujo transversal

- túnel simple o de salida de aire central

4.- Secadero de transportador:

El principio de este tipo de secadero es similar al túnel de

desecación pero el producto húmedo es conducido a través del

sistema sobre una cinta transportadora que sustituye a las

carretillas. Los secaderos de transportador se utilizan en la

desecación de frutas y verduras picadas de diferentes clases.

5.- Secadero de tolva:

Consiste en una caja con un falso fondo o base de malla metálica.

Un ventilador hace pasar el aire sobre un calentador y el aire

caliente seguidamente asciende a través del producto a velocidad

relativamente baja. Este tipo de secadero se aplica principalmente

al “acabado” de productos vegetales desecados en otros tipos de

secadero, reduciendo el contenido de humedad desde alrededor

del 15% hasta un 3% aproximadamente.

6.- Secadero de lecho fluidizado:

El aire caliente es forzado a través de un lecho de sólidos de forma

tal que los sólidos queden suspendidos en el aire. El aire caliente

actúa tanto como medio fluidizante como de desecación. Pueden

operar de forma discontinua o continua. Se ha aplicado bien

comercialmente o a escala experimental a una diversidad de

productos con éxito variable, como guisantes, alubias, zanahorias,

cebollas, gránulos de patata, cubos de carne, harina, cacao, café,

24

sal y azúcar. También se utilizan lechos para aglomerar y revestir

polvos secos.

7.- Secadero neumático:

El producto húmedo se mantiene en suspensión en una corriente

de aire caliente, que lo transporta a través del sistema de

desecación. Es como una desecación en lecho fluidizado

empleando velocidades de aire más altas.

El producto de alimentación se introduce en una fuerte corriente de

aire caliente y los sólidos son transportados por la corriente de aire

a través de conductos de suficiente longitud para que el tiempo de

residencia sea adecuado. Los secaderos neumáticos se han usado

en la manipulación de muchos productos alimenticios como granos

de cereales y harinas, patatas granuladas, cubos de carne y como

secaderos secundarios de la leche en polvo y ovoproductos.

8.- Secadero rotatorio:

El producto húmedo se hace girar entre una cámara cilíndrica por

la que pasa el aire caliente, mientras que el producto se mantiene

en agitación. En algunos casos también se calienta la pared de la

cámara o se instalan tubos calentadores en el interior del cilindro.

La cámara cilíndrica de acero se monta sobre rodillos quedando

ligeramente inclinada. La superficie interior de la cámara se haya

provista de aletas batidoras que remueven el producto al girar la

cámara, haciendo que el producto caiga a través de la corriente de

aire caliente que pasa por el cilindro. El aire puede fluir

concurrentemente o a contracorriente respecto a la dirección del

movimiento de los sólidos. Este tipo de secadero solo ha

encontrado aplicación limitada en la industria de los alimentos,

habiéndose empleado por ejemplo en la desecación de

25

comprimidos de carne, azúcar granulado y en el tratamiento de las

semillas de cacao.

9.- Secadero atomizador:

Se usa profusamente en la industria de los alimentos para desecar

soluciones y papillas. El producto se introduce en una cámara de

desecación en forma de fina lluvia entrando así en íntimo contacto

con una corriente de aire caliente, lo que permite una desecación

muy rápida obteniéndose un polvo seco. Las principales

características de este tipo de desecación son los tiempos de

desecación muy cortos y las temperaturas relativamente bajas que

alcanza el producto. Los componentes esenciales del secadero

atomizador son: sistema de calentamiento y circulación del aire, el

atomizador, la cámara de desecación y el sistema de recuperación

del producto. Su uso es en leche descremada y entera, suero,

mezcla para fabricar helados, mantequilla, queso, alimentos para

bebés basados en leche, café, té, huevos, zumos de frutas y

verduras, proteínas comestibles, extractos de carne y productos

derivados del trigo y otros cereales.

2.2.8.-Mecanismos y cinética de secado. Transferencia de

masa y calor.

Un elemento fundamental en el proceso de secado es el estudio de

la intensidad de la trasferencia de masa en el mismo. Para esto es

necesario conocer los elementos más útiles de la transferencia de

calor y masa que funcionen en los secaderos de contacto directo.

Según Madariaga (1995), esta depende de una serie de factores

que van desde condiciones internas a externas.

26

Las condiciones externas están definidas por la resistencia a la

transferencia de calor y de masa de la capa límite del gas, y en el

caso que predominen, el secado no dependerá de las

características del sólido sino de las condiciones del gas, y estará

controlado por la transferencia de masa y calor entre el gas y la

superficie del sólido, empleándose en la evaporación todo el calor

que se recibe del gas, la cual se comporta como una superficie

libre de agua.

Las condiciones internas están definidas, por la transferencia de

calor y de masa a través del sólido. En el caso que predominen, es

decir, que la resistencia a la transferencia de masa a través del

material sea muy superior a la de la capa límite del gas, la difusión

interna controlará el proceso y lo más importante será las

propiedades del sólido.

Cuando se seca un sólido se producen dos procesos

fundamentales y simultáneos:

- Transmisión del calor para evaporar el líquido.

- Transferencia de masa en humedad interna y líquido evaporado.

Independientemente del mecanismo de transmisión de calor el cual

puede ser por conducción, convección, radiación o una

combinación de cualquiera de estos, el calor tiene que pasar

primero a la superficie exterior y desde esta al interior del sólido.

Excepto el secado por electricidad de alta frecuencia, que genera

el calor intercambiante, esto conduce a la circulación de calor

desde el interior hasta la superficie exterior (Menon and Mujundar,

1992) (Treybal, 1965) (Chemical. Eng. 1986). También se ha

reportado otro tipo de secado llamado secado por sublimación.

En el secado por convección el calor necesario para la evaporación

del líquido se transmite por un agente gaseoso o un vapor que

pasa por encima del sólido o lo atraviesa.

En el secado por conducción el producto que debe secarse se

encuentra en recipientes calentado o se desplaza por encima de

27

estos. El calor también se difunde en el sólido a través de la

conductividad del propio sólido (Chemical. Eng. 1980).

En el secado por radiación el calor se transmite por las superficies

radiantes próximas.

En el secado dieléctrico la energía es generada en el interior del

propio material mediante un campo electromagnético de alta

frecuencia en la zona de microondas (De La Peña Vilar ,1994).

También se reporta en la literatura el secado por sublimación,

denominando así al secado en estado de congelación al vacío

profundo. Según el método de transmisión del calor este

procedimiento es análogo al secado por conducción pero debido a

sus peculiaridades el secado por sublimación se destaca como un

grupo especial (Kasatkin, 1985).

2.2.9.- -Movimiento de la humedad dentro del sólido.

Cuando se produce la evaporación superficial, debe haber un

movimiento de humedad desde las profundidades del sólido hacia

la superficie.

La naturaleza del movimiento influye en el secado en los períodos

de caída del régimen (Menon & Mujundar, 1992).

A continuación se explicarán brevemente algunas de las teorías

que se adelantaron para explicar el movimiento de la humedad y la

relación de ésta con las curvas de régimen.

1. Difusión líquida: Se puede producir la difusión de la humedad

líquida debido a los gradientes de concentración entre las

profundidades del sólido, donde la concentración es alta y la

superficie donde ésta es baja (Treybal, 1965).

2. Movimiento capilar: La humedad no límite en sólidos granulares y

porosos tales como arcillas, pigmentos de pinturas y otros

semejantes, se traslada a través de capilares e intersticios de los

sólidos mediante un mecanismo que implica tensión superficial.

Los capilares se extienden desde pequeños receptáculos de

28

humedad dentro del sólido hasta la superficie de secado. A medida

que se lleva a cabo el secado, al principio la humedad se traslada

por capilaridad hacia la superficie con suficiente rapidez, siendo

constante el régimen de secado.

3. Difusión de vapor: Especialmente si se suministra calor a

una superficie de un sólido mientras en otra el secado continua, se

puede evaporar la humedad debajo de la superficie, difundiéndola

hacia afuera como vapor. También se puede evaporar debajo de la

superficie, las partículas de humedad existentes en sólidos

granulares en forma aislada de la porción mayor de humedad que

fluye a través de los capilares.

4. Presión: Durante el secado debido a la concentración de las

capas externas de un sólido, se puede compeler la humedad

hacia la superficie. Usualmente solo podemos conjeturar sobre

cual de los mecanismos es el apropiado para cada sólido en

particular, debiendo apoyarnos en el trabajo más o menos empírico

de los regímenes experimentales de secado.

2.2.10 .-Curvas fundamentales de secado.

La cinética de secado de un material no es mas que la

dependencia de la humedad del material y de la intensidad de

evaporación con el tiempo o variables relacionadas con este, como

la propia humedad o las dimensiones del equipo.

La intensidad de evaporación se determina a través de la velocidad

de secado, que es el cambio de humedad (base seca) en el

tiempo.

A partir de las curvas de cinética de secado (x vs t, dx/dt vs x), que

deben ser obtenidas a nivel de laboratorio, puede tenerse una idea

del tiempo de secado, del consumo de energía, del mecanismo de

migración de humedad, de las condiciones predominantes en la

transferencia de calor y masa y de la influencia que tienen en la

29

velocidad de secado las variables del proceso tales como:

temperatura, humedad de entrada, velocidad del aire, etc.

Por todo esto es que determinar las curvas de secado constituye

uno de los objetivos fundamentales de este trabajo.

Curvas de régimen de secado.

Se puede obtener abundante información si se convierten los datos

a regímenes de secado, expresados como N (lb de humedad

evaporada/ h· pie2), y se lleva a un gráfico en función del contenido

de humedad. Se puede hacer esto midiendo las pendientes a las

tangentes trazadas a la curva de humedad contra tiempo, o por

medio de la determinación en base a la curva, de pequeños

cambios x en el contenido de humedad para los correspondientes

cambios en el tiempo t y calculando el régimen de secado como:

N= -Ls· x/ A·t. Donde Ls es el peso del sólido seco y A es la

superficie húmeda sobre la que sopla el gas y a través de la cual

se lleva a cabo la evaporación en el caso del secado con

circulación cruzada de aire.

30

Figura 2. Curva de velocidad de secado vs humedad.

Generalmente se pueden apreciar dos partes notorias de la curva

de régimen de secado: un período de régimen constante y uno de

caída de régimen, aunque teóricamente existen o se pueden

apreciar tres etapas del proceso o períodos de secado.

Etapa A-B: Es una etapa de calentamiento (o enfriamiento) inicial

del sólido normalmente de poca duración en la cual la evaporación

no es significativa por su intensidad ni por su cantidad. En esta

etapa el sólido se calienta desde la temperatura ambiente hasta

que se alcance el equilibrio entre el enfriamiento por evaporación y

31

la absorción de calor de los gases. Este equilibrio se alcanza a la

temperatura de bulbo húmedo del gas.

Etapa B-C: Es el llamado primer período de secado o período de

velocidad de secado constante; donde se evapora la humedad libre

o no ligada del material y predominan las condiciones externas. En

este período el sólido tiene un comportamiento no higroscópico. La

velocidad de secado se mantiene constante si el gas tiene un

estado estacionario y en general depende solo de las propiedades

y velocidad del mismo. Si durante el proceso, el gas se enfría, la

velocidad de secado decrece pero sigue en esta zona dependiendo

de factores externos al sólido. Durante este período la temperatura

del sólido se mantiene igual a la de bulbo húmedo del gas, ya que

se mantiene el equilibrio alcanzado al final de la etapa de

calentamiento.

Etapa C-E: Es el segundo período de secado o período de

velocidad de secado decreciente; donde se evapora la humedad

ligada del material y predominan las condiciones internas o las

características internas y externas simultáneamente. En estas

condiciones el sólido tiene un comportamiento higroscópico.

Durante el período, la temperatura del material sobrepasa la de

bulbo húmedo debido a que el descenso de la velocidad de secado

rompe el equilibrio térmico que mantiene estable la temperatura y

una parte considerable del calor se emplea en un calentamiento

del sólido. Ahora la humedad deberá ser extraída del interior del

material con el consiguiente incremento de la resistencia a la

evaporación.

Este período de velocidad decreciente puede dividirse en dos

partes, con diferentes comportamientos de la velocidad de secado,

la cual decrece cada vez mas al diminuir la humedad del sólido.

Esto implica dos modelo de secado diferente en dicha zona.

32

Un parámetro muy importante a determinar en los materiales a

secar es la humedad a la cual se cambia del primero al segundo

período, llamada humedad crítica. Esta depende del tipo del

material y de la relación de secado en el primer período.

La forma de la curva de secado en el segundo período varía en

dependencia de las características del material a secar. Existen

curvas típicas de cuerpos capilar-porosos con grandes superficies

específicas y de pequeñas superficies específicas así como de

cuerpos coloidales (Madariaga, 1995).

Se reportan algunos trabajos donde se han realizado estudios de

curvas de secado específicamente de bagazo. Guerra (1971) lo

realizó a baja temperatura y no detectó valor alguno de humedad

crítica, partiendo de una humedad del 50 %. Grobart (1973)

determinó un valor constante de humedad crítica de 44.66 % para

un rango de temperatura del aire entre 45 ºC y 70 ºC. Martínez

(1988) obtiene una gran cantidad de cinéticas de secado para

bagazo en cama fija donde se aprecia la humedad crítica alrededor

del 30 % aunque no da directamente correlaciones para

determinarla y trabaja solamente hasta una temperatura del agente

secante de 90 ºC.

Una de las tareas primarias en el estudio del secado de un sólido,

es la identificación del modelo cinético que más adecuadamente se

ajuste a los datos experimentales de secado. La adecuación de un

modelo de secado consiste en la estimación de sus parámetros

según algún criterio de comportamiento que tome en cuente la

magnitud de la humedad media del sólido y la magnitud de la

humedad calculada por el modelo propuesto (Rev. Tecnología

Química.,N°4. 1983).

Novoa y Haber (1995) realizaron un estudio de la cinética de

secado del cacao donde con el proceso de secado lograron una

disminución de la humedad del grano hasta un nivel tal que

garantiza la conservación en las debidas condiciones hasta su

33

industrialización. El método utilizado para el procesamiento de los

datos experimentales y ajustar los modelos matemáticos de las

curvas de secado, se basó en una ecuación cinética que permite

describir todo el proceso de secado incluyendo ambos períodos,

donde todos los parámetros de la ecuación se pueden determinar

fácilmente a partir de la curva de secado y las condiciones límites

(Strumillo, 1986).

De esta forma el modelo que permite realizar el ajuste a las curvas

y estimar el tiempo de secado es el siguiente:

Este método ha sido probado en la práctica para el estudio de la

cinética de secado de sólidos porosos y capiloporosos.

Novoa (1995) estima el coeficiente de transferencia de masa

mediante la expresión:

Kg = ms·k·( xi - xeq)/A

donde: k = coeficiente de velocidad de secado (min-1)

Kg = coeficiente de transferencia de masa (kg/m2 · min)

ms = peso del material seco( kg)

xi = humedad del material en un instante de tiempo ( kg/kg)

xeq = humedad de equilibrio ( kg/kg)

x1eq = contenido de humedad del material durante el período

inicial de secado o humedad crítica ( kg/kg)

x0 = humedad inicial del material ( kg/kg)

Equilibrio durante el secado.

34

Si el material a secar se pone en contacto con el aire húmedo

entonces en principio son posibles dos procedimientos: 1- secado

( desorción de la humedad del material ) siendo la presión parcial

del vapor (pm) sobre la superficie del material superior a su

presión parcial en el aire o el gas (pv), es decir para pm > pv ; 2-

humectación (sorción de la humedad del material) para pm < pv.

En el proceso de secado la magnitud pm disminuye y se aproxima

a su límite pm = pv. En este caso comienza el estado de equilibrio

dinámico, al que corresponde la humedad límite del material,

llamada humedad de equilibrio (Xeq).

La humedad de equilibrio depende de la presión parcial del vapor

sobre el material (pv) o de la magnitud de la humedad relativa del

aire (j) que es proporcional a dicha presión y se determina por vía

experimental (Treybal, 1965) (Menon and Mujundar, 1992).

Para este fin una muestra del material a secar se coloca en un

medio ambiente con distinta humedad relativa (j), siendo el

tiempo constante y se pesa periódicamente. La humedad del

material al lograr que su masa no varíe, alcanza el equilibrio.

Figura3. Dependencia entre la humedad de equilibrio del material y la humedad relativa del aire.

Habitualmente el peso constante para las muestras se logra en

una desecadora, empleando soluciones de ácido sulfúrico de

35

diferentes concentraciones y así se obtiene la dependencia entre la

humedad de equilibrio del material y la humedad relativa del aire.

La dependencia de la humedad de equilibrio del material en función

de la humedad relativa del aire se determina siendo constante la

temperatura, y por tanto, es una isoterma. La curva 1 de la figura

(.3 ) fue obtenida al evaporar (desorber) la humedad del material, o

sea, al secarlo y se denomina isoterma de desorción. La curva 2

dispuesta por encima, obtenida para el proceso inverso, es decir,

humectación del material ya secado, se llama isoterma de sorción.

La divergencia de las curvas 1 y 2 ( histéresis) indica que para

lograr una misma humedad de equilibrio del aire la magnitud (j)

durante la humectación del material debe ser mayor, que durante el

secado mismo. La causa de la histéresis probablemente se deba a

la entrada del aire en los capilares del material secado y su sorción

por las paredes de los capilares.

En estudios realizados en relación a la variación del contenido de

humedad crítica y de equilibrio de la Bentonita de Calcio con la

humedad relativa del gas (Revista tecnología Química. N° 4.,

1984), se concluye que la curva de velocidad de secado consta de

un período de velocidad constante y de un período decreciente

curvo desde la humedad crítica hasta la de equilibrio, que por ser la

curva cóncava hacia arriba indica que la humedad se elimina por

difusión desde las partes internas del material hasta la superficie,

siendo este el período que controla en el secado.

2.3.- Psicometría

El estudio detallado de las propiedades de la mezcla de aire seco y vapor

de agua es de tal importancia que constituye una ciencia aparte, la

psicometría.

La psicometría. se define como "aquella rama de la física relacionada con

la medición o determinación de las condiciones del aire atmosférico,

36

particularmente respecto de la mezcla de aire seco y vapor de agua", o

bien "aquella parte de la ciencia que está en cierta forma íntimamente

ligada a las propiedades termodinámicas del aire húmedo". Las

propiedades termodinámicas de la mezcla de aire seco y vapor de agua

revisten gran interés en la etapa de postcosecha de productos agrícolas,

por el efecto que tiene la humedad del aire atmosférico sobre el contenido

de humedad de los productos.

En la conservación y almacenamiento de productos agrícolas se emplean

diversas prácticas con participación directa de la psicrometría; una de

dichas prácticas es el secado. En el secado a bajas temperaturas en

particular, la tasa de secado depende de la capacidad del aire para

evaporar la humedad (potencial de secado), la cual es determinada por

las condiciones psicométricas del aire: temperatura y humedad relativa.

En el secado y almacenamiento, uno de los conceptos más importantes

es el contenido de humedad de equilibrio. Asf se denomina al intercambio

recíproco de humedad entre materiales higroscópicos, tales como los

granos, y el aire que los rodea; la condición de intercambio recíproco de

humedad indica el equilibrio que hay entre el aire y el material. Se

establece dicho equilibrio cuando la presión de vapor que corresponde a

la humedad del producto es igual a la presión de vapor de la humedad

presente en el aire, en condiciones fijas de temperatura. Por tanto, en los

estudios de higroscopia, las propiedades termodinámicas del aire húmedo

son de fundamental importancia.

El conocimiento de las condiciones de humedad y temperatura del aire es

de gran importancia también en muchos otros aspectos de la actividad

humana. La conservación de productos talas como frutas, hortalizas,

huevos y carnes, en cámaras frigoríficas, depende en gran medida de la

mantención de la adecuada humedad relativa del ambiente. - a pérdida de

peso depende de la humedad del aire en la cámara de almacenamiento;

si la humedad es baja, la pérdida de peso es elevada.

37

 

2.3.1.- Aire atmosférico

Por sus dimensiones y por los procesos físico-químicos que se

produjeron, el planeta Tierra posee hoy una capa gaseosa que lo

envuelve (aire atmosférico), la que constituye la atmósfera de la

Tierra y es esencial para las formas de vida que se encuentran en

ella.

El aire atmosférico se compone de una mezcla de gases, vapor de

agua y una mezcla de contaminantes, tales como humo, polvo, y

otros elementos gaseosos que no están presentes normalmente,

en lugares distantes de las fuentes de contaminación.

Por definición, existe aire seco cuando se ha extraído todo el vapor

de agua y los contaminantes del aire atmosférico. Mediante

extensas mediciones se ha demostrado que la composición del aire

seco es relativamente constante, si bien el tiempo, la ubicación

geográfica y la altura determinan pequeñas variaciones en la

cantidad de componentes. La composición porcentual, en volumen

o número de males por 100 moles de aire seco, aparece en el

Cuadro 2.

Cuadro Nº 03

Composición del aire seco

38

Substancia Fórmula Masa molecular

(kg kg-mol -1)

Porcentajes en volumen (moles/ 100 moles)

Nitrógeno N2 28,016 78,084

Oxígeno 02 32,000 20,9496

Argón Ar 39,948 0,934

Dióxido de carbono CO2 44,010 0,0314

Neón Ne 20,183 0,001818

Helio He 4,0026 0,000524

Metano CH2 16,03188 0,0002

Dióxido de azufre SO2 64,064 0,0001

Hidrógeno H2 2,01594 0,00005

Criptón Kr 83,800 0,0002

Ozono 03 48,000 0,0002

Xenón Xe 131,300 0,0002

Fuente: ASHRAE, 1977

La masa molecular aparente del aire seco es de 28,9645 kg-mol y

la del vapor de agua es de 18,1535 kg-mol, ambas en la escala del

carbono 12 (ASHRAE, 1977). El aire seco, normalmente tiene

vapor de agua asociado, lo que da origen al que se denomina aire

húmedo, que es una mezcla binaria de aire seco y vapor de agua.

La cantidad de vapor presente en la mezcla puede variar entre cero

y un valor correspondiente al estado de saturación. Esto

corresponde a la cantidad máxima de vapor de agua que el aire

puede soportar a una temperatura determinada.

 

39

2.3.2.- Propiedades termodinámicas del aire húmedo

Hay diversas propiedades termodinámicas fundamentales ligadas a

las propiedades del aire húmedo. Hay dos propiedades

independientes, además de la presión atmosférica necesarias para

establecer el estado termodinámica del aire húmedo.

Tres propiedades se relacionan con la temperatura:

a. temperatura de bulbo seco;

b. temperatura termodinámica de bulbo húmedo;

c. temperatura del punto de rocio.

Algunas propiedades termodinámicas caracterizan la cantidad de

vapor de agua presente en el aire húmedo:

a. presión de vapor;

b. razón de humedad;

c. humedad relativa;

d. grado de saturación.

Otras propiedades de fundamental importancia, relacionadas con el

volumen ocupado por el aire y con la energía del aire,

respectivamente, son:

a. el volumen específico,

b. la entalpía.

La entalpía y el volumen especifico son propiedades de la

mezcla de aire seco y vapor de agua, pero para mayor comodidad

se expresan sobre la base de una unidad de masa de aire seco.

La temperatura psicrométrica de bulbo húmedo. (Tbh) no es

una propiedad termodinámica de la mezcla de aire seco y vapor de

agua y se tratará separadamente.

40

A continuación se presenta una breve descripción de cada una de

estas propiedades.

Temperatura de bulbo seco (T)

La temperatura de bulbo seco, es la verdadera temperatura del aire

húmedo y con frecuencia se la denomina sólo temperatura del aire;

es la temperatura del aire que marca un termómetro común.

Temperatura de punto de rocio (Tpr)

La temperatura de punto de rocio, es la temperatura a la cual el

aire húmedo no saturado se satura, es decir, cuando el vapor de

agua comienza a condensarse, por un proceso de enfriamiento,

mientras que la presión y la razón de humedad se mantienen

constantes.

Temperatura termodinámica de bulbo húmedo (T*)

La temperatura termodinámica de bulbo húmedo, es la temperatura

de equilibrio que se alcanza cuando la mezcla de aire seco y vapor

de agua pasa por un proceso de enfriamiento adiabático hasta

llegar a la saturación.

Presión de vapor (Pv)

La presión de vapor, es la presión parcial que ejercen las

moléculas de vapor de agua presentes en el aire húmedo. Cuando

el aire está totalmente saturado de vapor de agua, su presión de

vapor se denomina presión de vapor saturado (PVS).

Razón de humedad (razón de mezcla) (W)

La razón de humedad del aire, se define como la relación entre la

masa de vapor de agua y la masa de aire seco en un volumen

dado de mezcla. Algunos autores confunden los términos razón de

humedad y humedad absoluta; la humedad absoluta, denominada

también densidad del vapor de agua, es la relación entre la masa

41

de vapor de agua y el volumen que ocupa la mezcla de aire seco y

vapor de agua.

Humedad relativa ()

La humedad relativa del aire, se define como la razón entre la

presión de vapor de agua en un momento dado (Pv) y la presión de

vapor de agua cuando el aire está saturado de humedad (Pvs), a la

misma temperatura. La humedad relativa se puede expresar como

decimal o como porcentaje.

Grado de saturación ()

El grado de saturación, es la relación entre la razón de humedad

real de la mezcla (W) y la razón de humedad del aire en estado de

saturación (Ws), a igual temperatura y presión atmosférica.

Entalpía (h)

La entalpía de la mezcla de aire seco y vapor de agua, es la

energía del aire húmedo por unidad de masa de aire seco, por

encima de una temperatura de referencia; dado que en ingeniería

sólo las diferencias de entalpía tienen interés práctico, el valor que

se escoja para la temperatura de referencia carece de importancia.

Volumen específico (Ve)

El volumen específico del aire húmedo, se define como el volumen

que ocupa la mezcla de aire seco y vapor de agua por unidad de

masa de aire seco. La masa especÍfica del aire húmedo no es igual

al recíproco de su volumen específica. La masa específico del aire

húmedo es la relación entre la masa total de la mezcla y el

volumen que ella ocupa.

 

42

Temperatura psicométrica de bulbo húmedo

Un psicrómetro se compone de dos termómetros, uno de ellos

envuelto en una tela constantemente humedecida (termómetro de

bulbo húmedo) y otro, al lado del primero, en simple equilibrio

térmico con el aire atmosférico (termómetro de bulbo seco). El

termómetro de bulbo húmedo recibe sobre sí un flujo de aire

constante por medio de un sistema de ventilación. Se evapora así

la humedad y se retira energía del bulbo humedo. La temperatura

baja, y al llegar al punto de equilibrio, se estabiliza. La temperatura

que registra el termómetro en esas condiciones se llama

temperatura psicrométrica de bulbo húmedo. (Tbh)

Se entiende por estado de equilibrio la situación en que el flujo de

energía del aire al bulbo del termómetro es igual a la energía

necesaria para la evaporación de la humedad. En ese estado de

equilibrio, a partir de un balance de energía, se puede escribir la

ecuación siguiente

Pv = PVS,bh - a1 P(T-Tbh)

ec.1

en que a1 se denomina constante psicrométrica, y depende de la

temperatura, de la geometría del bulbo del termómetro y de la

velocidad del aire. Varios investigadores determinaron

empíricamente los valores de la constante psicrométrica, con los

siguientes resultados:

a1 = 0,000662 °C-1 - para psicrómetros con sistema de movimiento

de aire (aspiración) de tipo ASSMANN, donde la velocidad del aire

es mayor que 3 mis.

43

a1 = 0,000800 °C-1 - para psicrómetros sin aspiración de aire,

instalado en una caseta meteorológica, donde la velocidad del aire

es del orden de 1 m/s.

a1 = 0,00120 °C (-1) - para psicrómetros no ventilados, es decir,

aire sin movimiento (en reposo).

 

2.3.3.- Grafico psicométrico

Las propiedades termodinámicas de la mezcla de aire seco y vapor

de agua que constituyen el aire atmosférico, se pueden presentar

adecuadamente en forma de gráfico, con el nombre de gráfico

psicométrico, el cual se construye según una presión atmosférica

determinada, aunque suele haber curvas de corrección para otras

presiones.

Hay diferentes gráficos psicométricos en uso. Ellos difieren en

cuanto a la presión barométrica, la banda de temperaturas, número

de propiedades comprendidas, elección de las coordenadas y

temperatura de referencia para la entalpía. El de uso más frecuente

en EE.UU. es aquél en que la razón de humedad o la presión de

vapor, que es una de las coordinadas, se gráfica en función de la

temperatura de bulbo seco, y en que la otra coordenada que se

escoge para la construcción (coordenada oblicua) es la entalpía.

En Europa en cambio, se usa el gráfico de MOLLIER, cuyas

coordenadas son la razón de humedad y la entalpía.

En el gráfico psicométrico, una vez elegidos las coordenadas, las

demás propiedades aparecen como parámetros. Dos propiedades

independientes cualesquiera, incluso la temperatura psicométrica

de bulbo húmedo, fijan el estado de la mezcla (punto de estado).

 

44

Enfriamiento con deshumedecimiento

El enfriamiento del aire, cuando se alcanza la curva de humedad

relativa máxima (<P = 100%), se tiene en el punto de roció. El

enfriamiento de ese aire, moverá el punto de estado sobre la línea

de saturación, con lo que se condensa una parte del vapor de agua

presente en el aire. En consecuencia, la razón de humedad

disminuirá.

Secado y humedecimiento adiabático del aire

La adición de humedad al aire o su extracción de él, sin aumentar

ni disminuir la energía, hace que el punto de estado se mueva

sobre una línea de entalpía constante. Si se trata de agregar

humedad, el punto se desplaza hacia arriba y si se trata de retirar

humedad, se desplaza hacia abajo. Las operaciones de

calentamiento, enfriamiento, secado y humedecimiento del aire

tienen especial Importancia en los trabajos de manejo, secado y

almacenamiento de productos biológicos.

 

Humedad relativa y déficit de presión de vapor

La medida de la humedad relativa del aire se puede obtener

mediante las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo,

medidas con un psicrómetro. La disminución de la temperatura de

bulbo húmedo depende de la cantidad de vapor de agua que

contiene el aire, además de la velocidad del aire en torno a la tela

embebida en agua destilada. El déficit de saturación se encuentra

por la diferencia entre la presión de vapor de agua saturado (PVS) y

la presión de vapor real del aire (Pv ), a la temperatura en que se

encuentra el aire. Cuando se conoce la temperatura del aire, la

presión del vapor de agua saturado (PVS). La presión de vapor de

agua real (Pv), se puede calcular con la ecuación siguiente:

45

Pv= PVS,bh - a1 P (T - Tbh) ec.2

y la presión atmosférica, de acuerdo a la altura del lugar. Luego,

recordando que la humedad relativa del aire la da

se puede determinar la humedad relativa del aire en lugares en que

no se dispone de gráficos psicrométricos, de acuerdo con la altura

local, o incluso en situaciones en que no se dispone de

psicrómetros con sistema de movimiento de aire.

2.3.4.- Ecuaciones psicométricas

Hay en la literatura ecuaciones exactas y termodinámicamente

congruentes para la razón de humedad, volumen especificó,

entalpía, grado de saturación y presión de vapor de agua saturado.

Dichas ecuaciones se elaboraron sobre la base de los conceptos

de termodinámica estadística, tomando en cuenta las fuerzas

intermoleculares que hacen que el aire atmosférico se comporte

como un gas no ideal. En ASHRAE (1977) se publican tablas de

las propiedades del aire húmedo, construidas a partir de dichas

ecuaciones.

Por la complejidad de las ecuaciones que se utilizaron en la

preparación de dichas tablas, se elaboraron ecuaciones

simplificadas que suministran resultados aproximados a los valores

reales, sobre la base del supuesto de que el aire húmedo se

comporta como un gas ideal. Estas ecuaciones simplificadas son

las que se usan para calcular parámetros psicométricos a

presiones atmosféricas diferentes de las que se usaron para

construir las tablas y gráficos psicométricos, y son adecuadas para

46

la mayoría de las aplicaciones en ingeniería. En cambio, para fines

que exijan resultados exactos, las ecuaciones de los gases ideales

son en cierto modo limitadas.

La mayoría de las veces se obtiene el valor de la temperatura de

bulbo seco junto con otro parámetro psicométrico, esto es,

temperatura de bulbo húmedo, humedad relativa o temperatura de

punto de rocío. A partir de dichas mediciones se puede obtener

una o todas las demás propiedades termodinámicas del aire

húmedo. Las ecuaciones presentadas se pueden usar para

calcular dichas propiedades Bel aire húmedo. El orden en que se

apliquen depende sobre todo de los parámetros conocidos.

2.3.5.- Higroscopia

El agua participa activamente en la formación de los cereales,

oleaginosas, y hortalizas, pues es el vehículo de transporte de las

sustancias nutritivas, a partir de hojas y raíces, que mediante

procesos bioquímicos se polimerizan en almidón, lípidos y

proteínas, durante la fase de maduración. Cuando alcanza la

madurez fisiológica, el grano se independiza de la planta y, según

las condiciones psicométricas del aire (temperatura y humedad

relativa), pierde humedad hasta el momento de la cosecha.

El comportamiento durante el almacenamiento depende de la

temperatura y del contenido de humedad que presenta el producto.

No se puede emprender ningún análisis de esta materia sin

referirse a dichos parámetros. El contenido de humedad, es decir,

la cantidad de agua contenida en el vegetal, se puede expresar

tanto en base húmeda como en base seca. La humedad con base

húmeda, Hbh, y la humedad con base seca, Hbs, se definen

47

respectivamente con las ecuaciones 14 y 15: donde mw es la masa

del agua, ms es la masa de la materia seca y mt es la masa total.

ec.3

ec.4

El contenido de humedad con base húmeda se puede expresar

tanto en decimal como en porcentaje (parte de los componentes

del material en relación con el total); en cambio, el contenido de

humedad con base seca sólo tiene sentido si se expresa en

decimal, puesto que se trata de una relación entre componentes

del material. En el comercio y la industria se emplea mayormente el

contenido de humedad con base húmeda, mientras que en ciencia

el contenido de humedad con base seca resulta más adecuado.

Para comprender el papel que desempeña el agua de los granos

en los procesos de secado y almacenamiento, es preciso

comprender primero los principios básicos que intervienen en la

fijación del agua por los componentes químicos de los granos.

Cuando dichos principios están claros se puede apreciar todo el

alcance de los diversos aspectos prácticos que tiene la relación

entre el anua contenida en los aranas y los procesos de secado Y

almacenamiento.

 

2.3.6.-Fenómeno de "sorcion"

El agua contenida en los vegetales se presenta en distintas formas,

en función de la naturaleza de las ligazones químicas que existen

48

entre los componentes de la materia seca y las moléculas de agua,

lo que determina los diferentes niveles de hidratación del producto.

Una parte del agua está estrechamente vinculada con la sustancia

adsorbente. Se compone de una capa monomolecular ligada a

determinados agrupamientos moleculares fuertemente polarizados,

tales como los hidroxilos (OH). Puede esta combinada con la

sustancia por medio de ligazones químicas, o sea, es parte

integrante de una sustancia dada. Esta forma de agua se la puede

eliminar sólo bajo rigurosas condiciones de temperatura y tiempo,

como las que se emplean para determinar la humedad de los

granos en estufa.

También se encuentra en los vegetales una cantidad de agua

contenida en una capa polimolecular que se fija sobre la aludida

capa monomolecular. Las distintas capas monomoleculares que

componen la capa polimolecular están ligadas a la materia por

medio de ligazones electromagnéticas y forman agua

pseudoligada, no solvente, sin papel biológico y fuertemente

adsorbida.

Los vegetales contienen además agua liquida bajo tensión

osmótica. Se trata de agua solvente que retienen diferentes

sustancias en las células del material biológico; aparece

débilmente adsorbida, cumple un papel biológico y puede permitir

las reacciones químicas (enzimáticas), además del desarrollo de

hongos; se elimina, en gran parte, con el secado.

Cierta cantidad de agua se puede mantener libremente en los

espacios correspondientes a los poros de los vegetales, es decir,

se mantiene débilmente en el sistema gracias a fuerzas capitales.

Esta cantidad de agua se conoce como agua de impregnación;

algunos investigadores la llaman agua libre o adsorbida. Tiene las

mismas propiedades que el agua libre. Las paredes celulares la

49

retienen mecánicamente en el vegetal; las moléculas de las

sustancias adsorbentes no se ven afectadas, actúan sólo como

estructura de soporte. La presencia de agua libre en el vegetal lo

inhabilita para el almacenamiento, puesto que puede favorecer el

desarrollo de hongos y bacterias. Este tipo de agua se evapora

fácilmente en el secado.

De acuerdo con lo anterior, el agua está adsorbida, es decir, se

mantiene en los vegetales gracias a fuerzas de atracción

molecular, o bien está firmemente ligada a la sustancia adsorbente.

El término general "sorción" se usa para denotar esta interacción

agua-sustancia adsorbente. Los términos generales adsorción y

deserción se usan especialmente para denotar el proceso de ganar

o perder agua por medio de sorción.

Esta clasificación de los tipos de agua presente en los vegetales no

es más que una clasificación en categorías habituales. Cabe tener

presente que en los sistemas coloidales, tales como los granos,

que están compuestos de varias sustancias y poseen una

estructura organizada, se presentan muchos tipos de agua ligada

en el abanico que va desde el agua libre al agua ligada

químicamente.

Isotermas de sorcion

La humedad de equilibrio se define como el contenido de humedad

de un material higroscópico después de estar expuesto a un

ambiente en condiciones controladas de temperatura y humedad

relativa, durante un lapso prolongado. Se puede decir, además,

que el material está en equilibrio higroscópico con el ambiente en

que se encuentra cuando la presión de vapor de agua

correspondiente a la humedad del material es igual a la presión de

vapor de agua del aire ambiente. Para cada especie o variedad de

50

material, la tensión de vapor tiene un valor característico acorde

con la temperatura y el contenido de humedad del material.

La importancia que tiene la obtención de datos experimentales de

equilibrio higroscópico de los productos agrícolas es bien conocida.

Dada la importancia de este concepto, por sus innumerables

aplicaciones en el secado, almacenamiento y manejo de los

productos agrícolas, se han desplegado esfuerzos para obtener

ecuaciones que expresen el contenido de humedad de equilibrio

respecto de cada producto, en función de la humedad relativa y la

temperatura del aire.

La utilidad de obtener esas ecuaciones son múltiples: a) las

variaciones continuas de temperatura y humedad del aire en

contacto con los productos almacenados originan cambios en el

contenido de humedad de equilibrio. En las investigaciones

relativas al almacenamiento, frecuentemente es preciso calcular

dicho tenor de humedad por medio de dichas ecuaciones; y b) en

los cálculos de secado, independientemente del sistema de secado

que se ocupe, los valores de contenido de humedad de equilibrio

se calculan incontables veces. Cabe destacar también la

importancia de conocer esas ecuaciones de equilibrio higroscópico,

para calcular la entalpía de la vaporización del agua de los

productos biológicos en los procesos de secado.

Los valores del contenido de humedad de equilibrio de los

productos biológicos dependen, principalmente, de la temperatura

y de la humedad relativa del aire, de la especie o variedad del

producto. La madurez fisiológica y la historia del producto, junto

con la manera en que se obtuvo el equilibrio (adsorción o

deserción), también influyen en la humedad de equilibrio.

El contenido de humedad de equilibrio de un material higroscópico,

en determinadas condiciones de temperatura y humedad relativa

51

de equilibrio, depende del camino que se siga para alcanzar el

equilibrio. Así, para una misma humedad relativa, puede haber dos

isotermas, denominadas isotermas de adsorción y de deserción,

obtenías en función de las condiciones experimentales iniciales.

Esto, porque el material puede presentar un contengo de humedad

menor o mayor que la humedad de equilibrio para las condiciones

del ambiente. Este fenómeno se llama histéresis. Las isotermas

tienen forma sigmoidal, pues la isoterma de deserción presenta

valores de humedad de equilibrio superiores al de la isoterma de

adsorción

En la literatura consultada no se encontró ninguna explicación

concluyente acerca del fenómeno de la histéresis. Una de las

explicaciones es la teoría del "frasco de tinta", que aparece en

varios trabajos. CHUNG y PFOST, (1976) pretenden explicar el

fenómeno sobre la base de la contracción del volumen que se

produce durante la deserción de humedad en el proceso de

secado. Es decir, la reducción de volumen del producto acarrea la

disminución de los puntos de ligazón disponibles para ligar el agua

con las moléculas de las sustancias, lo que conduce a la histéresis.

Hay otras hipótesis acerca de este tema en la literatura.

 

Modelos de equilibrio higroscópico

Se han propuesto diversos modelos teóricos, semi teóricos y

empíricos para expresar el contenido de humedad de equilibrio de

los granos. Pese a las investigaciones en este campo, ningún

modelo teórico ha sido capaz hasta ahora de predecir exactamente

el contenido de humedad de equilibrio de granos en todas las

gamas de temperatura y humedad relativa. Además, sólo algunos

modelos tienen en cuenta la temperatura como parámetro. Se han

propuesto modificaciones a diversas ecuaciones y, en este caso, la

52

gama de validez aumenta sustancialmente. En el Cuadro 3 se

muestran los modelos más comunes de isotermas de sorción.

La ecuación de Kelvin se aplica solamente a las humedades

relativas superiores a 95% y la ecuación de Langmuir no se aplica

a productos alimenticios. La ecuación de BET y la versión que

presenta Rounsley permiten estimar la parte de agua adsorbida en

relación con el total de agua ligada. Las ecuaciones de BET,

Harkins-Jura y Rounsley, ofrecen resultados aceptables solamente

para valores de humedad relativa inferiores a 30% La ecuación de

Henderson y la de Chung-Pfost son las que mejor expresan el

contenido de humedad de equilibrio de granos en gamas más

amplias de temperatura y humedad relativa. Las modificaciones

empíricas mejoraron sustancialmente dichas ecuaciones y las

hicieron aplicables a una mayor parte del abanico de temperaturas

y humedades relativas.

 

Ecuaciones de humedad de equilibrio para diversos productos

Ecuación de Henderson modificada

ec.5

= 1 - exp [-c1 (T + c2) (100 - He)c3], ec.6

en que la humedad relativa se expresa en decimal y la temperatura T en °C.

El Cuadro 4 muestra los valores de los parámetros de la ecuación de

Henderson modificada, respecto de diversos productos.

53

Ecuación de Chung-Pfost

He = d1 - d2 (ln - (T + d3)ln )ec.7

ec.8

en que la humedad relativa y se expresa en decimal y la temperatura T en °C.

Cuadro Nº 03 Ecuaciones de isotermas de sorción

ECUACION AUTOR

Kelvin (1871)

Langmuir (1918)

B.E.T (1938)

= exp(k3-K4/H2) Harkins-Jura(1944)

H = k5-k6 In(1- )Smith (1947)

= 1-exp[-(k7THk89] Henderson(1952)

Rounsley (1961)

Chung-Pfost (1967)

Fuente: FORTES y OKOS (1981)

54

Cuadro Nº 04 Parámetros de la ecuación de Henderson modificada, respecto de diversos productos

PRODUCTO c1 c2 c3

Cebada 2,2919 x 10-5 195,267 2,0123

Frijol comestible 2,0899 254,23 1,8812

Maíz 8,6541 49,810 1,8634

Maní en grano 65,0413 50,561 1,4984

Maní con cáscara 6,6587 23,318 2,5362

Arroz con cáscara 1,9187 51,161 2,4451

Sorgo 0,8532 113,725 2,4757

Soja 30,5327 134,136 1,2164

Trigo (durum) 2,5738 70,318 2,2110

Trigo (duro) 2,3007 55,815 2,2857

Trigo (blando) 1,2299 64,346 2,5558

Yuca 0,2892 64,3551 1,7267

Cacao 4,1942 0,0 2,7296

Frijol negro 3,7198 273,16 1,6260

Fuente: ASAE (1981); BACH (1979); SILVA (1979); FlOREZE (1982).

El Cuadro 5 muestra los valores de los parámetros empíricos de la

ecuación de Chung-Pfost respecto de diversos productos.

 

Métodos experimentales para obtener el equilibrio higroscópico

Hay dos métodos para la obtención experimental de contenidos de

humedad de equilibrio: el estático y el dinámico. En el método estático, las

muestras se colocan en recipientes con humedad relativa y temperatura

controladas, hasta que alcancen el equilibrio higroscópico, sin que haya

movimiento de aire. Existe también otro método estático, en que una

muestra de granos relativamente grande se coloca en un recipiente

herméticamente cerrado dotado de un dispositivo higrosensor para

55

determinar la humedad relativa. Cuando se alcanza el equilibrio

higroscópico, no se producen variaciones apreciables en los valores de

humedad relativa en el aire intersticial.

Cuadro Nº 05 Parámetros de la ecuación de Chuag-Pfost respecto de

diversos productos

PRODUCTO d1 d2 d3 d4 d5

Cebada 0,38363 0,050279 91,323 761,66 19,889

Frijol comestible 0,43001 0,062596 160,629 962,58 15,975

Maíz 0,33872 0,058970 30,205 312,30 16,058

Maní en grano 0,18948 0,034196 33,892 254,90 29,243

Maní con cáscara 0,16510 0,026383 12,354 522,01 37,903

Arroz con cáscara

0,29394 0,046015 35,703 594,61 21,732

Sorgo 0,35649 0,050907 102,849 1099,67 19,644

Soja 0,41631 0,071853 100,288 328,30 13,917

Trigo (durum) 0,37761 0,055318 112,350 921,65 18,077

Trigo (duro) 0,35616 0,056788 50,998 529,43 17,609

Trigo (blando) 0,27908 0,043360 35,662 726,49 23,607

Fuente: ASAE (1981).

Diversas sustancias químicas poseen la característica de retirar o ceder

humedad del ambiente en que se encuentran, hasta que se alcanza un

estado de equilibrio. Las sustancias que así se comportan se denominan

materiales higroscópicos, y el contenido de humedad, cuando están en

equilibrio con la atmósfera circundante, se conoce como contenido de

humedad de equilibrio.

El método dinámico consiste en hacer pasar el aire, con humedad relativa

y temperatura controladas, a través de la muestra, o vice versa, hasta que

no haya variación de masa en la muestra. Este método permite obtener el

equilibrio higroscópico en un lapso inferior al que necesita el método

estático, en las mismas condiciones de temperatura y humedad relativa.

56

El estado de humedad relativa se puede mantener constante al interior de

recipientes herméticamente cerrados, con soluciones de ácido sulfúrico,

ácido clorhídrico y etilen glicol, las que mantendrán la humedad relativa

constante en cualquier valor que se desee; solo basta con variar la

concentración. Se pueden emplear también soluciones saturadas de

diferentes sales, las que han sido preferidas por muchos autores por las

ventajas siguientes:

a) la misma solución de sal se puede usar con diversas temperaturas, sin

grandes variaciones en el valor de la humedad relativa; b) las sales son

menos corrosivas que los ácidos y causan menos daño a los operadores

durante su manejo; y c) aunque el material higroscópico pierda o gane

humedad en cantidades relativamente grandes, la solución permanece

saturada, siempre que se deje un depósito de cristales de sal en el fondo

de la solución.

Un inconveniente es la dificultad de encontrar sales que abarquen toda la

gama de humedad relativa que interesa. En los Cuadros 6 y 7 aparecen

los datos de humedades relativas, en función de la temperatura, que se

mantienen con soluciones de diversas sales.

Entalpía de vaporización

La entalpía de vaporización se define como la energía necesaria para que

una unidad de masa de una sustancia pase del estado liquido al estado

gaseoso. Si se trata de productos biológicos, tales como los granos, se

define como la cantidad de energía necesaria para evaporar una unidad

de masa de agua contenida en el producto.

57

Cuadro Nº 06

Humedades relativas mantenidas con soluciones saturadas de sales

a distintas temperaturas

Sal Temperatura (°C) Humedad Relativa(%)

Ba Cl2 2H2O(Cloruro de bario)

   

29,4 88

Ca Cl2(Cloruro de calcio)

-6,7 44

0 41

10 40

21 35

Ca Cl2 .6 H2O(Cloruro de calcio)

5 39,8

20 32,3

24 31,0

Ca SO4 . 5H2O(Sulfato de calcio)

   

20 98

Ca (NO3)2

(Nitrato de calcio)-6,7 64

0 64

10 59

21 55

Ca (NO3)2. 4 H2O(Nitrato de calmo)

20 53,6

25 50,4

30 46,6

35 42

37.8 38,9

K NO2

(Nitrito de potasio)20 49,0

25 48,2

30 47,2

37,8 45,9

K NO3

(Nitrato de potasio)0 97,6

10 95,5

20 93,2

30 90,7

58

40 87,9

50 85,9

K2CO3

(Carbonato de potasio)20 43,9

25 43,8

30 43,6

37,8 43,4

   

K2 Cr O4

(Cromato de potasio)20 86,6

25 86,5

30 86,3

37,8 85,6

K2 SO4

(Sulfato de potasio)0 99,1

10 97,9

20 97,2

30 96,6

40 96,2

50 95,8

K Br(Bromuro de potasio)

20 84,0

100 69.2

K2 CO3. 2H2O(Carbonato de potasio)

18,9 44

24,4 43

KCNS(Tiocinato de potasio)

20 47,6

25 45,7

30 43,8

37,8 41,1

K C2 H3 O2

(Acetato de potasio)20 23,2

25 22,7

30 22,0

37,8 20,4

Li Cl. H2O(Cloruro de litio)

0 14,7

20 12,4

30 11,8

40 11,6

59

50 11,4

Li Cl(Cloruro de litio)

20 11,2

25 11,2

30 11,2

37,8 11,2

Mg Cl2(Cloruro de magnesio)

22,8 32,9

30 32,4

37,8 31,9

Mg Cl2. 6 H2O(Cloruro de magnesio)

O 35,0

20 33,6

30 32,8

40 32,1

50 31,4

Mg (NO3)2

(Nitrato de magnesio)22,8 53,5

30 51,4

37,8 49,0

Mg (NO3)2 . 6H20(Nitrato de magnesio)

0 60,6

20 54,9

30 52,0

40 49,2

50 46,3

Na Br(Bromuro de sodio)

20 59,2

25 57,8

30 56,3

37,8 53,7

Na Cl(Cloruro de sodio)

0 74,9

20 75,5

30 75,6

40 75,4

50 74,5

Na2C2 H3 O2

(Acetato de sodio)22,8 74,8

30 71,4

37,8 67,7

60

   

Na2 C2 H3 O2. 3 H2O(Acetato de sodio)

20 76

25 73,7

30 71,3

37,8 67,6

NaNo2

(Nitrito de sodio)20 65,3

25 64,3

30 63,3

37,8 61.8

Na2 Cr2 O7

(Dicromato de sodio)22,8 54,1

30 52,0

37,8 50,0

Na2 Cr2 O7. 2H2O(Dicromato de sodio)

0 60,6

20 55,2

30 52,5

40 49,8

50 46,3

NH4 Cl(Cloruro de amonio)

-6,7 82

0 83

10 81

21,1 75

NH4 H2 PO4

(Monofosfato de amonio)20 93,2

25 92,6

30 92,0

37,8 91,1

83,7  

NH4 SO4

(Sulfato de amonio)0 83,7

20 80,6

30 80,0

40 79,6

50 79,1

Fuente: HALL (1980)

61

Cuadro Nº 07

Humedades relativas mantenidas con soluciones de ácidos en

diversas concentraciones, a distintas temperaturas

 

Acido Temperatura °C Concentración de Acido (% en peso)

20 40 60 80

H2 SO4

(Sulfúrico)

-17,8 87,3 55,7 15 3,14

10 87,4 56,6 15,8 3,88

20 87,7 56,7 16,3 4,76

30 87,5 56,6 17,0 5,75

40 87,6 57,5 17,8 6,88

44 88,8 58,2 18,8 8,2

Concentración de Acido (% en poso)

H NO3

(Nítrico)

  20 30 40 50

-17,8 89,2 78,4 65,3 45,7

10 86,7 77 63 45,6

20 86,6 75,2 61,5 -

30 86,6 74,9 61,3 -

40 85,9 74,1 60,5 -

44 86,5 74,6 - -

60 86,9 75,6 - -

Concentración de Acido (% en peso)

H Cl   10 20 30 40

-17,8 83,5 56 27,4 8,9

62

(Clorhídrico)10 83,5 - - -

20 83,2 - - -

30 84 2 - - -

Fuente: HALL (1980)

Con la aparición de los modelos matemáticos de secado, la determinación

de una ecuación para la entalpía de vaporización del agua de los granos

creció en importancia, ya que se trata de una de las propiedades del

producto que se usa en los modelos existentes.

Las isotermas de sorción del agua de los productos biológicos

proporcionan los datos necesarios para calcular la entalpía de

vaporización. La entalpía de vaporización del agua de un producto

determinado depende, sobre todo, de la temperatura y del contenido de

humedad que presenta dicho producto Cuanto mayor sea el contenido de

humedad, menor será la cantidad de energía necesaria para evaporar una

unidad de masa de agua contenida en un producto, y vice versa.

OTHMER (1940) elaboró una metoddogía general para obtener datos de

entalpía de vaporización de una sustancia, basada en la ecuación de

ClausiusClapeyron que aparece a continuación:

ec.9

Como el volumen especifico de la fase liquida V' es despreciable,

comparado con el de la fase de vapor, se considera la ecuación 31 en la

forma:

63

dPV / dT = LV / VVT ec.10

Suponiendo que el vapor de agua se comporta como un gas perfecto, el

volumen especifico de la fase de vapor, Vv, se puede obtener a partir de

la ecuación de los gases perfectos. Así:

Vv=RVT / PV

ec.11

y la ecuación 12 será

ec.12

La ecuación 12 se puede aplicar a cualquier sustancia cuyo

comportamiento concuerde con las suposiciones que se hacen en las

ecuaciones 9 y 11.

Así, si se escribe la ecuación 24 para agua libre y para agua contenida en

un producto biológico, a la misma temperatura T, se tiene:

ec.13

puesto que el segundo miembro de la ecuación 34 es igual tanto para el

agua libre como para el agua contenida en el producto biológico. En la

ecuación 25. L'V, LV, PVS y PV representan la entalpía de vaporización del

agua libre, la entalpía de vaporización del agua del producto biológico, la

presión de vapor del agua libre y la presión de vapor del agua

correspondiente a la humedad del producto biológico, respectivamente.

Integrando la ecuación 13 se tiene:

64

ec.14

Las isotermas de sorción de agua de granos están representadas por

ecuaciones del tipo:

He = He(T, ). ec.27 o bien

= (T, He),ec.15

como las ecuaciones 7, 8, 9 y 20.

Así, a punir de las isotermas de sorción, fijando un valor a la humedad del

producto, se determina el valor de humedad relativa de equilibrio a

diferentes temperaturas T, y en seguida se calculan los valores de la

presión de vapor PV por la relación:

PV = PVS ec.16

Los valores de presión de vapor de agua saturado PVS se obtienen en

tablas de las temperaturas correspondientes. Reemplazando los valores

de PV Y PVS en la ecuación 16 se obtiene el valor de LV/L'V, que es la

inclinación de la recta de un gráfico bilogarítmico de PV en función de

PVS. Aplicando el mismo procedimiento a otros contenidos de humedad,

en la misma gama de temperaturas, se determinan los valores de LV/L'V

para los contenidos de humedad correspondientes.

De este modo, si se desea determinar la entupía de vaporización de

humedad del agua del arroz en cáscara, a temperaturas en la gama de 15

a 60 °C. y con contenidos de humedad en la gama de 0,15 a 0,25, base

seca, se puede utilizar la ecuación de Chung-Pfost, ecuación 30, cuyos

parámetros constan en el Cuadro 11:

65

ec.17

Cuadro Nº 08

Relaciones entre Lv y L'v

Humedad (base seca) Relación Lv/L'v

15 1,08453

17 1,05431

19 1,03496

21 1,02275

23 1,01405

25 1,01006

Lv / L'v - 1 = a exp (-bH),ec.18

en que a = 4,35 y b = 28,25. Los valores de Lv/L'v se obtuvieron mediante

el procedimiento ya descrito, y los coeficientes a y b se estimaron por

análisis de regresión. La entalpía de vaporización del agua libre está

representada por la expresión:

L'v = 3,11 x 106 - 2,38 x 103 T ec.19

66

Aplicando la metodología presentada por OTHMER (1940) para obtener la

entalpía de vaporización de otros productos, se obtienen los coeficientes

a y b de la ecuación 31, que aparecen en el Cuadro 09.

Cuadro Nº 09 Parámetros a y b de la ecuación 31 respecto de diversos productos

Producto a b

Arroz en cáscara 2,1274 21,6100

Soja 0,3240 13,9170

Cebada 0,8627 19,8890

Sorgo 1,0452 19,6440

Trigo (hard) 1,3069 17,6090

Frejol 0,4542 15,9750

Otro método para obtener la entalpía de vaporización del agua de

productos biológicos es citado por FORTES (1978). Según este método,

la entalpía de condensación o de adsorción de agua en alimentos y

granos, Lc, se compone de dos partes: la entalpía que se libera cuando el

agua se condensa del vapor saturado en estado de agua libre, Lo, y la

entalpía diferencial de adsorción, LW. . En física, la entalpía diferencial de

adsorción corresponde a la entalpía excesiva del valor de estado libre,

que se libera cuando las moléculas de agua son atraídas por fuerzas

físicas y químicas. Asf:

ec.20

o bien

LW= Lc-Lo

ec.21

La ecuación de Clausius-Clapeyron, ecuación 34, se puede escribir

en la forma:

67

ec.22

Las Ecuaciones 43 y 45 conducen a:

ec.23

ec.24

Así, en el caso del secado, la entalpía de vaporización del agua al interior

del cuerpo se puede expresar como sigue:

ec.25

La ecuación 25 ofrece una alternativa al método que propone OTHMER

(1940) o las expresiones empíricas que aparecen en la literatura. Para

aplicar las ecuaciones 24 y 5 hay que conocer la ecuación de las

isotermas de sorción del producto, las ecuaciones 17 a 20, y el Lo se

puede calcular por la ecuación 22

68

CAPITULO III

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

3.1.- Materiales y Reactivos

69

En el desarrollo experimental del presente estudio se

requirieron de los siguientes materiales, reactivos e instrumentos que

a continuación detallo:

a) Materiales

- Vasos de precipitados

- Tubos de ensayos

- Probetas graduadas

- Buretas

- Vaguetas

- Densímetros

- Embudos

- Fiolas

- Cápsulas de vaporización

b) Insumos

- Lugol

- Yodo ( QPA)

- Yoduro de potasio QPA

- Alcohol Absoluto

- Eter de petróleo QPA

c) Instrumentos

- polarógrafo

- Microscopio luminoso

- Balanza analítica

70

- Estufa de secado

- Horno de mufla

- Agitador de eje flexible

- Equipo Soxhlet

- Equipo de destilación

- Equipo Kjeldall

3.2.-Control de Calidad de la Materia Prima

a)Determinación de la Humedad.-

El objetivo de este análisis es conocer la cantidad de humedad que

posee la lúcuma y por ende la materia seca. Se basa en la pérdida

de peso que sufre la muestra por efecto de calentamiento.

Procedimiento:

Se pesa un vaso y se agrega 5 gramos de lúcuma, colocándolo en la

estufa a 100 °C durante 3 horas. Se retira y se deja enfriar en el

desecador, se pesa y se vuelve a calentar por 15 minutos, se enfría

nuevamente en el desecador y se pesa, hasta que alcance peso

constante.

b)Determinación de Proteínas.

Este análisis tiene por objeto determinar la cantidad de nitrógeno y

proteína total que posee la lúcuma

Procedimiento:

71

Se pesa 0,3 grs, de muestra, luego se agrega un gramo de

catalizador (mezcla de sulfato de Potasio y sulfato de cobre), para

acelerar la reacción. Se limpia con un poco de agua el cuello del

balón de digestión. Se agrega 2,5 ml. de ácido sulfúrico concentrado

y se coloca el balón en la cocina de digestión. La digestión termina

cuando el contenido del balón es completamente cristalino.

Luego se coloca la muestra digerida en el aparato de destilación, se

agrega 5 ml de hidróxido de sodio concentrado e inmediatamente se

conecta el vapor para que se produzca la destilación. Se conecta el

refrigerante y se recibe el destilado en un erlenmeyer conteniendo 5

ml. de la mezcla de ácido bórico más indicadores de pH.

La destilación termina cuando ya no pasa más amoníaco y hay viraje

del indicador, luego se procede a la titulación con ácido clorhídrico

valorado 0,05N. Se anota el gasto.

Cálculos :

ml.HCl x N mleq. Nit % Nit = ------------------------------------ x 100 gramos muestra

Para la cantidad de proteína bruta, se multiplica por el factor

respectivo para lal alcachofa, 6.25

c)Determinación de Sustancias grasas.

En éste análisis se trata de determinar el contenido de grasa total de

una muestra de material estudiado.

Procedimiento

Para la determinación de la grasa por éste método se deben

usar muestras deshidratadas.

72

Se pesan 5 gramos de muestra secada, empaquetándola en un

pedazo de papel del filtro Whatman N° 2. Luego se coloca el paquete

en el cuerpo del aparato Soxhlet, y luego se agrega hexano destilado

hasta que una parte del mismo sea sinfoneado hacia el matraz.

El hexano al calentar debe evaporar a 69°C, ascendiendo a la

parte superior del cuerpo. Allí se condensa por refrigeración con

agua y cae sobre la muestra, regresando posteriormente al matraz

por sifón, arrastrando consigo la grasa.

Cálculos : Pmg - Pmv

% Grasa = ------------------------- x 100 P mp

Donde :Pmg = Peso del matraz con grasa

Pmv = Peso del matraz vacío

Pmp = Peso de la Materia prima

.

d)Determinación de Carbohidratos.

Entre los carbohidratos que forman parte de la lúcuma se

encuentra pocos azúcares. Estos se determinan de acuerdo a los

siguientes procedimientos:

-Determinación del Azúcar

Se agitan 10 g de la lúcuma en un matraz de un litro , con agua

destilada, después de haber dejado reposar se extrae el líquido , y

sobre una parte alícuota del mismo, concentrándola si fuese

necesario se determina los azúcares reductores con el licor de

Fehling.

e)Determinación de la Fibra Bruta

73

Pesar entre 1 ó 2 gr. de la lúcuma, depositarlo en un erlenmeyer de

un litro.

Con un dispensador añadir 200 ml. de ácido sulfúrico al 1,25 %

calentando hasta entrar ebullición. Se utiliza los primeros 30 a 40

ml para dispersar la muestra.

Se añade una gotas de agente antiespumante y se calienta para

que entre en ebullición.

Hervir suavemente durante 20 minutos bajo condensadores. Rotar

periódicamente los matraces para mezclar el contenido y

desprender las partículas adheridas a la pared.

Se filtra el contenido del matraz a través de un embudo buchner.

Se arrastra por lavado la muestra de nuevo hacia el matraz original

utilizando 200 ml de hidróxido de sodio a 1,25 % y calculando

hasta ebullición durante 30 minutos.

Se transfiere todo el material insoluble a un crisol de vidrio poroso

empleando agua hervida.

Se lava sucesivamente con agua hirviendo, ácido clorhídrico al 1 %

y agua hirviendo de nuevo hasta exento de ácido

Se lava dos veces con alcohol y tres veces y de secar a 100°C

hasta peso constante.

Incinerar en horno de mufla a 550°C durante una hora.

Enfriar el crisol en desecador y volver a pesar.

(W2 – W3 )Contenido de Fibra ( % ) = -------------------- x 100 W1

Donde : W1 es el peso de la muestra en gramos

W2 es el peso de la materia insoluble en gramos

74

W3 es el peso de las cenizas en gramos

f)Determinación de Cenizas

Se pesa 2 gramos de muestra de la lúcuma, previamente

desengrasada y pulverizada, se colocan en un crisol desecado, se

calienta en una mufla primero a 200°C y luego se eleva la

temperatura hasta 650°C, por espacio de seis horas hasta

incineración total se deja enfriar y se retira a un desecador para su

posterior pesada, hasta obtener peso constante.

3.3.- Descripción del Proceso Experimental

La lúcuma proveniente del lugar de procedencia cultivada y

cosechada , es sometida al siguiente procedimiento

experimental:

Selección

La lúcuma es seleccionada de tal manera que se separa

aquellas que estén malogradas, magulladas o que presenten

deficiencias en su superficie.

Lavado

Una vez echas la selección, son lavadas con abundante agua,

con el fin de retirar la tierra adherido después de la cosecha que

pudo haberse quedado y que es muy perjudicial ..

Pelado y despepitado

Se realizara en forma manual, se elimina cáscara y pepas

Despulpado

75

Una vez pelado y extraída la pepa en forma manual, queda la

pulpa , el cual tiene que ser sometido a una leve molienda,

preparando para el siguiente operación , que es el secado.

Secado

La muestra se lleva a cabo al la mufla y durante el secado se

tomaran los pesos, cada 10 minutos, para obtener la curva de

secado

Envasado

Las muestras secadas se colocan en envases de plástico

transparente herméticamente cerrado.

Almacenado

Se almacenan a temperatura ambiente

Capitulo IV

76

Análisis y Tratamiento de los Resultados

4.1.- Resultados Obtenidos

4.1.1.- Del Análisis proximal de la lúcuma

En esta parte del trabajo de investigación, se realizan las

determinaciones de los principales parámetros del análisis proximal

de la materia prima como son :. La humedad, fibras, cenizas,

proteínas , grasas y carbohidratos, y que a continuación se dan los

resultados obtenidos.

Cuadro Nº 4.1

Determinación de la Humedad

Muestra %

1

2

3

4

5

73.70

74.23

74.65

74.98

77.09

Promedio 75.09Fuente: Elaborado por los autores

77

Cuadro Nº 4.2

Determinación de la Fibra

Muestra %

1

2

3

4

5

1,94

1,87

1,97

1,08

1,07

Promedio 1.98Fuente: Elaborado por los autores

Cuadro Nº 4.3

Determinación de la Cenizas

Muestra %

1

2

3

4

5

0.78

0.67

0.54

0.63

0.56

Promedio 0.63Fuente: Elaborado por los autores

Cuadro Nº 4.4

78

Determinación de Grasas

Muestra %

1

2

3

4

5

0.43

0.44

0.42

0.43

0.42

Promedio 0.43Fuente: Elaborado por los autores

Cuadro Nº 4.5

Determinación de las Proteínas

Muestra %

1

2

3

4

5

1.10

1.11

1.15

1.12

1.10

Promedio 1.12Fuente: Elaborado por los autores

Cuadro Nº 4.6

79

Determinación de los Carbohidratos

Muestra %

1

2

3

4

5

23.50

23.22

23.12

23.15

23.17

Promedio 23.23Fuente: Elaborado por los autores

Cuadro Nº 4.7

Resumen del Análisis Proximal

Muestra %

Humedad

Fibra

Cenizas

Grasas

Proteínas

Carbohidratos

75.09

1.98

0.63

0.43

1.12

23.23

Fuente: Elaborado por los autores

80

4.1.2.- De los Parámetros óptimos en el secado de la lúcuma

Para la determinación de los parámetros óptimos en el secado de

la lúcuma se llevaron a cabo determinaciones de tiempo de secado,

perdida de humedad de la lúcuma y peso de la lúcuma obtenida después

del secado.

Cuadro Nº 4.8

Resultados de los principales parámetros en el secado de la lúcuma

Los datos de la tabla 1 referentes a temperaturas, corresponden a los

datos experimentales tomados de los termómetros dentro de la cámara en

el proceso de secado. Los datos referentes a humedad relativa y absoluta

han sido calculados a partir del diagrama psicométrico (10-120 ºC)

basado en una presión barométrica de 101325 KPa (ver diagrama

psicométrico).

Tabla 1

81

Tª bandeja

(ºC)

Tª bulbo seco (ºC)

Tª bulbo húmedo (ºC)

Humedad relativa (%)

Humedad absoluta (Kg agua/Kg aire

seco)

28 25,5 19 55 0,012

45 26,5 19,5 50 0,012

50 27 20,5 50 0,012

55 27,5 20,5 50 0,012

60 28,5 21 50 0,013

75 30,5 23 52 0,014

80 32 24,5 55 0,014

Los datos de la tabla 2 han sido obtenidos mediante el sistema de adquisición de datos, para obtener la curva

de desecación.

Tiempo (min) Peso (gr)W(kg agua/kg sólido seco)

1.3 97.96 0.782062943

1.9 98.1 0.784609787

2.9 97.63 0.776059669

3.9 97.26 0.7693

82

4.9 96.83 0.7615

5.9 96.17 0.7494

6.9 95.76 0.7420

7.9 95.03 0.7287

8.9 94.29 0.7152

9.9 93.69 0.7043

10.9 93.11 0.6938

11.9 92.54 0.6834

12.9 92.02 0.6740

13.9 91.38 0.6623

14.9 90.73 0.6505

15.9 90.31 0.6428

16.9 89.86 0.6347

17.9 89.52 0.6285

18.9 88.95 0.6181

19.9 88.38 0.6077

20.9 87.93 0.5995

21.9 87.26 0.5874

22.9 86.93 0.5814

23.9 86.38 0.5714

83

24.9 85.89 0.5624

25.9 85.35 0.5526

26.9 85.03 0.5468

27.9 84.66 0.5401

28.9 83.88 0.5259

29.9 83.26 0.5146

30.9 82.8 0.5062

31.9 82.2 0.4953

32.9 81.77 0.4875

33.9 81.55 0.4835

34.9 80.84 0.4706

35.9 80.4 0.4626

36.9 80.04 0.4560

37.9 79.69 0.4496

38.9 79.38 0.4440

39.9 78.96 0.4364

40.9 78.43 0.4267

41.9 77.73 0.4140

42.9 77.38 0.4076

43.9 76.97 0.4002

84

44.9 76.43 0.3903

45.9 75.8 0.3789

46.9 75.06 0.3654

47.9 74.67 0.3583

48.9 74.18 0.3494

49.9 73.72 0.3410

50.9 73.31 0.3336

51.9 72.92 0.3265

52.9 72.4 0.3170

53.9 72.25 0.3143

54. 72.02 0.3101

55.9 71.45 0.2997

56.9 70.81 0.2881

57.9 70.46 0.2817

58.9 70.3 0.2788

59.9 70.05 0.2743

60.9 69.52 0.2646

61.9 69.12 0.2574

62.9 68.77 0.2510

63.9 68.54 0.2468

85

64.9 67.99 0.2368

65.9 67.60 0.2297

66.9 66.87 0.2164

67.9 66.69 0.2132

68.9 66.38 0.2075

69.9 66.00 0.2006

70.9 65.59 0.1931

71.9 64.98 0.1820

72.9 64.77 0.1782

73.9 64.37 0.1710

74.9 63.86 0.1617

75.9 63.53 0.1557

76.9 63.20 0.1497

77.9 62.98 0.1457

78.9 62.44 0.1358

79.9 62.12 0.1300

80.9 61.81 0.1244

81.9 61.50 0.1187

82.9 61.21 0.1135

83.9 60.93 0.1084

86

84.9 60.72 0.1046

85.9 60.28 0.0965

86.9 60.05 0.0924

87.9 59.63 0.0847

88.9 59.32 0.0791

89.9 59.08 0.0747

90.9 58.79 0.0694

91.9 58.45 0.0633

92.9 58.2 0.0587

93.9 57.46 0.0452

94.9 57.03 0.0374

95.9 56.85 0.0342

96.9 56.63 0.0301

97.9 56.33 0.0247

98.9 56.07 0.0200

99.9 55.89 0.0167

100.9 55.99 0.0185

101.9 55.82 0.0154

102.9 55.42 0.0081

103.9 55.25 0.0050

87

104..9 54.97 0

Tiempo versus cantidad de humedad

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150

Tiempo (s)

Can

tid

ad

de A

gu

a (

g)

88

Relacion del tiempo con respecto a la cantidad de agua removida

0

0.2

0.4

0.6

0.8

11.

3

7.9

14.9

21.9

28.9

35.9

42.9

49.9

56.9

63.9

70.9

77.9

84.9

91.9

98.9

tiempo (s)

Per

did

a d

e ag

ua

(g)

La humedad perdida con relacion a la cantidad de agua removida

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (s)

Can

tidad

de

agua

R

emov

ida

(g)

89

4.2.- Análisis del secado de la lúcuma

De las diferentes pruebas que se ha llevado a cabo, antes

de establecer las pruebas experimentales definitivas en la

deshidratación de la lúcuma , nos permitieron definir los

parámetros y proporciones adecuadas y optimas para la obtención

de este producto.

La humedad inicial de la lúcuma fue aproximadamente del 92 %.

Las características de la pulpa es de color amarillo, textura suave al

tacto.

La temperatura inicial fue de 22ºC y la final fue de 80ºC.

El tiempo de secado fue de 110 minutos, notándose que el material

pierde al inicio mayor cantidad de humedad, posteriormente

disminuye por la poca cantidad que queda en las células de la

alcachofa, existiendo una disminución gradual de la humedad.

Observando los puntos de velocidad de secado versus tiempo de

secado se nota que es difícil determinar en que punto de la curva

se dan diferentes tipos de velocidades. Constantes, decreciente

debido en partes a características de la dada por la aleotoriedad de

los factores del secado y de la complejidad de la composición de la

lúcuma.

En cuanto a las características organolépticas del producto final se

observo que seguía teniendo el color, olor, sabor característico,

pero la textura es dura.

El porcentaje de humedad alcanzado al final del secado fue de 12

%, en base húmeda.

La humedad relativa porcentual, Hr, es la relación entre la presión

parcial del vapor de agua en una mezcla a una temperatura dada,

Pv, y la presión de vapor de agua, Pw, a la misma temperatura.

Hr = 100 (Pv/Pw)

90

Al aumentar la temperatura del aire la presión de vapor de agua

aumenta y por tanto la humedad relativa disminuye.

Los datos experimentales de humedad relativa, (tabla 1), no se

corresponden con los valores esperados. Esto puede ser debido a

un fallo en la difusión de la gasa que humedece el bulbo húmedo,

obteniendo valores mayores a los esperados, lo que provoca una

menor diferencia entre las temperaturas de ambos termómetros.

La humedad absoluta porcentual, Hp, es la relación entre la

humedad absoluta de una mezcla, H, a una temperatura dada y la

humedad de saturación, Hs, a la misma temperatura.

Hp = 100 (H/Hs)

La capacidad del aire para eliminar el agua de un alimento

depende de su temperatura y del agua que contiene, que se

expresa como humedad absoluta. Esta debe permanecer

constante durante todo el proceso. Los resultados obtenidos no

varían significativamente. Esta variación puede ser debida a que el

aire está enriquecido en humedad porque las lentejas han soltado

vapor de agua.

91

Conclusiones

1.-. De las pruebas llevadas a cabo, se puede concluir que, es posible

determinar los parámetros óptimos en el secado de la lúcuma.

2.- Los parámetros obtenidos son los siguientes:

Tiempo de secado 110 minutos, la variación de la temperatura fue entre

22 a 80ªC, se ha eliminado el 62 % de humedad.

El producto obtenido por este método conserva las características

organolépticas del producto fresco, excepto que la textura de suave pasa

a dura.

En la superficie del sólido habrá una temperatura más baja que la del aire

y por eso se evapora. La temperatura del aire es 60ºC y la del bulbo

húmedo es, aproximadamente, 30ºC.

92

Recomendaciones

Al finalizar la presente investigación se recomienda realizar los estudios

correspondientes a nivel de planta piloto y su posterior proyecto de pre

factibilidad, para la instalación de una planta industrial.

Es necesario la implementación de un laboratorio bromatológico

especializado.

93

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Hill, New York./pág 20, 7-20, 8.

22.-PEARSON DAVID “ Técnicas de Laboratorio para el Análisis de Alimentos” . Editorial Acribia. Zaragoza. 1986

21. LEE, J.F. 8 SEARS, F.W. Termodinamica, Sao Paulo, Editora Universidade de Sao Paulo, 1969.

22.- SCOUT. V. “ Elementos de Tecnología de Alimentos”. Editorial Continental. México. 1993

23. SILVA, J.S. & COELHO, D.T. Noçoes de Climatología, Viçosa, Minas Gerais, CENTREINAR, 1979.

24. SILVA, M.B. Termodinamica. Sao Paulo, Editora Mc Graw-Hill do Brasil Ltda., 1972.

25. TREYBAL R. C. " Operaciones con transferencia de masa". Cap. XII./pág 653.

26. NOVA, N.A.V.; OMETO, J.C. & SALATI, E. Aspectos termodinamicos da atmosfera. Piracicaba, Sao Paulo, Estola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 1972.

27. VAN WYLEM, G.J. & SONTAG, R.E. Fundamentos da termodinamica clássica. Sao Paulo, Editora Edgard Blucher Ltda., 1976.

28.- VILLAVECHIA, V.- “Tratado de Química Analítica Aplicada” – Editorial

Gustavo Gili S. A. Barcelona – 1969.

2

29.- WINTON, A.- “Estructura y Composición de los Alimentos” – John

Wiley y Sona – Inc - New York – 1989.

30.- WILLSON Y LOOMIS.- “Botánica” – Editorial - UTEHA S. A. – México

– 1980.

Indice

Pag.

Introducción

Indice

Capitulo I Generalidades

1.1.- Titulo

01

1.2.- Área del estudio

01

1.3.- Antecedentes locales

01

1.4.- Fundamentacion del estudio

02

1.4.1.- Definición del Problema

02

1.4.2.- Objetivos

03

3

1.4.2.1.- Objetivo General

03

1.4.2.2.- Objetivos específicos

03

1.5.- Hipótesis

05

1.6.- Productos del proyecto

04

1.7.- Metodología

04

1.7.1.- Variables

04

Capitulo II Marco Teórico

2.1.- Estudio de la Materia Prima

05

2.1.1.- La lúcuma

05

2.1.1.1.-Descripción Botánica

06

2.1.1.2.- Ecología y adaptación

06

2.1.1.3. La planta y su cultivo

07

4

2.1.1.4.- Principales plagas y enfermedades

08

2.1.1.5.- Perspectivas del Mejoramiento Genético.

10

2.1.1.6.- Composición química del valor nutricional

10

2.2.- El Secado

13

2.2.1.- Contenido de humedad de equilibrio16

2.2.2.- Formas de enlace de la humedad con el material.17

2.2.3.- Definiciones fundamentales.

18

2.2.4.- Humedad de equilibrio

19

2.2.5.- Humedad libre

19

2.2.6.- Clasificación de la operación de secado

19

2.2.7.- Tipos de secaderos

22

2.2.8.-Mecanismos y cinética de secado.

Transferencia de masa y calor.

26

2.2.9.- -Movimiento de la humedad dentro del sólido28

2.2.10 .-Curvas fundamentales de secado.

29

5

2.3.- Psicometría37

2.3.1.- Aire atmosférico38

2.3.2.- Propiedades termodinámicas del aire húmedo40

2.3.3.- Grafico psicométrico44

2.3.4.- Ecuaciones psicométricas46

2.3.5.- Higroscopia47

2.3.6.-Fenomeno de "sorcion48

Capitulo III Procedimiento Experimental

3.1.- Materiales, y Reactivos

69

3.2.- Control de Calidad de la materia prima

70

3.3.- Descripción del Proceso experimental

75

Capitulo IV Análisis y tratamiento de los Resultados

4.1.- Resultados Obtenidos

76

4.1.1.- Del Análisis proximal de la lúcuma

76

6

4.1.2.- De los Parámetros óptimos en el secado de

la lúcuma

80

4.2.- Análisis del secado de la lúcuma

87

Conclusiones

Recomendaciones

Bibliografía

Introducción

El secado de los alimentos es uno de los métodos más antiguos que ha

utilizado el hombre para conservar sus alimentos.

7

El hombre primitivo utilizó la energía solar que calentaba el medio

ambiente, para secar sus alimentos al aire libre. Actualmente el secado de

frutas y hortalizas es un proceso industrial muy importante en la

preservación de la calidad de los productos agrícolas.

El secado o deshidratación consiste en la extracción del agua contenida

en los alimentos por medios físicos hasta que el nivel de agua sea

adecuada para su conservación por largos periodos.

En el mundo se han desplegado muchos esfuerzos con el fin de aumentar

la producción y la productividad de los productos agrícolas. Estos

esfuerzos, que exigen inversiones importantes, se han visto parcialmente

neutralizados por las pérdidas que se producen después de la

maduración de los diversos productos agrícolas .

Un sistema de secado y almacenamiento exige costos de inversión

relativamente elevados, dependiendo del poder adquisitivo del comprador.

La adquisición o construcción de un sistema de secado involucra la

necesidad de adiestramiento técnico del usuario, para que pueda

aprovechar al máximo los beneficios que la tecnología instalada puede

ofrecer, puesto que las ventajas del sistema dependen de su buen

manejo. Además de conocer las características del equipo de secado, el

usuario debe saber que su capacidad de negociación aumenta en la

comercialización, al obtener un producto de mejor calidad.

 

8

UNIVERSIDAD NACIONAL “ SAN LUIS GONZAGA” DE ICA

FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA

Tésis

Determinación de los parámetros, en el secado de lúcuma

(Pouteria obovata)

Presentado Por:

Huaman Uribe, Isabel

Alvarez Aparcana, Luis

Ica- Perú

2008

9

PROGRAMA DE APOYO ATINA Y EL CARIBE - PROMER

10