REVISTA (2017) 4–6, 29-33. ISSN 2395-8510

Contenido disponible en http://www.iteshu.edu.mx/conamti/    

CONAMTI  2017  Mecatrónica-Energías Renovables-Sistemas Computacionales-Innovación Agrícola

Deshidratador de tortillas para la producción de tostadas

Jiménez Hernández G1,*, Velazquez Lucho K.M1, Venegas Sánchez J. A1

2División de Ingeniería en Energías Renovables. Instituto Tecnológico Superior de Huichapan. Conocido s/n El Saucillo, Huichapan, Hgo. C.P, 42411, México. *correspondencia gjimenez@iteshu.edu.mx

A R T ÍCULO

Acceptado 30 Octubre 2017

Palabras clave: energías renovables, energía solar térmica, sistema de respaldo.

RESUMEN Actualmente, la irradiación solar es aprovechada por medio de diversos captadores solares, ya sea para generación de energía eléctrica o térmica. Ésta última se puede aprovechar para generar agua caliente o vapor para diferentes aplicaciones. El objetivo del presente trabajo consistió en diseñar, construir y evaluar un deshidratador solar con sistema de respaldo para el secado de tortilla dirigida al mercado de tostadas. El diseño se realizó en SolidWorks 2016, considerando el dimensionamiento del sistema y materiales de calidad y bajo costo. La construcción del dispositivo y las pruebas se realizaron en el municipio de Huichapan, Hidalgo. Se consideraron datos de radiación a partir de la estación meteorológica del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) ubicada en el mismo lugar. Las variables consideradas fueron la velocidad del aire, la temperatura y humedad. El prototipo fue evaluado y se obtuvo la temperatura durante el proceso de 35°C y la eficiencia del sistema de 43.94%.

1.  INTRODUCCIÓN

El maíz es el más importante de los granos básicos producidos en México, ocupa el primer lugar de la producción agrícola del país y aproximadamente el 70% de la producción se destina al consumo humano y el resto se utiliza en la industria y como forraje. Su importancia también radica en la gran diversidad de usos en la cocina mexicana considerando que para la mayoría de los platillos es un ingrediente indispensable [1]. Las preparaciones culinarias más tradicionales del maíz en México son: Tortillas, totopos istmeños, tlayudas, chilaquiles, enchiladas, enfrijoladas, entomatadas, tacos, tostadas, quesadillas, peneques, sopes, tlacoyos o tlatloyos, salbutes, palomitas, totopos, nachos, frituras, otros [2]. Sin embargo, a pesar de sus múltiples usos existe una cantidad considerable de mermas en las fábricas productoras de tortillas, donde el producto no siempre es vendido en su totalidad. Atendiendo ésta necesidad, se propone prolongar la vida de la tortilla pero como un nuevo producto, en este caso, la tostada. Los métodos actuales para la producción de tostada, requiere realizar un deshidratado y posteriormente un freído de la misma, lo que conlleva a elevar gastos en tal producto debido a la inversión de gas L.P. entre otros. Es importante considerar que una tostada es un producto elaborado a partir de tortilla o masa que puede ser mezclada con ingredientes opcionales, sometido a un proceso de horneado, freído, deshidratado o cualquier otro, hasta obtener una consistencia rígida y crujiente [3]. La energía eléctrica y la energía obtenida mediante la combustión de energéticos es la energía usualmente utilizada para el

secado de frutas, alimentos y granos. Sin embargo, existe una fuente de energía sustentable como la energía solar, que es gratuita, ilimitada y amigable con el medio ambiente [4]. El secado es una operación unitaria que consiste en remoción de agua por evaporación de la que se obtiene un producto sólido con bajo contenido de humedad; este proceso tiene aplicaciones variadas, como el secado de granos, plantas, frutas, pescado y madera, para conservar y prolongar su vida de anaquel [5]. El deshidratador o secador solar propuesto, tiene como objetivo aprovechar la radiación solar para llevar a cabo la correcta deshidratación de las tortillas para la producción de tostadas y por lo tanto, disminuir los costos de producción de la zona.

2.  MATERIALES Y MÉTODOS

En breve se describe la metodología empleada durante el desarrollo del dispositivo. A.   Diseño del deshidratador solar Para el diseño del deshidratador se consideró un deshidratador indirecto debido a que los métodos de secado indirecto solar disminuyen la decoloración y el agrietamiento en la superficie de estos [6]. Después se consideró utilizar como sistema de respaldo renovable un colector solar de tubos evacuados para obtener agua caliente tal como se muestra en la

30 REVISTA (2017) 4-6, 29-33 ISSN 2395-8510

figura 1, esta agua caliente se circula por un serpentín interno en la parte inferior de la cámara de deshidratado y con ello se mejorar la eficiencia del deshidratador.

Figura 2 Modelo general del sistema de deshidratación Para el dimensionamiento del equipo fue necesario considerar la cantidad de tortillas a deshidratar y su diámetro. Se determinó que la capacidad de las charolas fuera de 6 tortillas, de esta manera se puede introducir a la vez 24 tortillas, cada tortilla posee un diámetro de 14 centímetros, por lo que las dimensiones de cada charola fueron de 41 centímetros de ancho por 48 centímetros de largo. El diseño del deshidratador solar fue realizado en CAD con ayuda del software Solidworks 2016, considerando el diámetro de la tortilla a secar, materiales accesibles y en su mayoría de bajo costo. El diseño puede observarse en la figura 2.

Figura 2 Diseño en del deshidratador en SolidWorks 2016. B.   Cálculo de la eficiencia del sistema Los datos de radiación solar se obtuvieron de la estación meteorológica del INIFAP ubicada también en la zona. Se utilizaron datos de radiación diarios de los años 2015 y 2016 con ellos se obtuvieron promedios mensuales de Irradiación solar global, dichos datos se observan en la tabla 1.

Tabla 1. Datos metereológicos de El Saucillo, Huichapan Hidalgo. Propiedad Valor

Temperatura media 16.5°C Humedad Relativa

Media 65.8%

Radiación Solar promedio

4.66 Kw.h/m2 día

Velocidad promedio del viento en superficie

1.5 a 2.5 (m/s)

Altitud 2080 msnm El contenido en agua de la muestra se calcula por diferencia de peso y se expresa en % de humedad (g de H2O/100 g de muestra) [7].

(1)

Para calcular el porcentaje de humedad a extraer de la muestra.

(2)

Cálculo energético Dado que se necesita una caloría para elevar un grado la temperatura de un gramo de agua y la relación con la potencia es 1 w=0.24 calorías, el cálculo para subir la temperatura de M litros de agua es el siguiente.

(3)

Donde: Q = Energía de demanda M = Consumo total de agua caliente en litros / día. ρ= Densidad del agua en Kg/L, que corresponde a 1Kg/litro Cp = Calor especifico del agua en KWh/KgK (1.16X103KWh). T cal= Temperatura del agua caliente de servicio (ACS) en °C. T fria= Temperatura del agua fría de la red en °C. Se obtiene la energía necesaria, en KWh, que debe ser captada por el sistema. Q = 1281.31 kw.h La eficiencia del sistema de secado, se incluye el rendimiento de la cámara de secado, potencia del motor del ventilador y el colector.

(4)

Donde: ηsi = eficiencia del sistema de secado (%) W: peso del agua evaporada en el producto (Kg) L: calor latente de evaporación a la temperatura del aire (J⁄Kg)

REVISTA (2017) 4–6, 29-33. ISSN 2395-8510 31

R: energía solar aportada (J/m2) A: área de apertura (m2) P: energía consumida por los ventiladores (J) ηsi = 32 %. La eficiencia de remoción de humedad del producto.

(5)

ηp= 44 % Donde: Ηp = eficiencia de remoción de humedad del producto (%) wa, sa = humedad específica de saturación del aire a la temperatura de entrada (Kg⁄Kg as). wa, es = humedad específica del aire a la entrada del secadero (Kg⁄Kg as) wa, ss = humedad especifica del aire a la salida del secadero (Kg⁄Kg as)

3.  RESULTADOS Y DISCUSIÓN

A Construcción del deshidratador solar La construcción del deshidratador solar se realizó en el Laboratorio de Ingeniería en Energías Renovables del Instituto Tecnológico Superior de Huichapan, de acuerdo a los planos realizados en CAD.

Figura 3 construcción de la cámara de deshidratado. Los materiales utilizados fueron acero inoxidable, ángulo estructural y vidrio. En la figura 3 se puede observar el interior del deshidratador solar que corresponde a la cámara de secado. Además de conexiones hidráulicas y tubería en cobre como en la construcción del intercambiador de calor como se muestra en la figura 4.

Figura 4 Construcción del intercambiador de calor.

En la figura 5 se puede observar el exterior y acabado final del dispositivo de deshidratado. Una vez construido el deshidratador solar, se procedió a realizar la evaluación del mismo.

Figura 5 Construcción de la cámara de deshidratado

B Construcción del deshidratador solar La evaluación del dispositivo se llevó a cabo al medio día solar en el municipio de Huichapan ubicado en el estado de Hidalgo, considerando la radiación obtenida de INIFAP en 2016. Primero se introdujo el material a secar, en este caso la tortilla, utilizando toda la capacidad para la que fue diseñado el dispositivo, tal como se observar en la figura 6

Figura 6 Evaluación térmica del deshidratador.

32 REVISTA (2017) 4-6, 29-33 ISSN 2395-8510

Al inicio del proceso se realizó una toma de temperatura con una cámara termográfica, tal como se observa en la figura 7, la temperatura del deshidratador sin cargar es de 54.6°C.

Figura 7. Medición de la temperatura con cámara termográfica en el interior de la caja antes del proceso de deshidratado.

Al introducir la carga y cuando transcurría el secado de la tortilla se realizó un segundo monitoreo de temperatura, tal como se muestra en la figura 8, la temperatura máxima fue de 35.1°C.

Figura 8. Medición de la temperatura con cámara termográfica en el interior de la caja durante el proceso de deshidratado.

Como resultados se obtuvo la tortilla deshidratada quedo con un peso de 16 gramos, perdiendo 14 gramos de agua como se observa en la figura 9. Y finalmente se obtuvo la curva de secado de las tortillas obteniendo una curva con un comportamiento uniforme en la pérdida de peso que fue de 20 grs por cada 20 minutos de tiempo como se observa en la figura 9.

Figura 9 Medición del peso de la tortilla al final de la prueba.

Figura 9 curva de secado de la tortilla.

4. CONCLUSIONES

El diseño y uso del deshidratador solar para tortillas propuesto se puede considerar adecuado, esto porque al analizar los resultados obtenidos, se observa que el tiempo que emplea para deshidratar tortilla es de 140 minutos este tiempo es menor comparado con el método tradicional que ocupa 180 minutos aproximadamente y se obtiene una tortilla con un mínimo de humedad de 10% y esto es aceptable porque al someterla al proceso de freído el proceso es más rápido y su consistencia queda menos grasosa.

Aunado a esto el proceso es higiénico ya que las tortillas no se exponen a la intemperie ni a fauna nociva. Por otro lado, se observó que el equipo no sufrió algún desgaste o corrosión debido a que se utilizó acero inoxidable 304 de grado alimenticio.

Otro factor importante que se debe tomar en cuenta es el gasto energético necesario para su funcionamiento, ya que la fuente generadora de calor es la radiación solar que es gratuita, aunque existe la posibilidad de colocar fuentes de calor auxiliares como el gas butano u otro combustible fósil

REVISTA (2017) 4–6, 29-33. ISSN 2395-8510 33

AGRADECIMIENTOS

Al Tecnológico Nacional de México por haber financiado este proyecto.

REFERENCES

[1]   J. J. Véles, Caracterización de tostadas elaboradas con maíces

pigmentados y diferentes métodos de nixtamalización, tesis de maestria, CICATA, IPN, QRO, 2004.

[2]   P. R. Ortega Diversidad de maíz en México: Causas, estado actual y perspectivas. In: Sin Maíz no hay País. Culturas Populares, CONACULTA, México, D. F. pp:123-154, 2003.

[3]   NORMA Oficial Mexicana NOM-187-SSA1/SCFI-2002, Productos y servicios. Masa, tortillas, tostadas y harinas preparadas para su elaboración y establecimientos donde se procesan. Especificaciones sanitarias. Información comercial. Métodos de prueba.

[4]   A.Vidal, Velazquez. O., Iñaki. R., Ortega. G.,. Diseño y construcción de un secador solar portátil. Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, Mexico. ISSN 1946-5351, 2012.

[5]   E. C. López. Caracterización y evaluación de la eficiencia térmica y de secado en un deshidratador hibrido. Tesis de maestría, IPN, México, 2011.

[6]   J. Espinoza. Ingeniare. Rev. chil. ing. vol. 24 no. Especial Arica. ISSN 0718-3305, 2016.

[7]   E. Garcia, I. Fernandez S. Determinación de la humedad de un alimento por un método gravimétrico indirecto por desecación. Departamento de Tecnología de Alimentos, ETSIAMN. Universitat Politècnica de València, 2003.

[8]   K.M Aguilar, Rediseño de un Secador de Moldes de Yeso. tesis de maestría en ciencias, Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez, Cuernavaca, Morelos, México, 2008.

[9]   N. Quadri, “aprovechamiento de la energía solar”, Revista Electrogremio N°162-Junio, Buenos Aires. 2003.

[10]   A. Iriarte, S. Bistoni, V. García y V. Luque, “evaluación de un secadero solar tendalero túnel: estudio de secado de manzanas”. Acta de la XXXVI Reunión de Trabajo de la Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente ,1(93),pag 02.01-02.08, 2013.

[11]   Y.A. CENGEL, A.J. GHAJAR, Transferencia de calor y masa. México: Mc Graw Hill. 2011.

[12]   M. Pareja. Radiación solar y su aprovechamiento energético. Barcelona España, editorial Marcombo. 2010.