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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARACENTRO UNIVERSITARIO DE LA CIÉNEGA
Protocolo de diseño de un secador con bomba de calor
“ Diseño de un secador con bomba de calor para la deshidratación de alimentos ”
PRESENTA:
Garcia Alexandra Monsetrrat
DIRECTOR DE TESIS:
RAMIREZ LARA, NICOLAS
9 de diciembre de 2014
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Índice
Introducción 3Justificación 4Planteamiento del problema 6Delimitación 8Hipótesis 10Objetivos 11Metodología y equipo 12
7.1 Selección del fruto. 127.2 Preparación de las muestras. 137.3 Determinación de la madurez. 137.4 Determinación de humedad. 147.5 Descripción del túnel de secado. 147.6 Bomba de Calor. 157.7 Determinación de humedad final. 15 7.8 Procedimiento para el cálculo de la potencia del compresor. 16
Conclusiones 17Bibliografía 19
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Introducción
El estado de Jalisco existe un cierto índice de desnutrición y
desempleo, por lo cual, es necesario buscar y adaptar alternativas
como una respuesta a las necesidades de la población.
La Ingeniería Química aplicando los conocimientos sobre transferencia
de masa y calor, hace posible el desarrollo de procesos de secado que
cumplan con las especificaciones de calidad en el producto,
contribuyendo a la implementación, desarrollo y mejoramiento de
técnicas que permitan la conservación de alimentos a bajo costo y con
el menor uso de energía.
La deshidratación permite prolongar la vida de anaquel de los
alimentos sin necesidad de invertir en sistemas de refrigeración y
conservación, apoyando la economía de los productores y
comerciantes, ya que se reducen los costos de transporte al disminuir
el peso y el volumen de los alimentos.
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Con el “Diseño de un secador con bomba de calor para la
Deshidratación de alimentos”, se pretende que los productores de la
región puedan aprovechar la cosecha que no es posible comercializar
en su tiempo mediante un proceso de secado controlado y eficiente,
que proporcione un producto de calidad para su comercialización.
El establecimiento de las condiciones de operación para el diseño
requieren del estudio de las variables que en él intervienen como la
humedad, velocidad y temperatura del aire, así como el análisis de
cómo afecta cada una de ellas en las características nutricionales y
físicas del alimento
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Justificación
el ser humano vive de lo que la naturaleza le provee: animales,
plantas, aire, agua, etc. comienza a consumir recursos naturales
masivamente debido al aumento de su población.
Desde verduras hasta carnes animales, estos alimentos son cultivados
y procesados sin el uso de sustancias químicas que afecten de
cualquier manera su desarrollo.
El reto está en la producción en masa; al no usar químicos, la
producción orgánica es más lenta y no se puede garantizar la
producción en altas cantidades
Por lo que nos lleva a la deshidratación de ciertos alimentos nos
permitirá prolongar la vida útil sin la necesidad de medios de
conservación, asi ayudando a los productores y comerciantes,
reduciendo el transporte de alimentos que abarcarían mayor espacio
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y mayor peso, también, reduciendo el costo de combustibles y
energía.
Planteamiento del problema
En todos lados, municipios, cuidades, estados, países los climas
cambiantes hacen que no se puedan cosechar sus tierras. Todo esto
produce un alto índice de desnutrion en personas incluso algunos
animales, da a inicio al desempleo, por lo cual, es necesario adaptar
alternativas como unas de las respuestas de las necesidades de la
población.
La desnutrición tiene consecuencias que acompañan a las personas
toda su vida, en niños genera problemas de aprendizaje tales como
deficiencias al leer e interpretar lo que están viendo, derivando en
malas calificaciones, mientras que en adultos deteriora la capacidad
del individuo de discernir los estímulos de su medio ambiente,
afectando su desarrollo laboral y social.
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Las familias que no disponen de suficientes alimentos durante todo el
año para el consumo familiar, ya sea por una insuficiente producción
de alimentos (áreas rurales) o por tener muy bajos ingresos (áreas
urbanas).
Los niños (lactantes y preescolares) son los grupos más vulnerables a
la malnutrición. Las mujeres embarazadas y en período de lactancia
constituyen otro grupo de riesgo, juntamente con las personas de la
tercera edad y aquéllas que están en período de recuperación de
algunas enfermedades. Otros factores, tales como la falta de agua
potable, la escasez de combustible.
La deshidratación de ciertos alimentos nos permitirá prolongar la vida
útil sin la necesidad de invertir en sistemas de refrigeración o medios
de conservación, asi ayudando a los productores y comerciantes,
reduciendo el transporte de alimentos que abarcarían mayor espacio
y mayor peso.
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Delimitación
En México, las estadísticas de la Encuesta Nacional de Nutrición,
llevadas a cabo en 1979, reportaron 54 por ciento de los niños del
grupo preescolar con algún grado de desnutrición. En 1996, en la
Encuesta Nacional de Alimentos se mencionó la existencia de 42.7 por
ciento menores de cinco años que padecían desnutrición; de éstos,
25.9 presentaron desnutrición leve, 12.7 moderada y 4.2 severa.
Mientras los informes emitidos por la Encuesta Nacional de Nutrición
de 1999, del Instituto Nacional de Salud Pública, refirieron para ese
año un número de 4'480 100 (25.2 por ciento) niños menores de cinco
años con algún grado de desnutrición, de los cuales 800 000 sufrían
desnutrición de alto riesgo.
La desnutrición es un problema de salud, que desde décadas atrás lo
padecen muchos países, principalmente de escasos recursos o en
vías de desarrollo.
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Las frutas deshidratadas pueden ser consideradas como productos
complementarios para el desayuno en un cereal, yogurt, acompañante
de frutas frescas, para realizar recetas de cocinas como dulces, tortas,
panques.
La comida industrializada está planteada para maximizar la producción
al menor costo.
Los mercados y tiendas de comestibles orgánicos representan la
milenaria tradición de alimentarse de lo que la tierra nos da. Son
excelentes opciones para esa minoría que agradece la virginidad de
sus alimentos y pueden costearlos.
Los costos operativos mencionados dependen del tiempo invertido en
el proceso de secado para distintas condiciones de operación.
Para los ocotlenses y alrededor de la zona Ciénega se verá por
beneficiada la producción agrícola. Asi, como promover la exportación
de productos deshidratados.
se analizan los costos operativos del proceso de secado, dividiéndolos
en costos fijos (relacionados con la inversión) y costos involucrados en
la calefacción y en la movilización del aire de secado.
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Los costos operativos mencionados dependen del tiempo invertido en
el proceso de secado para distintas condiciones de operación
Hipótesis
La instalación de la deshidratadora propuesta es viable técnica y
financieramente y se sostiene la tesitura de que la utilización del
deshidratador nos beneficiará en el negocio de la comercialización de
productos deshidratados ya que con la construcción y puesta en
marcha de una planta deshidratadora móvil, podremos abatir costos
de transporte y ofrecer el producto a bajo precio a los consumidores,
aunado a que la existencia y aplicación de una metodología adecuada
de deshidratado preponderantemente de frutas nos permitirá obtener
productos de alta calidad.
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Objetivos.
El objetivo está en la producción en masa; al no usar químicos, la
producción orgánica es más lenta y no se puede garantizar la
producción en altas cantidades
Por lo que nos lleva a la deshidratación de ciertos alimentos nos
permitirá prolongar la vida útil sin la necesidad de medios de
conservación, asi ayudando a los productores y comerciantes,
reduciendo el transporte de alimentos que abarcarían mayor espacio
y mayor peso, también, reduciendo el costo de combustibles y
energía.
El secado es un método de conservación de alimentos consistente en
extraer el agua de estos, lo que inhibe la proliferación de
microorganismos y dificulta la putrefacción..
El secado tiene por objeto reducir el contenido en agua del producto
hasta un nivel que sea insuficiente para la actividad de las enzimas o
el crecimiento de los microorganismos. El nivel crítico se sitúa entre el
10 y el 15 por ciento de humedad, según el producto de que se trate.
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Metodología y equipo
Para la determinación de las condiciones de secado bajo las cuales es
posible mejorar la calidad de la fruta deshidratada, la metodología a
seguir parte desde la selección del fruto, su preparación y
determinación de características iniciales. Para los fines de esta tesis,
se estudian las condiciones de secado para la deshidratación del
plátano tipo tabasco variedad Roatán. Se evalúa la calidad del
producto deshidratado bajo la medición de tres parámetros: color,
actividad de agua y contenido de humead final.
7.1 Selección del fruto.
Para llevar a cabo la parte experimental de este trabajo, es necesario
considerar las características del fruto que se va a secar, pues de
éstas depende la calidad final del fruto deshidratado. Dichas
características están dadas por el estado de madurez del plátano.
La madurez de un fruto es el estado de desarrollo en que una planta o
parte de la planta tiene los prerrequisitos para usarse por los
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consumidores para un fin particular, esta dado por índices físicos y
químicos, tales como el tamaño, color, textura y contenido de
nutrientes.
7.2 Preparación de las muestras.
Antes de iniciar con el proceso de secado, es necesario seguir una
serie de procedimientos que permitan un secado uniforme del fruto,
conservando sus características físicas para obtener un producto de
calidad cuya vida pueda prolongarse.
7.3 Determinación de la madurez.
Existen distintas medidas para conocer la madurez de un fruto. Entre
las medidas físicas están: color de la pulpa o piel, color de la semilla,
tamaño, peso y densidad.
Una de las medidas químicas que con mayor frecuencia se emplea
para determinar el grado de madurez de un fruto es la determinación
del contenido en azúcares, la cual se expresa en °Brix
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7.4 Determinación de humedad.
El contenido de humedad del fruto es el peso de la cantidad de agua
presente en él en función de su peso seco.
7.5 Descripción del túnel de secado.
El túnel de secado es un ducto diseñado de manera que el flujo de
aire dentro de él sea uniforme y controlado. El aire se calienta
mediante resistencias eléctricas, las cuales trabajan al fijar la
temperatura deseada, controlada por medio de un control PID
(Proporcional Diferencial Integral), el cual está conectado a un
termómetro de bulbo seco.
La humidificación del aire se realiza mediante un dispersor de vapor
introducido en el ducto inferior del túnel donde se localizan las
resistencias. El vapor es proporcionado por un generador de vapor con
capacidad de 4 litros.
7.6 Bomba de Calor.
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Con el fin de realizar un proceso de secado bajo condiciones
variables de temperatura y velocidad, se adaptó una bomba de calor,
la cual se encuentra en la parte inferior del secador de túnel. Su
función consiste en bajar la temperatura del aire de secado en un
tiempo determinado al mismo tiempo que deshumidifica el ambiente,
de manera que se pueda mantener la temperatura y después
aumentarla, generando ciclos.
7.7 Determinación de humedad final.
El contenido de humedad final que debe tener un fruta seca esta
ligada con su capacidad de alargar la vida de anaquel, pues de la
humedad, que es el contenido de agua por sólido seco, depende la
actividad de agua en el alimento. Las frutas deshidratas en el mercado
tiene un contenido de humedad de 15 a 25 %.
Durante la experimentación, para conocer en que momento del
proceso de secado, el fruto llega a la humedad final deseada, es
necesario calcular el peso que el fruto tendrá.
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Como se menciona anteriormente, por medio de una balanza
infrarroja, se determina el contenido de humedad del fruto fresco.
Con el peso del fruto una vez que se le ha dado el pretratamiento y el
peso de la pulpa fresca del plátano (sin pretratamiento), se determina
la cantidad de solución con ácido cítrico que absorbió el fruto
7.8 Procedimiento para el cálculo de la potencia del compresor.
Determinación de las condiciones del aire en el secador :
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a. Establecer las condiciones del aire de secado tales como
temperatura de bulbo seco, humedad relativa y temperatura de rocío.
b. Establecer la velocidad de secado promedio, de acuerdo a la
experimentación realizada. c. Calcular el área de transferencia:
Área = (largo charolas)(ancho charolas)(espacio entre charolas)(No.
de charolas)
Conclusiones
Se realizaron experimentos, a diferentes condiciones de temperatura,
la velocidad del aire empleada fue de 2 m/s durante toda la
experimentación. La razón por la cual la velocidad se mantuvo fija se
debió a que un aumento en la velocidad de secado necesita de un
ventilador con la capacidad de variar velocidad lo que equivale al
aumento de consumo de energía.
Las condiciones de temperatura de proceso se definieron de acuerdo
a la observación del comportamiento del fruto durante el secado y el
tiempo total
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A temperatura constante, durante el inicio del secado la temperatura
superficial es menor que la del ambiente, después de transcurrida la
primera hora ambas temperaturas se igualan pero la superficie del
fruto continua calentándose debido a la alta temperatura del aire su
rápida disminución en la humedad relativa y por lo tanto la falta de
humedad en la superficie del fruto, formándose una capa dura sobre la
superficie de manera que la transferencia de masa hacia el ambiente
es más difícil y lenta.
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