50918694 planta deshidratadora iztapalapa

UNIVERSIDAD AUTNOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

PLANTA DESHIDRATADORADE VEGETALES Y HORTALIZAS

CAMARILLO VILLEGAS ALEJANDRAZAMORA CRDENAS ANA MARA

ASESOR:

DR. MARIO G. VIZCARRA MENDOZA

INDICE

1. Planteamiento del problema 12. Objetivos 2. 1. Objetivo general 1 2.2. Objetivos particulares 13. Justificacin 14. Introduccin 1

4. 1. Efecto de tas propiedades del alimento en la deshidratacin 2 4.1.1. Endurecimiento superficial 3 4.1.2. Movimiento de slidos solubles 3 4.1.3. Retraccin 3 4.2. Procesos alternativos 5 4.3. Procesos preliminares 6 4.3.1. Recepcin de hortalizas 6 4.3.2. Acarreo 6 4.3.3. Limpieza en seco 6 4.3.4. Lavado 7 4.3.5. Inspeccin 8 4.3.6. Recorte 8 4.3.7. Petado, 8 4.3.7.1 Mtodos mecnicos 8 4.3.7.2. Agua caliente 9 4.3.8. Eliminacin de la piel 9 4.3.9. Corte en lminas o en forma de cubos 9 4.3. 10. Escaldado 10 4.3.10.1. Escaldado con vapor 10 4.3.10.2. Prdida de nutrientes durante el escaldado 105. Estudio de mercado 116. Rentabilidad del proyecto 137. Ubicacin de la planta 16 7. 1. Clima 16 7.2. Vas de comunicacin 17 7.3. Carreteras 17 7.4. Vas frreas 17 7. S. Aeropuertos 18 7.6. Telefona 188. Teora de secado de slidos 19 8. 1. Secado 19 8.2. Teora general 19 8.2.1 Curvas de velocidad de secado 19 8.2.1.1. Conversin de los datos a curvas de velocidad de secado 19 8.2.1.2. Grfica de la curva de velocidad de secado 20 8.2.1.2. 1. Perodo inicial 20 8.2.1.2.2. Perodo de secado constante 20 8.2.1.2.3. Periodo de secado decreciente 21 8.2.2. Equipo de secado 21

8.2.2.1 Secador de charolas 21 8.2.2.2. Secador de lecho fluidizado 22 8.3. Balances de materia 23 8.3. 1. Balances de materia para el secador de charolas 23 8.3.2. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado 23 8.4. Balances de energa 24 8.4. 1. Balances de energa para el secador de charolas y secador de lecho fluidizado 24 9. 1. Propiedades de (os vegetales y hortalizas 25 9. 1. 1. Propiedades fsicas de los vegetales 26 9.2. Operaciones preliminares 26 9.2. 1. Secador de charolas 27 9.2.2. Secador de techo fluidizado 27 9.3. Metodologa experimental 27 9.3. 1. Secador de charolas 27 9.3.2. Lecho fluidizado 27 9.3.3. Rehidratacin 2810. Resultados 10. 1. Secador de charolas 28 10. 1. 1. Balance de materia y energa 28 10.2. Secador de lecho fluidizado 32 10. 2. 1. Balances de materia y energa 32 10.3. Rehidratacin 3511. Clculos de los balances de materia y energa 36 11. 1. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado 36 11.2. Balances de masa en el secador de charolas 38 11. 3. Balance de energa en el secador de charolas y lecho fluidizado 4312. Produccin anual de sopas deshidratadas 4513. Diagrama de la planta 46 13.1. Diseo del proceso 46 13.2. Diseo del los equipos 13.2.1. Diseo de charolas 50 13.2.2. Diseo del secador de charolas 52 13.3. Diseo de la bomba utilizada en el proceso 53 13.4. Diseo de la caldera 54 13.5. Diseo de los tanques de escaldado 55 13.6. Diseo de bandas transportadoras 56

Observaciones y conclusiones 61

Nomenclatura 62

Bibliografa 63

Apndices

A. Curvas caractersticas del secador de charolas 65 A. 1.curvas de velocidad de secado en funcin del tiempo 65 A.2.curvas de velocidad de secado en funcin de la humedad en base seca 67

A.3. Tablas de la temperatura de slido en el secador de charolas 70 A.4. Curvas de T vs X 758. Curvas caractersticas del secador de techo fluidizado B. 1.Curvas de velocidad de secado en funcin del tiempo 77 B.2. Curvas de velocidad de secado en funcin de la humedad en base seca 79 B.3.Tablas de la temperatura del slido en el techo fluidizado 80 B.4. Curva de T vs X 83C. Balance econmico C. l. Depreciacin del equipo utilizado en la planta 85 C.2. Costos de depreciacin del mobiliario 86 C.3. Gastos indirectos de fabricacin 87 C.4. Costos de produccin 87 C.S. Salarios 88 C.6. Tasa interna de retorno 89 C.7. Distribucin del capital 90D. Prdida de vitaminas y minerales D. 1.prdida de vitaminas y minerales en tos alimentos procesados 92 D.2. La manipulacin previa a los procesos 92 D.3. Interaccin con sustancias qumicas utilizadas en tos tratamientos tecnolgicos 92 D.4. Reacciones degradativas 93 D.5. Procesos tecnolgicos 93 D. 5. 1. Vitaminas hidrosolubtes 93 D.5.2. Vitaminas tiposolubtes 95 D.5.3. Minerales 95 D.6. Prdida de vitaminas durante el almacenamiento 96 D.7. Adicin de nutrientes a tos alimentos 96E. Seguridad en la planta E. l. Hojas de seguridad 98 E. 1. 1. Agua 98 E. 1 -2. Bisulfito de sodio 99 E. 1 .3. Gas licuado del petrleo 101 E.2. Reglas de seguridad establecidas para empleados 104 E-3. Condiciones de seguridad para el manejo de calderas 104 E.4. Programa especfico de seguridad para la operacin y mantenimiento de la maquinaria y equipo 104

PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS UAM Iztapalapa 1

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La vida moderna se ha caracterizado por, entre otras cosas, imponer un ritmo de vidamuy acelerado a las gentes que viven sobretodo en las ciudades grandes; ya que tanto elhombre como la mujer, normalmente tienen que trabajar. Esto ha modificado demanera importante los hbitos alimenticios, que se caracterizan por consumirpreferentemente alimentos de fcil y rpida preparacin, precocidos, etc. Entre estosalimentos, las sopas deshidratadas, rpidas de preparar, han cobrado un lugar cada vezms importante, entre este tipo de alimentos. En base a esto, un estudio orientado a laproduccin de sopas deshidratadas, se justifica ampliamente.

2.OBJETIVOS

2.1 Objetivo general:

Diseo de una planta deshidratadora de legumbres y hortalizas (sopas).

2.2 Objetivos particulares:

Estudio de mercado (nacional) Obtencin de datos experimentales necesarios para el diseo Experimentacin Balances de materia y energa Anlisis econmico y rentabilidad de proceso Proyeccin econmica a 10 aos Ubicacin de la Planta Layout de la planta Seguridad de la planta

3. JUSTIFICACIN

El desarrollo vertiginoso de[ mundo moderno y la constante emigracin de las gentes delcampo a los centros industrializados, hace necesario incrementar la eficiencia en laconservacin de los alimentos perecederos y sobretodo, es necesario tener capacidad detratamiento rpido y de grandes volmenes, para as garantizar la alimentacin de lahumanidad en el futuro. Adems de esto, la tendencia en los hbitos alimenticios de lahumanidad, apunta ms a ingesta de alimentos que sean fciles y rpidos de preparar.

Indiscutiblemente, las sopas deshidratadas son de los productos con mayor demanda enlos pases con mediano y alto desarrollo, debido ala facilidad con que son preparadospara su consumo. En Mxico, este mercado puede considerarse en expansin, sobre todoen (as grandes ciudades.


4. INTRODUCCIN

En un mundo cuya poblacin esta creciendo a ritmo acelerado constantemente y dondelos problemas de transporte y almacenamiento de los alimentos se van haciendo cadavez ms importantes demanda una atencin mayor, donde la ciencia y la tecnologa enlas practicas de almacenamiento de alimentos se mejoren cada da.

Los nuevos productos alimenticios requieren de procesos cada vez ms elaborados en suconservacin, por lo que aumenta la responsabilidad que desde la produccin hasta elconsumo se asegure de tener una prdida econmica mnima as como la eliminacin depeligros para la salud del hombre debidos a contaminacin, descomposicin odestruccin. La deshidratacin es una manera de preservar a los alimentos.

La preservacin de alimentos puede definirse como el conjunto de tratamientos queprolonga la vida til de aquellos, manteniendo, en el mayor grado posible, sus atributosde calidad, incluyendo color, textura, sabor y especialmente valor nutritivo.

El principio bsico en el cual se fundamenta la deshidratacin es que a niveles bajos dehumedad, la actividad de agua disminuye a niveles a los cuales no pueden desarrollarselos microorganismos, ni las reacciones qumicas degradativas. En general, hortalizas conmenos de 8% de humedad residual no son sustratos favorables para el desarrollo dehongos, bacterias ni reacciones qumicas o bioqumicas de importancia.

El tiempo de secado y la humedad final del producto, dependern de la localizacin delsecador, de las condiciones climticas del lugar y de las caractersticas del producto,secndose ms rpido el material trozado en pequeas porciones y con una mayorsuperficie de secado.

4.1. Efecto de las propiedades del alimento en la deshidratacin.

Los factores fsicos que afectan a la transferencia de calor y de masa como temperatura,humedad, velocidad del aire, rea de superficie, etc. son normalmente relativamentefciles de optimizar y controlar y por lo general determinan el diseo del desecador. Sonmuchos ms sutiles las propiedades de los productos alimenticios que pueden variardurante la deshidratacin y afectar a las velocidades de desecacin y a la calidad delproducto final. En la deshidratacin, las propiedades de los materiales alimenticioscrudos afectan tanto a la transferencia de calor como a la de masa, y ambas puedentener efectos importantes en las caractersticas de los productos desecados.

El agua sale libremente de una superficie cuando su presin de vapor es mayor que lapresin de vapor de la atmsfera que est sobre ella. Pero cuando un producto sedeseca y su agua libre se elimina progresivamente, la presin de vapor de la unidad derea del producto desciende. Esto se debe a que es menor el agua que queda por unidadde volumen y por unidad de rea, y tambin porque parte del agua es retenida o ligadapor fuerzas qumicas y fsicas a los constituyentes slidos del alimento. El agua queforma los geles, coloidales, como cuando hay almidn, pectinas o gomas, es ms difcilde eliminar y apenas presentan perodo de velocidad constante. A un es ms difcil deevaporar el agua ligada qumicamente en forma de hidratos (por Ej. , Glucosamonohidrato o hidratos de sales inorgnicas). Por otra parte los tejidos vegetales yanimales son de naturaleza celular, lo que condiciona el proceso de deshidratacin.


Estos fenmenos tambin contribuyen al aplanamiento con el tiempo de las curvas dedeshidratacin.La transferencia de vapor de agua es proporcional a la superficie de exposicin duranteel perodo de velocidades decreciente. Por lo tanto, es importante tener en cuenta lasdimensiones de las partculas del alimento que se va a tratar para conseguir unaadecuada regulacin con su sensibilidad trmica y la velocidad de secado que se deseaobtener.En la mayora de los casos, al comienzo de la deshidratacin aparece en la zonasuperficial una capa relativamente deshidratada hacia la que migra el agua libre desdeel centro del alimento, mientras de la zona superficial no se evapora. Dependiendo delas caractersticas de los alimentos y de las condiciones de procesados, los cambios en lecontenido de humedad de la superficie y del centro del alimento a lo largo del secadopueden producirse a distintas velocidades y dar lugar a diversos cambios y alteraciones,entre las que destacan, por su intensidad y frecuencia, tres:

4.1.1. Endurecimiento superficial.Puede producirse por mltiples vas y bajo la influencia de diversos factores. Cuando elsecado inicial es muy rpido (con aire que presenta una fuerte diferencia entre latemperatura de bulbo seco y hmedo), el vapor de agua puede eliminarse de lasuperficie del producto con mayor rapidez que con la que el agua se desplaza desde elcentro del alimento. En estas condiciones puede aparecer (en frutas, carnes, pescado,embutidos) una fuerte retraccin de la capa superficial, que se comporta como unapelcula dura e impermeable y ofrece una fuerte resistencia a la posterior transferenciade vapor. Si el endurecimiento de la superficie es un problema, normalmente puedeminimizarse con temperaturas de superficies ms bajas que fomentan una desecacinms progresiva en toda la pieza de alimento o utilizar aire de humedad relativa elevada,a baja velocidad.

4.1.2. Movimiento de slidos solubles

Es frecuente, especialmente cuando el secado inicial es lento, que las sustanciassolubles en agua (sales y azcares sobre todo) sean arrastradas por el agua desde elcentro hacia la superficie (por poros y capilares), donde se concentran y pueden llegar acristalizar o formar una capa amorfa, de aspecto pegajoso e impermeable que dificultael paso de vapor de agua. El movimiento de algunos compuestos solubles puede estarimpedido por las paredes celulares (membrana semipermeable). El resultado de estehecho es la concentracin y depsito de componentes solubles en la superficie delproducto al evaporarse el agua. El establecimiento de esta capa externa porconcentracin puede provocar por smosis un movimiento en el sentido opuesto al de suformacin, es decir la migracin de las sustancias solubles hacia el interior del alimentodonde la concentracin es menor. El que predomine un tipo u otro de migracindepende de las caractersticas del producto y de las condiciones de secado.

4.1.3. RetraccinLos alimentos (tejidos animales y vegetales) experimentan durante la deshidratacin uncierto grado de retraccin que puede considerarse proporcional a la salida progresiva delagua de las clulas. En las primeras fases de secado, el nivel de retraccin estrelacionado con la cantidad de humedad eliminada. Hacia el final del secado laretraccin es cada vez menor, de forma y tamao y la forma definitiva del producto sealcanza antes de completarse el proceso. Por lo tanto, si el secado se realiza en formalenta, el producto se retrae, con la consiguiente reduccin de volumen, tiene aparienciadistinta a la inicial y es ms denso. (fig. 1.a).


Cuando el secado es rpido, la formacin de una capa deshidratada y rgida en lasuperficie del alimento sirve para fijar el volumen final del producto. As el productoresultante conserva prcticamente la forma y el volumen iniciales, es ligero y menosdenso (fig. 1.b). Presenta, adems una estructura porosa que facilita la rehidratacin.

a)

b)

Figura 1. Caractersticas de los alimentos deshidratados en relacincon la velocidad de secado: a) lenta y b) rpida.

Durante la deshidratacin tambin pueden presentar otro tipo de alteraciones (sobretodo si la temperatura es relativamente elevada), entre las que se pueden citarse sonlas siguientes:

El almidn puede gelatinizarse, adsorbiendo fuertemente agua Los componentes termoplsticos se funden y ablandan dando lugar a

problemas de aglomeracin y de adherencia al envase Cambios del estado cristalino al amorfo(especialmente en azcares) Pardeamiento no enzimtico, favorecido por la temperatura alcanzada

durante el procesado y el aumento de solutos en el alimento. ElPardeamiento no enzimtico modifica desfavorablemente el color,sabor, valor nutritivo y, a veces tambin, la capacidad derehidratacin de los alimentos

Disminucin de la capacidad de retencin de agua, que puede debersea la desnaturalizacin y agregacin de las protenas consecuentes alincremento de la temperatura y de la concentracin de sales, ascomo a la desorcin del agua

Cambios de textura. Los productos deshidratados no recuperan laturgencia (carnes, frutas) ni el carcter crujiente (hortalizas) de losproductos frescos. Las prdidas de textura estn, generalmenterelacionadas con la gelatinizacin de almidn, la cristalizacin decelulosa y con las tensiones internas creadas por las variacioneslocales del contenido de agua

Prdidas del valor nutritivo, sobre todo debido a la destruccin parcialde algunas vitaminas (A Y C) por oxidacin

Cambios en el color. La deshidratacin provoca cambios en lasuperficie del alimento que modifican su reflectancia.. Los carotenos ylas clorofilas pueden efectuarse por el incremento de la temperatura ysufrir oxidaciones durante el procesado

4.2. Procesos alternativos


Los mtodos de deshidratacin de alimentos varan mucho de acuerdo con los productosa tratar e incluso un mismo alimento puede secarse de varias formas. Por lo que se handesarrollado mltiples tipos de deshidratacin con muchas variantes. A continuacin semuestran en la tabla 1 los tipos de deshidratacin existentes.

DESHIDRATADORAS CARACTERSTICAS PRINCIPALES

DESHIDRATADORASDEAIRE CALIENTE

Se utiliza velocidades de flujo del aire grandes paralas fases iniciales.

Se recomienda usar una velocidad lineal de aire de 3a 5 m/s para las piezas de hortalizas

En las fases iniciales de la deshidratacin dehortalizas se trabajar a temperatura de bulbo secode 90 100 C.

DESHIDRATADORASIMPELENTES

Este deshidratador es una columna vertical por la queasciende una corriente de aire caliente. Se alimentael producto en forma granular y el alimentado por laporcin ms baja del deshidratador.

Se utiliza para fabricar pur de papa en polvo.

DESHIDRATADORADE ARTESA

La deshidratadora consiste en una cintatransportadora sin fin, de malla de alambre que seapoya y es arrastrada por una cadena articuladagiratoria. El alimento se introduce en la artesa endireccin paralela a los ejes motores y por la mocinde la cinta asciende hasta el borde de la artesa.

Se utiliza para deshidratar hortalizas y frutas.

ARMARIOS OCAMARASDESHIDRATADORAS

Consisten bsicamente en una cmara cerradadotada de un termostato, de un ventilador paramover el aire, de deflectores para ajustar el flujodel aire.

Los armarios son deshidratadoras de pequea escalade utilizacin general que pueden emplearse conmltiples productos (cereales)

DESHIDRATADORASDECINTA

El alimento se ve sometido a la accin del calormientras avanza sobre una cinta de acero inoxidable.Varias campanas dividen a la deshidratadora enzonas, cuyas condiciones de temperatura y humedadson debidamente controladas.

Se utiliza para alimentos que no pueden resistirtemperaturas altas o que se oxidan fcilmente (cafsoluble, leche, zumo de purs de frutas)

DESHIDRATADORADE DESVN

Esta constituida por una cmara alta dotada de unpiso perforado para la deshidratacin. Para elcalentamiento se emplea un flujo convencionaldirecto de gases en combustin. Su control es difcil.

Se utiliza para deshidratar forrajes, granos.

Tabla 1. Tipos de deshidratacin : Equipos y condiciones de operacin

4.3. Procesos preliminares


La preparacin de hortalizas para su tratamiento industrial tiene suma importancia sihan de elaborarse productos de calidad. La alteracin de las hortalizas se inicia en elmomento de su recoleccin y solamente puede reducirse al mnimo mediante unamanipulacin y unas tcnicas de tratamiento correctas ( Arthey, Dennis, 1991). Lasmismas incluyen: Recepcin en el almacn Acarreo Limpieza Lavado Inspeccin Recorte Pelado Corte en lminas o en forma de dados Escaldado

4.3.1. Recepcin de hortalizas

En este momento se toman muestras de los productos para determinar si alcanzan o nola calidad requerida por el almacn. Antes de la admisin del producto debecomprobarse que cumple con las normas del almacn para factores tales como grado demaduracin de las hortalizas, tiempo y temperatura durante el transporte, contenido demateria vegetal y animal extraa, cantidades de tierra adherida, alteraciones de losproductos y presencia de materias nocivas como vidrio o metal.El tiempo transcurrido y la temperatura soportada desde la recoleccin hasta elescaldado adquieren suma importancia en muchos vegetales para mantener la calidad.

4.3.2. Acarreo

Un criterio en la seleccin del transportador consiste en que sea mnima la alteracinmecnica del producto.

Si las legumbres y hortalizas no van a ser deshidratadas en ese momento, convienemantenerlas en refrigeracin, para evitar su descomposicin. Se deben de tener encuenta algunos aspectos como los mostrados en la tabla 6, para que sea ptimo este tipode almacenamiento.

4.3.3. Limpieza en seco

Este mtodo solamente se aplicar cuando las hortalizas sean ms densas que elmaterial extrao. Las cosechadoras mviles de chcharos van provistas de este tipo delimpiador, por lo que la mayor parte del material no deseado queda en el camporeduciendo as los problemas que impone la eliminacin de residuos en el almacn.

PRODUCTO HORTALIZAPresencia de cubierta protectora natural SCaractersticas fisiolgicas:


Tipo y duracin de la respiracin

Calor generado

Dao por alteraciones delmetabolismo durante larefrigeracin.

Aerbica durante todo el almacenamiento

Moderado a sustancial

Dao por fro en algunas

Tendencia de la calidad tras recoleccin oproduccin

Las hortalizas inician su alteracininmediatamente tras la recoleccin

Causas habituales de alteracin Microbiolgicas, fisiolgicas, patolgicas yfsicas

Tabla 2. Caractersticas de los productos tras su recoleccin o produccin que determinan lascondiciones del almacenamiento en refrigeracin.

Las hortalizas recolectadas de zonas situadas por debajo del nivel del suelo puedenrecibir un tratamiento inicial de limpieza para eliminar el exceso de suciedad. Taleshortalizas suelen hacerse pasar a travs de una serie de cepillos giratorios que eliminanla tierra adherida. La tierra retorna al campo y no crea un problema en el sistemaefluente del almacn.

Las hortalizas redondas, por ejemplo pueden caer rodando por cintas ascendentesinclinadas. Los ruedan hasta el fondo y son extrados mientras que el material que norodar es transportado sobre la cinta y descargado en la parte superior segn se apreciaen la Figura 2 ( Las hortalizas redondas caen rodeando por la cinta. Los desperdiciosplanos son elevados por la cinta)

Figura 2. Limpiador de cinta inclinada para hortalizas redondas.

4.3.4. Lavado

Las races suelen recubrirse de tierra que tiene que ser eliminada. Estos productos son,por su naturaleza, mucho ms densos que el agua y se hundirn cuando se colocan en untanque con agua. En consecuencia, si han de limpiarse usando un sistema de inmersinse precisa disponer de una cinta transportadora para moverlos a travs del tanque. Sinembargo, resulta ms sencillo utilizar un lavador con cepillos giratorios seguido deaclarado en un lavador de barra (Figura 3) para eliminar la tierra acumulada en estashortalizas. Esta operacin no necesita ser perfecta ya que va seguida de la eliminacinde la piel mediante un sistema de pelado por vapor o productos custicos.


Figura 3. Lavadora de varillas con barra central pulverizada.

Los chcharos verdes son limpiados en un clasificador vibratorio para eliminar las vainasy los chcharos de tamao inferior al normal. Despus los chcharos se limpian en seco yson lavados en una lavadora giratoria para eliminar el zumo de los tallos. Piedras yobjetos pesados son eliminados en un tanque de flotacin y en algunos almacenes seusan limpiadores de flotacin con espuma para eliminar vainas, pieles y otros residuos.

4.3.5. Inspeccin.

La inspeccin y seleccin manual de las hortalizas sobre cintas o juegos de rodillos parainspeccin es la forma tradicional de eliminar el material no deseado de la lnea deproduccin. Cuando este sistema se realiza correctamente, es la operacin que requiereun trabajo ms intensivo en el almacn.

4.3.6. Recorte

Algunas hortalizas requieren un recorte antes de ser sometidas a procesos industriales.Estas operaciones de recorte son similares a las realizadas cuando las mismas hortalizasson preparadas en los hogares. Mientras que en la cocina familiar se utiliza un cuchillopara estas operaciones, en el almacn se dispone de mquinas especficas para realizarla mayora de estas operaciones. En este caso, se utiliza una cortadora para eliminar laspuntas de la calabaza y la zanahoria.

4.3.7. Pelado

Los mtodos empleados para pelar hortalizas tales como zanahorias y papas se clasificanen mecnicos, qumicos y trmicos.

4.3.7.1 Mtodos mecnicos

Las mquinas que eliminan la piel mediante frotacin son llamadas comnmentepeladoras abrasivas. Estas mquinas presentan muchas configuraciones aunque el tipoms comn es el que emplea grupos de rodillos abrasivos como en la Figura 3.

Figura 4. Pelador mediante abrasin.


Algunos productos vegetales imponen el empleo de peladoras especiales. Por ejemplo,las modernas peladoras de cebollas sujetan los bulbos de forma que pueda ser eliminadala parte superior y la base mediante cortadoras giratorias. La mquina realiza un corteen la piel de las cebollas tras eliminar la parte superior e inferior y las cebollas pasangirando a travs de un conjunto de pulverizadores de agua a gran presin que eliminanla piel. El maz es desprovisto de la envoltura cortando la mazorca en ambos extremos ydesenrollndola de las hojas. Durante esta operacin se eliminan tambin las hebraspara dejar la mazorca limpia.

4.3.7.2. Agua caliente.

Este proceso es utilizado ampliamente en la industria, adema de que es uno de los quemenos contamina el ambiente, pues los residuos que dejan se pueden separar pordecantacin, y el agua puede ser tratada mas fcilmente para poder volver a usarla.

Tabla 3. Condiciones para el pelado con leja de algunas hortalizas.

4.3.8. Eliminacin de la piel

La eliminacin de la piel resulta ms eficaz cuando las hortalizas se introducen en unalavadora giratoria con pulverizadores a gran presin. Esto elimina la piel por el efecto defrotacin de unos productos con otros y los pulverizadores de agua eliminan el materialen las grietas de la superficie. El agua enfra tambin a las hortalizas y elimina la lejade su superficie. La principal desventaja de este sistema es que provoca un importanteproblema de efluente.

4.3.9. Corte en lminas o en forma de cubos

Las mquinas que proporcionan estas formas disponen generalmente de tres juegos decuchillas de diferente tipo para realizar cada operacin. La operacin inicial consiste encortar la hortaliza formando una lmina. Esto puede efectuarse con hojas rectasgiratorias o empujando el vegetal para que atraviese una hoja mondadora. La lmina escortada posteriormente en tiras longitudinales. Para este corte se utiliza con frecuenciaun grupo de cuchillos circulares giratorios, aunque en algunas mquinas la hoja quecorta la lmina contiene cortadores tanto verticales como horizontales para realizarestas labores. Las tiras longitudinales son cortadas posteriormente en cubos si se deseaun corte en forma de cubos.

HORTALIZASCONCENTRACIN

(%)TEMPERATURA

(C)TIEMPO

(min)Zanahorias 5 95 1-3Papas 8-18 60 2-7Cebollas 20 80 1-2Jitomates 16 90 0.5


4.3.10. Escaldado

Los productos hortcolas son partes vivas de las plantas que siguen respirando tras larecoleccin. Cuando las hortalizas son recolectadas experimentan cambios comoconsecuencia de alteraciones, iniciadas con frecuencia por las enzimas de la planta,que comienzan a descomponer los tejidos vegetales. El tiempo transcurrido entre larecoleccin y la inactivacin de estas enzimas puede ser crtico para la calidad delproducto final.Para prevenir la alteracin enzimtica y microbiana los productos hortcolas reciben untratamiento trmico que inactiva las enzimas y mata el tejido vegetal. Este proceso sedenomina escaldado.

Adems evita la decoloracin, el reblandecimiento y la aparicin de malos olores vsabores durante el almacenamiento posterior.

4.3.10.1. Escaldado con vapor

La principal ventaja del escaldado con vapor consiste en que provoca un menor arrastrede solutos de las hortalizas. Esto mejora la retencin de nutrientes solubles y reduce elefluente derivado de la operacin de escaldado.

PRODUCTO TIEMPO EN AGUA HIRVIENDO (minutos)

Zanahorias 5

Maz dulce 7

Guisantes (chcharos) 5

Patatas (papas) (nuevas) 4 a 10

Calabaza hasta consistencia blanda

Calabacn (calabacitas) 3

Tabla 4. Tiempo de escaldado en agua (Chioffi, Mead, 1991)

4.3.10.2. Prdida de nutrientes durante el escaldado.

Resulta inevitable la prdida de algunos nutrientes durante el escaldado. La vitamina Ces tanto hidrosoluble como termolbil y algunos investigadores la han usado comoindicador cuando determinan los efectos del escaldado sobre las hortalizas. Se hainvestigado las prdidas de vitamina C en chcharos escaldados a bajas temperaturas, laprdida de vitamina C en papas escaldadas y se ha descubierto que el escaldado conagua 97C durante 2 minutos reduca el contenido de vitamina C de 12.5 a 7.8 mg/100gramos. Tras la coccin los contenidos de vitamina C de las papas crudas y escaldadaseran 7.4 y 6.8 mg/100 gramos respectivamente. Los chcharos al ser escaldarlos por mstiempo con agua se incrementa la prdida de vitamina C y el grado de maduracin de


los chcharos es importante por que los chcharos maduros retienen ms vitamina C quelos inmaduros.Los factores que causan prdidas de nutrientes durante las operaciones de tratamientoindustrial son: la variedad, grado de maduracin, recoleccin, manipulacin ytransporte, limpieza, lavado, escaldado y tratamiento final al determinar las prdidasde nutrientes en las hortalizas.

5. ESTUDIO DE MERCADO

Como primer punto para el desarrollo del proyecto, es conocer el mercado de las sopasdeshidratadas en nuestro pas, es decir, la produccin, costo y venta de las mismas.Para este fin se realiz una investigacin documental en los archivos del INEGI1

considerando los ltimo 6 aos. Como primer punto fue el volumen anual de las sopasdeshidratadas (grfica 1) en Mxico.

Grfica 1. Datos de los volmenes de produccin en los ltimos 6 aos en Mxico. Banco de Mxico.

Adems se investigo el valor de su produccin, lo cual podemos observar en la grafica 2,el cual ha ido en aumento, lo cual puede deberse a varias causas , entre las queencontramos el aumento del costo de materia prima, servicios auxiliares como el gas,etc.

1 Encuesta Industrial Mensual, Valor de los Productos Elaborados segn Subsector

0

5 0 0 0

1 0 0 0 0

1 5 0 0 0

2 0 0 0 0

2 5 0 0 0

3 0 0 0 0

1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0

V o lu m e n d e la p r o d u c c i n (e n to n e la d a s )


0 E + 0 0

1 E + 0 6

2 E + 0 6

3 E + 0 6

4 E + 0 6

5 E + 0 6

6 E + 0 6

7 E + 0 6

8 E + 0 6

1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0

V a l o r d e l a p r o d u c c i n ( e n m i l e s d e p e s o s )

Grfica 2. Costo de produccin de las sopas deshidratadas en Mxico, en los ltimos 6 aos

Pero ante todo, lo que marca la pauta para seguir con el proyecto es la demanda deestos productos, las cuales se ven reflejadas en las ventas anuales que hay en estesector y se pueden observar en la grfica 3.

0 .E + 0 0

1 .E + 0 6

2 .E + 0 6

3 .E + 0 6

4 .E + 0 6

5 .E + 0 6

6 .E + 0 6

7 .E + 0 6

1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0

V e n t a s n e t a s ( e n m i l e s d e p e s o s )

Grfica 3. Ventas netas de sopas deshidratadas en Mxico, en los ltimos 6 aos


En las grafican anteriores podemos observar que el volumen de produccin de sopasdeshidratadas no ha tenido grandes fluctuaciones en los ltimos aos, no as el costo deproduccin y la ventas de estos productos.

Cabe mencionar que los productos que se encuentran actualmente en el mercado, casien su totalidad es pasta con solo un poco de verdura deshidratada. Por lo que esteproyecto se enfoca principalmente ha realizar una sopa deshidratada con vegetales yhortalizas, siendo esto una innovacin en el mercado de la comida rpida.

En base al volumen de produccin que reporta INEGI y lo mencionado en el prrafoanterior, nos da la pauta para realizar una planta deshidratadora con un volumen deproduccin de 80,000 toneladas anuales.

6. RENTABILIDAD DEL PROYECTO

El anlisis econmico nos sirve para saber cul es el monto de inversin para larealizacin del proyecto, as como el costo de la operacin de la planta (produccin,administracin, ventas)

La inversin inicial es un costo fijo, la cual comprende la adquisicin de los activos fijos,es decir, equipo, el terreno, el edificio, mobiliario, transporte, etc. Adems de lainversin para el capital de trabajo y mano de obra.

Las ganancias netas anuales se obtienen de restar al capital obtenido por la venta delproducto por el nmero de paquetes de sopas que se vendern, la inversin inicial, elcosto de la materia prima y la tasa interna de retorno se ven en la siguiente tabla.

INVERSIONISTAS % Riesgo

1 persona 10-15

Otras empresas 12-15

Insitucin Bancaria 35

Tabla 5. Porcentaje de riesgo segn el nmero y tipo de inversionistas.

La TREMA o Tasa de rendimiento mnima atractiva no es otra cosa sino la tasa mnima deganancia sobre la inversin propuesta.

)*(inf%% riesgolacinriesgoalpremionflaciniTREMA ++= (1)

La TIR es la tasa interna de rendimiento, y es la tasa de descuento por la cual el valorpresente neto VPN (es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujosdescontados a la inversin inicial) es igual a cero.


o

n

jj

j Ii

RVPN -

+=

=1 )1( (2)

donde

Rj = flujo de caja (diferencia entre cobros y pagos) en el ao j

Io = Pago de la inversin inicial

El criterio a utilizar es el siguiente: si la TIR es mayor que la TREMA se acepta lainversin, esto es si el rendimiento de la empresa es mayor que el mnimo fijado comoaceptable, la inversin es econmicamente rentable

Para conocer la inversin inicial, es necesario conocer los costos de la instalacin de laplanta, as como del equipo, materia prima , etc. Nos basamos en los criterios queutiliza Douglas (1998).

Inversin Total = Costo de capital fijo + Capital de Trabajo + Capital de inicio (3)

Capital de Trabajo 0.15 inversin total (4)

Capital de Arranque 0.1 capital fijo (5)

Capital Fijo = costos directos + 0.05 costos directos + 0.2 costos directos (6)

= 1.25 costos directos

Inversin Total = 1.30 capital fijo (7)

Gastos de Instalacin 0.05 costos directos (8)

Contingencias 0.20 costos directos (9)

Inversin Total = 1.30 Capital fijo (11)

Costo de Produccin = costo de manufactura + gastos generales (12)

Gastos Generales = 0.025 de ingresos por venta (13)

Gastos de Manufactura = costo directo de produccin + cargos fijos (14)

+ Overhead planta


Costos Directos de Produccin = Costo de materias primas + costo por (15)

servicios + 0.046 del capital fijo+ 0.03 costo total de produccin

+ 1.35 costos por sueldos y mano de obra

Costo de Mantenimiento = 0.04 capital fijo (16)

Costo de Refacciones = 0.15 costo por mantenimiento (17)

Regalas = 0.03 Costo total de produccin (18)

Costo de Sueldos y Mano de Obra = Sueldo base anual * 0.35 (19)

1.35 = IMSS + INFONAVIT+ Vacaciones + das festivos + aguinaldo + otros

Cargos fijos = Impuestos + seguros + rentas + intereses = 0.03 Capital fijo (20)

OVHD = 0.72 costo por sueldos y mano de obra + 0.024 capital fijo (21)

Costo Total de Produccin = 0.103 capital fijo + (22)1.03 (mat.prima + servicios) + 2.13(costo por sueldos y mano de obra) + 0.025ingresospor ventas

Tomando una inflacin del 7% y un %premio al riesgo de 15%, se calcula la TREMA y la tirdel proyecto, obtenindose los siguientes resultados (tabla 6).

Costo de materiaprima

Produccin Ingresos porventas

TREMA TIR Inversin total

249,516 533,333 480,000 23.05% 79.96% 40,318,691

Tabla 6. Valores de la TREMA y TIR para la rentabilidad del proyecto.

Como la TIR es mayor que la TREMA, el proyecto es viable.


7. UBICACIN DE LA PLANTA

Un punto clave para la ubicacin de la planta es considerar donde se encuentran losproductores de la materia prima necesaria (tabla 7), los cuales fueron obtenido de laSAGARPA.

PRINCIPAL ESTADOPRODUCTOR

VERDURA /HORTALIZA

Zacatecas Ajo

Chihuahua Cebolla

Sinaloa Calabaza

Estado de Mxico Chcharo

Puebla Maz

Mxico Papa

Guanajuato Zanahoria

Tabla 7. Estados en los cuales se encentra la mayor produccin (riego) de la materia prima

Adems de factores como son:

Clima

Disponibilidad de mano de obra

Servicios

Factores econmicos

Por lo anterior, se decide ubicar la planta en el estado de Quertaro, ya que esta en elcentro del pas, y su actividad industrial ha llegado a ser una de las principalesgeneradoras de riqueza y empleo del pas.

7.1. Clima

Las caractersticas climticas deseadas para el proceso de deshidratacin,especialmente en la zona centro, donde tiene climas secos y semi secos, sutemperatura media anual oscila entre 7C y 25.1C. Abarca los municipios de Quertaro,Corregidora, El Marqus, Ezequiel Montes, Cadereyta, Tequisquiapan, San Juan del Ro,Coln, Peamiller y Tolimn.


Mapa 1. Cuidad de Quertaro de Arteaga, donde se pueden observar las vas decomunicacin as como los numerosos complejos industriales que hay en el estado.

7.2. Vas de comunicacin

El estado de Quertaro de Arteaga cuenta con excelentes vas de comunicacin a toda laRepblica Mexicana, por:

Carreteras Terminal de Autobuses de Quertaro Vas Frreas Aeropuertos Telfonos Telefona Celular INTERNET Radio Aficionados y Banda Civil

7.3. Carreteras

Por su ubicacin Quertaro es el centro geogrfico de la Repblica Mexicana y por lotanto el trfico carretero entre el norte y el sur del pas pasa por el Estado, quedando esteperfectamente comunicado por este medio a todo el pas y con magnficassupercarreteras de 4 a 6 carriles, con el Distrito Federal por la carretera 57, con San LuisPotos por la carretera 57, a Guanajuato por la carretera 45.

7.4. Vas frreas

El servicio ferroviario es prestado por la empresa para-estatal Ferronales (FerrocarrilesNacionales de Mxico), con proyecto de integrarse a la iniciativa privada, el centronervioso de Ferronales para por Quertaro con las siguientes lneas:

Mxico D.F. -- Quertaro -- San Luis Potos -- Tampico


Mxico D.F. -- Quertaro -- Guadalajara -- Manzanillo -- Mexicali Mxico D.F. -- Quertaro -- Ciudad Jurez Mxico D.F. -- Quertaro -- Nuevo Laredo

El servicio es de carga y principalmente transporta contenedores y cajas de trailer, enQuertaro, se encuentra una terminal de carga en la Aduana Interior y otra en la estacincentral, en donde se conserva la estacin de pasajeros del siglo pasado, realizada alestilo de los Ingleses o del viejo Oeste Norteamericano, en cantera rosa de la regin ymadera, contrastada con una elegante herrera de punto, por algn tiempo se plane eltren rpido de Mxico -- Quertaro.

7.5. AeropuertosEn Quertaro se encuentra el VOR principal de aproximacin al Aeropuerto Internacional"Benito Jurez" de la Ciudad de Mxico y cuenta con el aeropuerto "Ing. FernandoEspinosa Gutirrez" al norte de la ciudad en el cerro de Menchaca a 50 metros sobre elnivel de la ciudad.

7.6. Telefona: Las empresas que prestan los servicios telefnicos en Quertaro son: TELMEX, AT&T,AVANTEL Y ALESTRA con centrales digitales de acceso DTMF y cableado areo porpostera, para atender a sus mas de cien mil abonados, as como servicio RDI.

Telefona Celular.- En Quertaro operan dos empresas de telefona celular, IUSACELL YTELCEL con clulas de amplio cubrimiento Nacional.

Radio Aficionados.- En Quertaro se encuentra en operacin el Radio Club Quertaro,A.C. y representacin de La Asociacin de Radioaficionados de la Repblica Mexicana,A.C.

Banda Civil.- En operacin existen varios clubes de Radio en Banda Civil, como Cruzmbar que aportan servicios de auxilio en emergencias en el estado y carreteras.

La actividad industrial de este estado ha llegado ha ser una de las principalesgeneradoras de riqueza y de empleo, su vocacin industrial es una de las mayores delpas y ocupa el cuarto lugar a nivel nacional. Adems de contar con incentivos fiscalesque da el gobierno a las empresas que se instalan all.

Otro punto de suma importancia es el de encontrar mano de obra con las siguientescaractersticas:

Disponibilidad laboral y trabajadores calificados

Existen ms de 100,000 obreros con conocimientos aplicables

El 30% del personal industrial se encuentra calificado en: control de calidad total,proceso de justo a tiempo, celdas de manufactura.


8. TEORA DE SECADO DE SLIDOS

8.1. Secado

El secado es una operacin unitaria, en la que se elimina por evaporacin casi toda elagua presente en los alimentos, mediante la aplicacin de calor bajo condiciones deoperacin controladas.

El secado en si implica la transferencia de un lquido procedente de un slido hmedo auna fase gaseosa no saturada.

El secado de alimentos determina una reduccin del peso y normalmente tambin, delvolumen, por unidad de valor alimenticio, e incrementa la vida til de los productossecados en comparacin con los correspondientes alimentos frescos (Brennan, 1980)

8.2. Teora general.

8.2.1 Curvas de velocidad de secado

8.2.1.1. Conversin de los datos a curvas de velocidad de secado

Los datos que se obtienen de un experimento de secado se expresan como peso total (m)del slido hmedo a diferentes tiempos de t horas en el perodo de secado. Estos valoresse pueden convertirse a datos de velocidad de secado con los siguientes procedimientos.Primero se calculan los datos. Si (m) es el peso de slido hmedo en kg totales de aguams slido seco y (mss) es el peso del slido seco en kg,

X m mm

kg totales aguakg solido ot

ss

ss

=-

sec (23)

los cuales suelen representarse en graficas como se muestra en la fig (5)

Figura 5. Contenido de humedad en base seca en funcin del tiempo de secado

Usando los datos calculados con la Ec. (23), se traza una grfica del contenido dehumedad libre X en funcin del tiempo t en hr, tal como se muestra en la Fig. (6). Paraobtener una curva de velocidad de secado a partir de esta grfica, se miden laspendientes de las tangentes de la curva, los cual proporciona valores de dX/dt para


ciertos valores de t. Se calcula entonces, la velocidad N para cada punto con laexpresin

N mA

dXdt

ss= -

(24)

donde N es la velocidad de secado en kg H2O/hr.m2, mss es kg de slido seco usado, y Aes el rea superficial expuesta al secado en m2. Entonces, la curva de velocidad desecado se obtiene graficando N en funcin del contenido de humedad, tal como semuestra en la Fig. (6)

Figura 6. Curva de velocidad de secado

8.2.1.2. Grfica de la curva de velocidad de secado

8.2.1.2.1. Perodo inicial.

En la Fig. (6) se muestra la curva de velocidad de secado para condiciones de secadoconstante. Empezando con un tiempo cero, el contenido inicial de humedad librecorresponde al punto A. Al principio, el slido suele estar a una temperatura inferior ala que tendr al final, y la velocidad de evaporacin ira en aumento. Al llegar al puntoB, la temperatura de la superficie alcanza su valor de equilibrio. Este perodo inicial deajuste con estado inestable suele ser bastante corto y generalmente se ignora en elanlisis de los tiempos de secado.

8.2.1.2.2.Perodo de secado constante

La curva de la Fig. (6) es recta entre los puntos B y C, por lo que la pendiente y lavelocidad son constantes durante este periodo. Este periodo de velocidad constante desecado corresponde a la lnea BC en la Fig. (6). En este periodo la superficie del slidoest al principio, muy mojada y sobre ella existe una pelcula de agua continua. Estacapa de agua est siempre sin combinar y acta como si el slido no estuviera presente.La velocidad de evaporacin con las condiciones establecidas para el proceso, esindependientemente del slido y es esencialmente igual a la velocidad que tendra una


superficie lquida pura. La evaporacin durante este perodo es similar a la que existecuando se determina la temperatura de bulbo hmedo, la temperatura de la superficieequivale en forma aproximada, a la temperatura de bulbo hmedo.

8.2.1.2.3. Periodo de secado decreciente

Durante el perodo de velocidad decreciente la velocidad de secado comienza adisminuir, punto C de las grficas (Fig (5) y Fig (6)), hasta llegar al punto D. En el puntoD, la velocidad de secado disminuye con ms rapidez an hasta que llega al punto E.El punto C corresponde al contenido crtico de humedad libre Xc. En este punto no haysuficiente agua en la superficie para mantener una pelcula continua. La superficie ya noest totalmente mojada, y la porcin mojada comienza a disminuir durante este periodode velocidad decreciente, hasta que la superficie queda seca en su totalidad en el puntoD.

El segundo perodo de velocidad decreciente empieza en el punto D cuando la superficieest seca en su totalidad. El plano de evaporacin comienza a desplazarse con lentitudpor debajo de la superficie. El calor para la evaporacin se transfiere a travs del slidohasta la zona de vaporizacin. El agua vaporizada atraviesa el slido para llegar hasta lacorriente de aire.

8.2.2. Equipo de secado.

8.2.2.1 Secador de charolas

En los secadores de charolas, que tambin se les llama secadores de anaqueles, degabinete o de compartimiento, el material se esparce uniformemente sobre una charolade metal con una profundidad de 10-100 mm. Un secador de bandejas tpico, tal comose muestra en la Fig. 7, contiene bandejas que se cargan y se descargan de un gabinete.

Figura 7. Secador de charolas

Un ventilador recircula aire calentando con vapor sobre la superficie de las charolas,paralelamente a las mismas. El secador dispone de reguladores para controlar lavelocidad de admisin de aire fresco y la cantidad deseada de aire de recirculacin.Tambin se usa calor obtenido con electricidad, en especial cuando el calentamiento esbajo. Ms o menos el 10-20% del aire que pasa sobre las bandejas es aire nuevo, siendoel resto aire recirculado.


Despus del secado, se abre el gabinete y las charolas se reemplazan con otras con msmaterial para secado. Una de las modificaciones de este tipo de secador es el decharolas con carretillas, donde las bandejas se colocan en carretillas rodantes que seintroducen en el secador . Esto significa un considerable ahorro de tiempo, puesto quelas carretillas pueden cargarse y descargarse fuera del secador.

8.2.2.2. Secador de lecho fluidizado

En este tipo de secadores el aire caliente es forzado a travs de un lecho de slidos deforma tal que los slidos queden suspendidos en el aire. El aire caliente acta tantocomo medio fluidizante como de secado.

Los secaderos de lecho fluidizado pueden operar de forma discontinua o continua. En laFig. 8 se muestra un secador de lecho fluidizado. La rejilla que soporta al lecho puedeser una simple placa perforada pero tambin se emplea diseos muy complejos a basede eyectores de chorros de aire, cpsulas de barboteo, etc. Algunas unidades poseenbases vibratorias para facilitar el movimiento del producto. Los secadores pueden operara presin superior o inferior a la atmsfera, segn se precise, situando adecuadamentelos ventiladores.

Figura 8. Lecho fluidizado

Las principales caractersticas de los secadores de lecho fluidizado son: Slo pueden aplicarse a slidos susceptibles a la fluidizacin. Algunos

productos son demasiado frgiles para ser fluidizados sin que sufran excesivodao mecnico.

Las velocidades de secado en los secadores de lecho fluidizado sonrelativamente altas y se controlan con facilidad.

En las operaciones discontinuas lo slidos se mezclan bien y se secanuniformemente. En los sistemas continuos, sin embargo, el mezclado puededeterminar la salida del secado del producto no secado.


8.3. Balances de materia

8.3.1. Balances de materia para el secador de charolas.

Para el secado en un secador de charolas, donde el aire pasa en flujo paralelo sobre lasuperficie de la charola, las condiciones del aire no permanecen constantes.

Figura 9. Esquema del balance de masa en el secador de charolas

El balance de humedad en el secador de charolas es el siguiente:

11221 YGYG

dtdm

Aw -= (25)

donde

Xmm ssw = (26)

Sustituyendo la ecuacin (26) en la ecuacin (25) y tomando en cuenta que la masa delslido seco y el flujo de aire seco es constante para todo el proceso.

)( 12 YYGdtdX

Amss -=

- (27)

donde)( 12 YYGN -= (28)

donde N = kg w / hr . m2 de seccin transversal y G = kg de aire seco / hr . m2 de seccintransversal.

8.3.2. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado.

Considerando un lecho de rea de seccin transversal uniforme A m2, por el cual penetraun flujo de gas G kg gas seco / hr m2 seccin transversal, con humedad de Y1. Con unbalance de material del gas, en cualquier momento, dicho gas sale del lecho conhumedad Y2 . La cantidad de agua que se elimina del lecho con el gas es igual a lavelocidad de secado en ese tiempo.


Figura 10. Control de volumen en la que se realiza el balance

Realizando el balance de materia:

11221 YGYG

dtdm

Aw -= (29)

donde

Xmm ssw = (30)

Sustituyendo ecuacin (30) en la ecuacin (29) y tomando en cuenta que la masa delslido seco y el flujo de aire seco es constante para todo el proceso.

)( 12 YYGdtdX

Amss -=

- (31)

por lo tanto se tiene con la ecuacin (28),

)( 12 YYGN -= (28)

donde N = kg w / hr . m2 de seccin transversal y G = kg de aire seco / hr . m2 de seccintransversal.

8.4.BALANCES DE ENERGA

8.4.1. Balances de energa para el secador de charolas y secador de lecho fluidizado

El balance de energa para el secador de charolas y el secador de lecho fluidizado es elsiguiente:

( ) QdtdTCpXCpm

dtdX

AmTTCpYCpG

lv wssssss

was +++

-=-+

)()()()( 21

'1 l (32)

Sustituyendo la ecuacin (31) en (32) se tiene la siguiente expresin:


( ) QdtdTCpXCpmYYGTTCpYCpG

lv wsssswas+++-=-+

)()()()()( 1221

'1 l (33)

El lado izquierdo de la ecuacin 33, es el cambio de entalpa del gas, y el lado derecho ,el primer trmino se refiere al calor necesario para evaporar el agua contenida en elslido, el segundo trmino al calentamiento del mismo slido y Q es el calor que sedisipa a los alrededores.

9. DESARROLLO EXPERIMENTAL:

9.1. Propiedades de los vegetales y hortalizas

Antes de llevar a cabo cualquier proceso hay que tener en consideracin el tipo decompuestos con los que se va ha trabajar, conocer sus propiedades fsicas y qumicas.Estos lo podemos observar en la siguiente tabla 8.

Cenizas: Residuo que queda despus de que toda la materia orgnica ha sido quemada.Sirve para medir las sales inorgnicas que haba en el producto original.

Tabla 8. Propiedades alimenticias de los vegetales.Diccionario de los Alimentos, Cocin, Caloras, Vitaminas, Conservacin

C. TX 3479, D5.2, 1979, c.2 Ediciones Cedel.

Hidratos de Carbono: Tienen una estructura muy simple estando compuestos decarbono, hidrogeno y oxgeno. Se les clasifica en glcidos directos e indirectos, segn elnmero de molculas.

AJO CALABAZA CEBOLLA CHCHARO MAZ PAPA JITOMATE ZANAHORIANombreFamilia

Especie

Alliumsativum

CucrbitaPepo

Alliuncepa

Pisumsativum

Zeamays

Solanumtuberosu

m

Lycopersicum

esculentum

Daucuscarota

Agua 63.7 93 89 77.7 12.3 75 94 88Celulosa 1.2 0.9 0.7 2.1 0.9Cenizas 0.2 0.4 0.4 6.9 3.4 0.6Grasas 0.3 0.4 0.2 0.3 3 0.1 0.4 0.3

Hemicelulosa 0.6Hidratos de

carbono28.6 4.8 4.8 10.5 70.7 17.5 9

Protenas 6 0.8 1.2 4.5 8.5 1.5 1 1.2Vitaminas

A 0.0001 1.740 UI 50 UI 10 UI 750 UI 1.250 UI 10.000 UI

B10.0001 0.053 mg 0.06 mg 0.10 mg 182

microg0.5 mg 0.06 mg 0.0001

B20.0001 0.077 mg 0.03 mg 0.70 mg 71

microg1 mg 0.8 mg 0.00005

B6 0.25 mg 0.2 mgC 0.017 1.5 mg 14mg 2 mg 10 mg 20 mg 0.0094E 0.10 mg 0.1 mgK 500 UI 0.5 mg

PP 0.540 mg 0.15 mg 0.15 mg 550microg

0.6 mg 0.0004


Directos: azcares de frmula simple y fcil absorcin por el organismoindirectos: los feculentes (harinas) que sintetizan varias molculas.

Grasas: Proporcionan al organismo 9.3 cal/gr, pero para que su asimilacin se produzcaarmoniosamente hacen falta 2 molculas de hidruros de carbn por molcula de cuerpograso.

Protenas: Son cuerpos complejos resultan de la unin de diversos cuerpos ms simples:los aminocidos. Son la base de los tejidos de los seres vivos.

9.1.1 Propiedades fsicas de los vegetales

Los vegetales y las hortalizas, tienen propiedades caractersticas las cuales suelen tenersuma importancia en el proceso de secado, (las cuales podemos ver en la tabla 9) sobreTodo al momento de realizar los balances de materia y energa.

Tabla 9. Densidades de los vegetales

9.2. Operaciones Preliminares

Para secar un vegetal u hortaliza se realizan las operaciones preliminares especificas, lascuales de manera sinttica se exponen en la tabla 10.

VERDURA/HORTALIZA LAVADO PELADO CORTADO DESVAINADO DESGRANADO ESCALDADOAjo Manual Rodajas

Cebolla Manual RodajasCalabaza Manual CubosChcharo Manual

Maz Manual Manual

Papa Manual Cubos

Conbisulfitode sodio

(1%) 5 min.Zanahoria Manual Cubos

Tabla 10. Operaciones preliminares a las que fue sometida cada verdura u hortaliza.

VEGETAL m[kg]rempacada[kg/m3]

raparente[kg/m3]

Cp[J/kgC]

Dp[m] f

Ajo 0.01280 640.00 914.29 3305 2.39x10-2 0.81calabaza 0.05223 580.33 970.82 3550 1.54x10-2 0.81Cebolla 0.07341 587.28 857.59 3765 0.62x10-2 0.93chcharo 0.04862 540.22 1041.11 3765 1.54x10-2 1Jitomate 0.06492 811.50 932.76 14.16x10-2 1

Maz 0.02353 580.33 986 3305 0.98x10-2 0.81Papa 0.05796 644.00 1038.71 3300 1.12x10-2 0.81

Zanahoria 0.04898 544.22 999.59 3765 0.9x10-2 0.81


Cabe mencionar que los cubos y las rodajas se hacen de aproximadamente 5mm deespesor, con el fin de contribuir a un mejor secado.

9.2.1. Secador de Charolas

Antes de introducirlas al secador de charolas, se pesan las charolas vacas, despus sellenan con las verduras u hortalizas, segn sea el caso, de manera que quede una monocapa uniforme, se vuelven a pesar y as se obtiene un mejor registro sobre la masainicial que entra al secador de charolas.

9.2.2. Secador de Lecho Fluidizado

Se prepara una masa para que la altura de la cama de verdura u hortaliza en el lechosea al menos de 10 cm que es el tamao del dimetro. Para determinar la velocidadmnima de fluidizacin se realiza de manera experimental con la masa fresca y secomienza a mover la vlvula del aire que entra al secador hasta que la misma comiencea fluidizarse. Esto es una poltica de trabajo para que en un momento dado, tener lamenor perdida posible de los finos.

9.3. Metodologa experimental

9.3.1. Secador de charolas

El secador de charolas se enciende 15 minutos antes del experimento, manteniendoconstante el flujo de aire, en este caso fu de 1.25 m/s + 0.5, y el control detemperatura de 60C + 1, como este aparato cuenta con una pistola la cual contienedos termmetros, uno para medir la temperatura de bulbo hmedo y bulbo seco (ambasson mediciones importantes para determinar los balances de materia y energa); semiden ambas temperaturas antes de las charolas. Y con un voltmetro se mide latemperatura de salida de aire. Adems el secador se tara, pues tiene una canastillacolgando donde se introducen las charolas.

Ya que se tiene la temperatura d 60 C en la entrada del aire, se procede a introducir lacharolas previamente pesadas con el vegetal que va ha ser secado. Tomndose laslecturas de masa, temperatura del bulbo hmedo y bulbo seco, as como la velocidad delaire.

Se toman mediciones a diferentes tiempo, al principio se realiza a intervalos de 5minutos hasta completar 30 minutos, despus con intervalos de 10 hasta completar lahora, la siguiente hora se divide en intervalos de 20 minutos. Despus la otra hora enintervalos de 30 y si es necesario, se deja correr la otra hora sin ningn intervalo.

Cabe resaltarse que las mediciones a estudiar son la velocidad, temperatura de bulboseco y bulbo hmedo de entrada y salida del aire, as como la variacin del peso en elslido.

9.3.2. Lecho fluidizado

Para el secador de lecho fluidizado se enciende primero el compresor, despus se fija latemperatura a la que se va ha trabajar, se abren las vlvulas de paso del aire y se


encienden los bancos de resistencias, el lecho tarda aproximadamente de 20 a 25minutos para estabilizarse.

Una vez estabilizada la temperatura, se mide la temperatura de bulbo seco y bulbohmedo, esto se realiza con un psicrmetro porttil, al cual se le da cuerda para que elventilador que tiene integrado pueda succionar el aire.

Otras variables a medir son la cada de presin del aire y el flujo volumtrico de entradadel aire al lecho.

Una vez medido todo, se introduce el vegetal ha secar, y se vuelven a medir lasvariables antes mencionadas, la primera media hora se toman muestras cada 10minutos, despus de media hora dos o tres medicines ms. Solo en algunos casos llego arequerirse de mas tiempo, y para ello se tomaron mediciones cada hora.

A las muestras obtenidas se les determina la humedad en la balanza analtica, la cualtrabajo a 75C, el tiempo necesario, hasta que el peso del slido no cambia.

9.3.3. Rehidratacin

Se conservaron muestras de 15 gr de cada vegetal y hortaliza deshidratada, en cada unode los secadores.

Se hirvi agua en diferentes vasos de precipitados y se le agrego la verdura u hortaliza,de cada secador, y se les dejo hervir durante 5 minutos. Despus se escurrieron encharolas y se les comparo, color del agua, consistencia y apariencia, esto se lleva a cabode manera visual.

10. Resultados

10.1. Secador de Charolas

10.1.1. Balance de materia y energa

Con los datos obtenidos experimentalmente podemos calcular la masa seca, la humedadinicial y final de cada uno de los slidos, la humedad final del aire. Y el calor que seproporciona al aire, el calor que es necesario para secar al slido.

En los balances de energa se realizaron para tres casos, el primero fue tratando alsistema como un sistema adiabtico, el segundo fue no adiabtico pero el calor disipadose considera constante, y finalmente ocupando la ley de Fourier para calcular el calordisipado. En los tres casos la temperatura2 del slido fue similar, por lo tanto, se puedeconsiderar al sistema como adiabtico.

2 Los clculos y tablas vienen en el apndice


SLIDO

Verdura t[seg] Tsol[C] Tbh[C] X[kgw/kgss] Qhum[J/seg] Qsol[J/seg] Q[J/seg]

Ajo 2780 54.16 29.0 0.3952 14.70000 0.0672 14.7672

Cebolla 14200 59.991 32.2 1.7500 112.10704 0.0303 112.1373

Chcharo 7800 59.830 33.0 0.0820 68.07030 4.5435 72.6138

Maz 14400 59.134 27.6 0.2199 34.76080 0.5481 35.3089

Papa 9560 53.350 29.8 0.1003 150.35200 0.7822 151.1342

Papa con anti 13500 53.350 29.2 0.5791 101.73570 0.3647 102.1004

Zanahoria 8100 60.474 30.1 0.1002 10.67950 0.2847 10.9642

Tabla 11. Resultados de los balances de materia y energa de los diferentes compuestos de lasopa en el secador de charolas

AIRE

Verdura T1[C] T2[C] Y1[kgw/kgss] Y2[kgw/kgss] G[kgas/m2seg] Q[J/seg] % error

Ajo 60.00 52.00 0.0185 0.018630 1.3482 1426.2100 98.97

Cebolla 60.27 54.33 0.0184 0.018600 1.1790 1235.7659 90.93

Chcharo 62.32 53.25 0.0218 0.021840 1.3647 290.21897 76.83

Maz 59.31 58.13 0.0160 0.016050 1.3964 293.3618 87.99

Papa 54.00 48.67 0.0250 0.025290 10.5930 227.1159 33.69

Papa con anti 60.00 51.00 0.0200 0.020160 1.2669 269.1750 62.13

Zanahoria 61.00 51.79 0.0176 0.017780 1.2556 264.3155 95.91

Tabla 12. Resultados de los balances de materia y energa del aire utilizado para secar en elsecador de charolas

Como se puede observar, el calor del aire es mucho mayor que el requerido, por lo queda la pauta para poder menor cantidad de aire, y as ahorrar energa tanto delcompresor como calorfica.

Con los datos obtenidos experimentales y los balances de materia y energa, se obtienenlas curvas de secado (tiempo de secado), de velocidad de secado, evolucin de latemperatura en el slido y el aire, as como de la humedad del aire.


Grfica 4. Tiempos de secado de los diferentes componentes de la sopa en el secador de charolas

En la grfica 4, se puede observar que cada uno de los vegetales y hortalizas presentacomportamiento similar al reportado en la teora.

Un punto ha resaltar es que el chcharo requiere de un mayor tiempo para alcanzar lahumedad requerida, la cual es del 10% en todos los vegetales. Esto puede deberse a sumisma naturaleza, la capa que lo envuelve hace ms difcil la evaporacin y difusin delagua contenida en l.

De los dems vegetales, como tienen tiempos similares poden ser deshidratados enmismo lote.

Este experimento se llevo a cabo, y se obtiene la siguiente curva

Grfica 5. Tiempo se secado de la sopa deshidratada en su conjunto.

Otro aspecto a observar, es como va cambiando la humedad del aire con el tiempo,como se puede ver, va disminuyendo, esto es de esperarse, pues con el transcurso del

Curva de Secado

0

10

20

30

40

50

60

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

t[seg]

T[C

]

Ajo Calabaza Cebo lla Chcharo JitomateM az Papa Papa c/antiox Zanahoria

Sopa

0

1

2

3

4

5

6

7

0 50 100 150 200 250 300 350

t (min)

X (g

rw/g

rss)


tiempo la humedad del slido es menor, por lo tanto, el aire ya no encuentra casi aguapara llevarse.

Grfica 6. Humedad del aire a la salida del secador.

De esta grfica, podemos ver como en algunos casos como el de la papa, la humedad elaire se mantiene constante. Al casi no variar o no variar la humedad del aire nos indicaque la cantidad de aire que se introduce en el secador es muy grande y por lo tanto nollega a afectar su humedad intrnseca.

Adems otro comportamiento interesante ha observar, es el del slido. Como ya se dijoen la teora, la temperatura del slido en los primeros instantes tiende a la temperaturade bulbo hmedo.

Z a n a h o r i a

0 . 0

1 . 0

2 . 0

3 . 0

4 . 0

5 . 0

6 . 0

7 . 0

8 . 0

9 . 0

0.0

0.5

1.0

1.3

2.0

3.0

3.5

4.2

5.0

5.5

6.2

7.0

60

0

12

00

18

00

30

00

48

00

71

50

t [ s e g ]

X [

kg

w/k

g s

s]

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

t [C

]

X T

Grfica 7. Cambio de la humedad en base hmeda y la temperatura del slido, en este caso setoma el de la zanahoria3 como ejemplo.

3 Los dems componentes de la sopa tienen un comportamiento similar, como puede verse en elapndice.

Humedad del Aire

0.010.010.010.020.020.020.020.020.030.030.03

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

t[seg]

Y[k

g ag

ua/

kg a

.sec

o]

Ajo Calabaza Cebolla Chcharo JitomateM az Papa Papa c/antiox Zanahoria


Como puede observarse en la grfica 7, se tiene un pozo trmico en los primerossegundos de llevarse a cabo el secado en el lecho fluidizado. Y conforme se va secandoel vegetal, la temperatura tiende a estabilizarse, es decir, se mantiene prcticamentetodo el tiempo a la temperatura de bulbo seco.

Esto lo podemos comparar con la velocidad de secado (flux). V e lo c id a d d e S e c a d o

0 .0 E + 0 0

5 . 0 E -0 5

1 . 0 E -0 4

1 . 5 E -0 4

2 . 0 E -0 4

2 . 5 E -0 4

3 . 0 E -0 4

3 . 5 E -0 4

4 . 0 E -0 4

0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0 1 6 0 0 0

X [ k g w / k g s s ]

N [

kg w

/se

g m

2]

A j o C e b o lla C h c h a r o M a z P a p a P a p a c o n a n t i Z a n a h o r ia

GraficaGrfica 8. Velocidad de secado (flux)

En la grfica 8 podemos percibir que el chcharo y el maz tienen una velocidad desecado similar, es decir, se mantiene casi constante, por lo que se pueden secar en unmismo lote.

La cebolla al tener ms contenido de agua, es la que tarda mas tiempo en secarse, elmaz es otro que tarde en secarse, esto se debe al endurecimiento superficial queprovoca su misma cscara.

10.2. Secador de lecho fluidizado

10.2.1. Balances de materia y energa

Con los datos obtenidos experimentalmente, se realizan los balances de materia yenerga tanto de los slidos como del aire. Para poder observar como se llevo a cabo elsecado con este tipo de secador.

En los balances de energa se realizaron para tres casos, el primero fue tratando alsistema como un sistema adiabtico, el segundo fue no adiabtico pero el calor disipadose considera constante, y finalmente ocupando la ley de Fourier para calcular el calordisipado. En los tres casos la temperatura4 del slido fue similar, por lo tanto, se puedeconsiderar al sistema como adiabtico.

Los resultados obtenidos se muestran en las tablas 13 y 14 de una manera sinttica paracada vegetal y hortaliza.

4 Los clculos y tablas vienen en el apndice


VERDURA t[seg] Tsol[C] Tbh[C] X[kgw/kgss]Qhum[J/seg]Qsol[J/seg] Q[J/seg]

Calabaza 5050 56.840 20.5 0.3158 22.39370 10.3684 32.7621

Chcharo 11050 50.860 19.0 0.1037 2.76000 8.6800 11.4400

Maz 7200 54.111 19.3 0.1497 0.69200 49.69 50.3820

Papa 3600 53.023 18.0 0.1091 23.61330 37.4596 61.0729

Zanahoria 7200 56.094 17.4 0.1057 28.04270 4.9505 32.9932

Tabla 13. Resultados del balance de materia y energa de los vegetales y hortalizas en el lechofluidizado.

VERDURA T1[C] T2[C] Y1[kgw/kgss] Y2[kgw/kgss] G[kgas/m2seg]Q[J/seg] % error

Calabaza 58 39.16 0.0050 0.005936 1.0870 192.2100 83.15

Chcharo 57.22 52.22 0.0032 0.003320 1.4516 62.66000 83.55

Maz 57.33 44.00 0.0032 0.003500 1.3549 162.4100 70.71

Papa 57.00 39.00 0.0010 0.001845 1.4524 243.4393 75.17

Zanahoria 59.00 43.00 0.0021 0.003050 1.4411 28.0427 80.23

Tabla 14. Resultados de los balances de materia y energa en el lecho fluidizado.

Como se puede observar, el calor del aire es mucho mayor que el requerido, por lo queda la pauta para poder menor cantidad de aire, y as ahorrar energa tanto delcompresor como calorfica.

Curva de Secado

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

t [seg]

X [kgw

/kg as

]

maz papa zanahoria chcharo

Grfica 9. Curvas de secado en el lecho fluidizado.


En la grfica 9 podemos observar que los tiempos de secado en el lecho fluidizado sonmenores que en el secador de charolas. Esto puede deberse a que en el lecho, losvegetales estn suspendidos en el aire, mientras que en el de charolas, estn estticos.

H u m e d a d d e l a i r e

0 .0 0 0 0

0 .0 0 0 5

0 .0 0 1 0

0 .0 0 1 5

0 .0 0 2 0

0 .0 0 2 5

0 .0 0 3 0

0 .0 0 3 5

0 .0 0 4 0

0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0

t [ s e g ]

Y2 [

kg w

/kg

as]

C h c h a r o M a z P ap a c o n an t i o x i d an t e Z a n a h o r i a

Grfica 10. Humedad del aire en la salida del secador

Conforme avanza el tiempo, se observa una disminucin de la humedad del aire (grfica10), esto es porque el slido ya tiene poco agua que evaporar, esto se observa de unamanera muy notoria en el caso de la papa, que es donde se observa esta tendencia.

Adems otro comportamiento interesante ha observar, es el del slido. Como ya se dijoen la teora, la temperatura del slido en los primeros instantes tiende a la temperaturade bulbo hmedo.

Zanahoria

0.0000

0.0005

0.0010

0.0015

0.0020

0.0025

0.0030

0.0035

0.0040

0 600 1200 2400 3600 5400

t [seg]

X [k

g w

/kg

ss]

0

10

20

30

40

50

60

70

T [

C]

Y2 T

Grfica 11. Temperatura del slido

El comportamiento de la temperatura del slido puede observarse en la grfica 11, ynos percatamos que sufre un descenso el cual tiende a la temperatura de bulbo hmedodel aire en los minutos del secado, contrario a lo que sucedi en el secador de charolas,los cuales fue en los primeros 7 segundos. Aqu se observa mejor este fenmeno. Aqu seobserva mejor fenmeno. Despus sube y tiende a la temperatura de bulbo seco delaire. Se coloco la grfica de la zanahoria como ejemplificacin, pero sucede lo mismo


con todos los dems componentes de la sopa, estos se podrn ver en el apndicecorrespondiente.Para poder observar la velocidad de secado utilizamos la grfica 12.

Velocidad de Secado

0.0000

0.0005

0.0010

0.0015

0.0020

0.0025

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

X [kg w/kg ss]

N [k

g w

/seg

m2]

Chcharo Maz Papa Calabaza

Grfica 12. Velocidad de secado

Como la papa tiene una velocidad de secado mas grande podemos pensar en realizar elsecado en un mismo lote del chcharo y el maz, ya que la papa y la zanahoria hacen losmismo, por lo tanto, lo hacemos otro en otro lote (grfica 13).

Velocidad de Secado

0.0000

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

X [kg w/kg ss]

N [k

g w

/seg

m2]

Chcharo Maz

Grfica 13. Velocidad de secado del chcharo y el maz.

Esto nos da la pauta final, para poder trabajar de manera industrial, es decir, esta es lamanera en que se trabajara la planta deshidratadora, en un mismo lote se encontrar elmaz y el chcharo, y en otro la calabaza, la zanahoria y la papa.

10.4. Rehidratacin

Se realizaron las pruebas de rehidratacin de los vegetales y hortalizas ya sealadas,esta prueba fue totalmente emprica y se baso en la observacin simplemente. Teniendomejor consistencia y apariencia aquellas que se haban deshidratado en el secador decharolas.


11. CLCULOS DE LOS BALANCES DE MATERIA Y ENERGA

11.1. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado

A continuacin se presenta el tratamiento de los datos experimentales correspondientea los balances de materia. Se muestran los clculos detallados para un solo vegetal(Zanahoria), ya que el procedimiento es el mismo para los dems.

Se determino la humedad de la zanahoria fresca en una balanza electrnica, enla tabla 14 se presentan los resultados.

m(kg)

ms.s(kg)

X(kgH2O/kg A.S)

0.02185 0.00265 7.24

Tabla 15. Humedad en base seca de la zanahoria fresca.

Del proceso de deshidratacin de la Zanahoria, se obtuvieron los siguientes datosexperimentales.

t(seg) Tbsen(C)Tbssal(C) Tbhsal(C)

0 61 59 17.00600 56 19 17.001200 61 21 18.002400 57 52 17.003600 58 50 17.505400 61 57 18.00

Tabla 16. Datos experimentales

Al trmino del proceso se determino la humedad, se tomo una cantidad dezanahoria deshidratada en intervalos de tiempo y se analizo en la balanzaelectrnica y posteriormente se calcularon las humedades en base seca yhmeda. En la tabla 17 se muestran los resultados.

t(seg) m [kg] ms.s [kg]X

[kgw/kgsseco] x [kgw/kg]0 0.02185 0.00265 7.2453 0.8787

600 0.01382 0.00185 6.4703 0.86611200 0.02696 0.00464 4.8103 0.82792400 0.01088 0.00478 1.2762 0.56073600 0.01012 0.00724 0.3978 0.28465400 0.01025 0.00927 0.1057 0.0956

Tabla 17. Humedades en base seca para la zanahoria deshidratada.

Con las humedades en base seca y el tiempo, se hace una curva de secado X vs.t,


Zanahoria

y = 2E-07x2 - 0.003x + 7.675

R2 = 0.9717

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

t [seg]

X [k

gw/k

gss]

Grfica 15. Curva de secado

La curva obtenida en la grafica 15 se ajusta a un modelo polinomial, a partir delcual se obtiene la derivada (la variacin del contenido de humedad con eltiempo) Por lo tanto

El polinomio obtenido es:

796.80040.0*75 2 +--= ttEX (34)derivando

0040.0710 --= tEdtdX (35)

Por lo tanto

t(seg) X [kgw/kgsseco]x

[kgw/kg] (-dX/dt) N [kgw/m2seg]0 7.2453 0.8787 0.004093 2.643E-03

600 6.4703 0.8661 0.004094 2.643E-031200 4.8103 0.8279 0.004095 2.644E-032400 1.2762 0.5607 0.004099 2.647E-033600 0.3978 0.2846 0.004100 2.647E-035400 0.1057 0.0956 0.004100 2.647E-03

Tabla 18. Velocidad de secado en kg w/segm2

Para calcular la parte derecha de la ecuacin (). Se necesita calcular lashumedades del aire con las temperaturas experimentales (temperatura de bulboseco y hmedo de entrada y salida) y el flujo de aire que se utiliza en el proceso.Los resultados son


Tbs (C) Tbh (C) Y1 [kgw/kg as] G[kgaire/m2seg] Tbs (C) Tbh (C) Y2[Kgw/Kgas]59 17 0.0021 1.44107 59 17.00 0.002159 17 0.0021 1.44107 19 17.00 0.060059 17 0.0021 1.44107 21 18.00 0.050059 17 0.0021 1.44107 52 17.00 0.030059 17 0.0021 1.44107 50 17.50 0.020059 17 0.0021 1.44107 57 18.00 0.0150

Tabla 19. Informacin del aire seco

Como se conocen las humedades de entrada y salida se puede calcular la parteizquierda de la ecuacin ()

t [seg] G(Y2-Y1)[kgw/m2seg]0 0.00E+00

600 0.00E+001200 4.06E-032400 1.16E-033600 5.81E-035400 5.81E-037200 5.52E-0310800 3.34E-03

Tabla 20

Los resultados del balance de materia para el lecho fluidizado se encuentran en elapndice

11.2. Balances de masa en el secador de charolas

Para llevar a cabo el secado de las verduras y hortalizas en el secador de charolas, seprocede primero a pesarlas ante de limpiarlas, esto es para saber cuanta materia sepierde, debido a los procesos posteriores de acondicionamiento. Como son lasoperaciones preliminares que se sealan en la siguiente tabla donde se puede observarcuales se llevaron a cabo

Posteriormente para cada vegetal u hortaliza se realizan las operaciones preliminaresespecificas que se sealan, en la tabla 10, se puede observar cuales y de que manera sellevaron a cabo para cada material.Cabe mencionar que los cubos y las rodajas se hicieron de aproximadamente 5mm deespesor, con el fin contribuir a un mejor secado.

Antes de introducirlos al secador, se pesan las charolas vacas. Despus se vacan losvegetales de manera que sobre la charola quede una capa uniforme, se vuelven a pesary as se obtiene un mejor registro sobre la masa inicial que entra al secador de charolas


VERDURA/HORTALIZA LAVADO PELADO CORTADO DESVAINADO DESGRANADO ESCALDADOAjo Manual Rodajas

Cebolla Manual RodajasCalabaza Manual CubosChcharo ManualJitomate Manual Rodajas

Maz Manual Manual

Papa Manual CubosCon

bisulfito desodio (1%)

Zanahoria Manual Cubos

Tabla 10 . Operaciones preliminares a las que fue sometida cada verdura u hortaliza

El secador de charolas se enciende 15 minutos antes del experimento, manteniendoconstante el flujo de aire, en este caso fue de 1.25 m/s +.0.5, y el control detemperatura de 60C + 1, como cuenta con una pistola la cual contiene dostermmetros, uno para la temperatura de bulbo hmedo y otra para la temperatura debulbo seco; se miden ambas temperaturas en la entrada del aire. Y con voltmetro semide la temperatura de salida del aire. Adems el secador se tara, pues tiene unacanastilla colgando donde se introducen las charolas. Ya que se tiene una temperaturade 60C en la entrada del aire se procede a introducir las charolas con el vegetal que vaha ser secado. Tomndose las lecturas de masa, temperatura de bulbo hmedo y bulboseco, as como de la velocidad del aire.

Las mediciones se toman a diferentes tiempos, al principio se hace a intervalos de 5minutos hasta completar 30, despus de 10 hasta completar la hora, la siguiente hora sedivide en intervalos de 20 minutos. Despus de 30 y por ltimo de 1 hora.

El secado tiene una duracin aproximada de 3 horas. Cuando se extraen las charolas, laverdura de cada una de ella, se introduce a la balanza electrnica para determinarcuanta humedad todava contiene, y as ver cual es la masa seca total.

A continuacin se presenta el tratamiento de los datos experimentales correspondientea los balances de materia. Se muestra los clculos detallados para un solo vegetal(Zanahoria), ya que el procedimiento es el mismo para los dems.

Se toma una muestra de zanahoria fresca, a la cual se le determino la humedaden una balanza electrnica, en la tabla 21 se presentan los resultados.

m(kg)

Mss(kg)

X(kg w/kg s.s)

0.0184 0.0024 6.695

Tabla 21. Humedad en base seca de la zanahoria fresca.

Del proceso de deshidratacin de la Zanahoria, se obtuvieron los siguientes datosexperimentales.


T (seg) m (kg) vs (m/s) tbh,ent (C) tbs,ent (C) tbh,sal (C) tbs,sal (C)

0 0.36165 1.21 28 60 26 53

300 0.34365 1.19 28 60 26 53

600 0.32265 1.22 28 61 26 53

900 0.30565 1.18 28 61 26 53

1200 0.28565 1.22 28 61 26 53

1500 0.26465 1.23 28 61 26 53

1800 0.24865 1.21 28 61 26 53

2400 0.21365 1.22 28 61 26 53

3000 0.18365 1.25 28 61 26 54

3600 0.15865 1.21 28 61 27 544800 0.11365 1.22 28 61 27 546000 0.08164 1.23 28 61 28 567200 0.06165 1.22 28 61 28 589000 0.04365 1.23 28 62 28 60

Tabla 22. Datos experimentales.

Al trmino del proceso, se tomo una cantidad de zanahoria deshidratada en cadacharola y se analizo en la balanza electrnica. Con el fin de determinar la masaseca en la misma.

CHAROLA m(kg)mss(kg)

X(kg H2O/kg

s.s)1 0.01308 0.01255 0.04222 0.01008 0.00960 0.05003 0.01395 0.01349 0.03414 0.01392 0.01319 0.0553

Promedio 0.01276 0.01221 0.04542Tabla 23. Humedades en base seca para la zanahoria deshidratada.

Con la masa seca determinada con la balanza de humedad, se puede estableceruna regla de tres simple para extrapolar la masa seca contenida en la verdurafresca que va a ser sometida a tratamiento

Si la masa de slido hmedo (m) puesta en la balanza de humedad contienecierta masa slido seco (mss muestra) , la masa seca (mss total) presente encualquier muestra de slido hmedo ser:

( )( )muestram

totalmmuestramtotalmhumeda

humedassss

.. = (36)

Con el valor de la masa seca se procede a determinar las humedades en baseseca y hmeda para los diferentes intervalos de tiempo.


T (seg) m (kg) ms.s (kg) X(kg w/Kg s.s) x(kg w/Kg tot)

0 0.36165 0.042 7.6585 0.8845

300 0.34365 0.042 7.2276 0.8785

600 0.32265 0.042 6.7248 0.8705

900 0.30565 0.042 6.3178 0.8633

1200 0.28565 0.042 5.8389 0.8538

1500 0.26465 0.042 5.3362 0.8422

1800 0.

50918694 planta deshidratadora iztapalapa

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