DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DE UNA CÁMARA EXPERIMENTAL PARA DESHIDRATACIÓN DE PRODUCTOS AGRÍCOLAS

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN DE UNA CÁMARA EXPERIMENTAL PARA DESHIDRATACIÓN DE PRODUCTOS AGRÍCOLAS

Mariño Salguero Jessica Marcela

Chico Andrade Luis Fernando

Director: Ing. Ramiro Valenzuela

Escuela de Ingeniería Mecánica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo

Riobamba – Ecuador

Resumen Este trabajo presenta el Diseño y Construcción de una Cámara Experimental de Deshidratación de Productos Agrícolas, para ser instalada en el Laboratorio de energía de la Escuela de Ingeniería Mecánica, ESPOCH, con el propósito de brindar a los estudiantes la posibilidad de realizar prácticas de laboratorio, permitiéndoles entender de mejor manera los principios teóricos del proceso de secado por convección. El deshidratador es del tipo bandejas; consta de un ventilador centrífugo, un sistema de ductos, un interca¬mbiador de calor vapor-aire y una cámara de secado, la cual dispone de cuatro bandejas extraíbles de material inoxidable. Las bandejas con los sólidos a secar están expuestas en la cámara a una corriente de aire, que sirve para calentar los sólidos y evacuar el contenido de humedad eliminado.

Abstract This work presents the Design and Construction of an Experimental Chamber of Dehydration of Agricultural Products, to be installed in the Laboratory of energy of the School of Mechanical Engineering, ESPOCH, with the purpose of offering the students the possibility to carry out practical of laboratory, allowing them to understand in a better way the theoretical principles of the process of having dried off by convection. The dehydrator is of the type trays; it consists of a centrifugal fan, a system of ducts, an exchange of heat vapor-air and a drying camera, which has four removable trays of stainless material, The trays with the solids to dry off are exposed in the camera to an air current that is good to heat the solids and to evacuate the eliminated content of humidity.

1. INTRODUCCIÓN

La conservación de los alimentos por deshidratación es uno de los métodos más antiguos, el cual tuvo su origen en los campos de cultivo cuando se dejaban secar de forma natural las cosechas de cereales, forraje y otros antes de su recolección. En la actualidad la deshidratación de alimentos sigue vigente para productos comerciales, otorgándoles de esta manera valor agregado.

El éxito de este procedimiento reside en que, además de proporcionar estabilidad microbiológica y fisicoquímica, debido a la reducción de la actividad del agua, aporta otras ventajas derivadas de la reducción del peso, en relación con el transporte, manipulación y almacenamiento. [1]

La deshidratación genera una gran ventaja, los alimentos secos y deshidratados son más concentrados que cualquier otra forma de productos alimenticios preservados, son menos costosos de producir; el trabajo requerido es mínimo y el equipo de proceso es limitado. [2]

La deshidratación de alimentos

La deshidratación de alimentos consiste en la eliminación de la mayor parte posible del agua que contiene el alimento. Se puede realizar de muchas formas, por ejemplo el secado al sol, pero en la industria alimentaria la deshidratación de alimentos se lleva a cabo bajo condiciones óptimas y controladas de temperatura, humedad y circulación del aire para conseguir el mejor resultado posible. [3]

Parámetros involucrados en la deshidratación

A. Transferencia de calor

Transferencia de calor desde el medio calefactor a la superficie

líquida.

Transferencia de calor en la película de líquido adherida al sólido.

Transferencia de calor directa del sólido al líquido.

Transferencia de calor del sólido al líquido a través de la película

superficial y dentro de los intersticios y poros de la masa sólida.

Transferencia de calor desde el medio calefactor a la zona de sólido

seco.

Conductividad térmica del líquido.

Conductividad térmica del sólido húmedo.

Conductividad térmica de la zona cercana al sólido seco.

Calor latente del líquido.

Calor de hidratación, cuando se elimina agua combinada al finali¬zar el proceso de secado.

B. Atmósfera de secado

Presión y temperatura de la atmósfera de secado.

Velocidad relativa de la atmósfera de secado respecto de la super¬ficie a secar.

Presión de vapor efectiva del líquido, considerando los cambios en

la elevación de la temperatura de ebullición durante el proceso de

secado.

Grado de saturación de la atmósfera de secado dentro del lecho

sólido.

C. Propiedades físicas generales del sistema sólido-líquido

Tensión interfacial entre el sólido y el líquido.

Espesor de la película adherida al sólido.

Relación entre el área superficial y el volumen de líquido contenido

en los poros.

Coeficiente de difusión del vapor en los poros.

Succión capilar de líquidos dentro de los poros.

Gradientes de concentración de líquidos en los poros.

Presencia de materiales fibrosos o cavidades en el seno del sólido.

D. Propiedades del alimento

Espesor del producto.

Área efectiva de sólido.

Porosidad, es decir, tamaño y longitud de los poros y la extensión en

que están ramificados.

Solubilidad del sólido en el líquido cuando el líquido es parte de la

estructura del sólido húmedo.

Máximo contenido de líquido tolerable en el producto seco. [4]

Deshidratadores de compartimento y bandejas, transferencia convectiva.

El aparato consta esencialmente de una cámara rectangular que tiene las paredes recubiertas de material aislante del calor. En el interior de la cámara hay de 4 a 20 estanterías hechas de ángulo ligero, sobre las que las bandejas pueden deslizarse o bien vagonetas, de forma que una vagoneta cargada con bandejas puede recorrer el secadero con las puertas cerradas. Existe un dispositivo para circulación del aire sobre las bandejas. [5]

Figura1. Deshidratador de bandejas.

Fuente: W.McCabe Operaciones unitarias en Ingeniería Química, 2007.

Cada bandeja puede ser de forma cuadrada o rectangular con un área que en promedio es de 1.25m2, se recomienda esparcir el material hasta una altura máxima de 1.5cm. El secado puede durar hasta dos días dependiendo del tipo de material y su contenido de humedad. [6]

En este equipo, la transmisión de calor del aire al producto se realiza por convección, por lo tanto depende de la velocidad, temperatura y humedad del aire.

Con objeto de proporcionar una buena distribución del aire a lo largo del secadero, se recomienda una velocidad de flujo de aire sobre las bandejas de 0,25 a 2,5 m/s para granos y 1 a 3 m/s para frutas. [7]

En este deshidratador el tiempo de contacto del aire con las bandejas en un solo paso es corto. Por consiguiente, la cantidad de agua que toma el aire en un paso a lo largo del secadero es pequeña, de forma que en la mayor parte de los casos del 80 al 95 % del aire descargado por el ventilador se hace recircular haciéndolo volver sobre las bandejas y únicamente del 5 al 20 % se toma como aire fresco. Al principio del ciclo, cuando la carga está completamente mojada, puede tomarse algo más de aire fresco que al final del ciclo cuando la carga está casi seca. [8]

Los secadores de bandejas a presión atmosférica están provistos normalmente de algún control termostático, para mantener la temperatura del aire más o menos constante e independiente de la velocidad de secado.

La fuente energética de estos secadores puede ser de: vapor, electricidad, o hidrocarburos como carbón, petróleo, aceite y gas. Estos dos últimos calientan mucho más y son de bajo costo de funcionamiento, pero tienen el inconveniente de contaminar el producto y producir explosiones. Los secadores que funcionan con vapor son más baratos que los eléctricos y se aconsejan para equipos grandes. [5]

2. METODOLOGÍADE DISEÑO

Antes de diseñar los diferentes elementos que tiene el secador, es necesario determinar las condiciones y los parámetros en los que se realizará el proceso de secado. Por ello, es vital realizar las siguientes suposiciones:

Durante el proceso de secado las condiciones climatológicas no varían.

Las condiciones del producto a tratar no cambian durante todo el proceso.

En la cámara de secado se considera que las condiciones del aire son constantes (flujo de aire, temperatura y humedad).

La temperatura de secado y la humedad del aire serán valores que no se consideren variables.

Figura 2. Esquema Equipo de deshidratación

Fuente: Autores

La generación de calor y el flujo de calor durante todo el proceso son constantes.

El equipo tendrá las siguientes características:

La transferencia de calor es por convección forzada

Funciona a presión atmosférica

Capacidad máxima 4kg por lote, dependiente del producto.

Tiempo de secado de acorde con el producto a secar.

Vapor como fuente de energía de calentamiento de aire.

Dimensionamiento del deshidratador

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