PRACTICA 2: DESHIDRATACIÓN DE PAPA POR CABINA CON AIRE CALIENTE I. OBJETIVOS - Aprender el proceso de secado de camote usando un secador de cabina con aire caliente. - Determinar características del proceso de secado, curvas de secado y tiempo de secado. II. FUNDAMENTO TEÓRICO El secado es la extracción de agua de un producto hasta un valor de humedad dado (generalmente expresado en base húmeda), el agua durante el proceso se elimina en forma de vapor. Para determinar el tiempo de secado se debe proceder bajo condiciones constantes de operación: presión, temperatura, humedad relativa, velocidad del aire y luego calculando por pesadas sucesivas la perdida de humedad del producto se obtienen como resultado valores que permiten graficar las curvas del secado.
DESHIDRATACION Generalmente, se entiende por deshidratación a la operación mediante la cual se elimina total o parcialmente el agua de la sustancia que lo contiene. Esta definición puede ser aplicada a sólidos, líquidos lí quidos o gases y tal como esta expresada puede servir para describir describir varias operaciones operaciones unitarias como como la evaporación, evaporación, la adsorción, etc. etc. Sin embargo, su tratamiento teórico y tecnología empleada las diferencian completamente. (Fito & et al, 2001) La mayoría de productos agroalimentarios son sólidos por lo que se define mejor la deshidratación deshidratación como la Operación Básica por la que el agua que contiene un sólido o una disolución (generalmente concentrada) se transfiere a la fase fluida que lo rodea debido a los gradientes de actividad de agua ( ) entre ambas fases (fig. 1.1).
Objetivos en la deshidratación de alimentos
Desde la antigüedad se ha reconocido que los alimentos con mayor contenido en humedad son los más perecederos, de tal manera que el control en el contenido en humedad de un producto es una herramienta para su conservación. El primer objetivo dela operación de secado en cuanto a aumentar la estabilidad del producto se define en términos de depresión de la actividad de agua ( ) y no en términos de disminución del contenido en humedad, puesto que la puede ser considerada una medida indirecta del agua que está disponible en un producto para participar en las reacciones de deterioro. Ajustando la y eligiendo el envase adecuado puede alargarse la vida útil de un alimento sin necesidad de refrigeración durante el almacenamiento. La operación de deshidratación conlleva además una apreciable reducción del peso y volumen de los alimentos que se deshidratan, consiguiéndose así una importante reducción de los costes de transporte y almacenamiento de estos productos. Otro de los objetivos que se persiguen con la deshidratación de alimentos es la transformación de estos en materias primas adecuadas para el mezclado y formulación de nuevos productos, como el caso de las sopas deshidratadas, frutas y cereales para desayuno, etc. Sin embargo, el secado también puede provocar cambios indeseables en los alimentos. El tamaño y la forma pueden cambiar considerablemente tal y como se ha expuesto anteriormente, de manera que cuando se reconstituye el alimento, este no recupera su forma y tamaño originales. Los cambios en el sabor y aroma de los productos deshidratados se deben fundamentalmente a la perdida de componentes volátiles durante el proceso, así como al desarrollo de sabores y aromas típicos de productos cocidos provocados por las altas temperaturas.
Fuentes de energía utilizadas en deshidratación de alimentos Uno de los criterios de clasificación de tipos de secadores se basa en la manera de transmitir el calor, fundamentalmente, por convección, conducción y radiación. Los distintos mecanismos de transporte de calor implicados en el secado van a repercutir notablemente en la cinética del proceso y por tanto en los costes totales, pero para asegurar esto último deberá tenerse en cuenta además qué fuentes de energía pueden ser utilizadas para el funcionamiento de los equipos de secado. En el secado convectivo el calor se transfiere al solido que se está secando mediante una corriente de aire caliente que además de transmitir el calor necesario para la evaporación del agua es también el agente transportador del vapor de agua que se elimina al sólido. En este tipo de secadores los aspectos energéticos se evaluarán por tanto atendiendo a la fuente de energía utilizada para la generación de aire caliente.
Generación de aire caliente
En los secadores convectivos, el aire caliente es impulsado a través del secador por medio de ventiladores. Las fuentes de energía utilizadas para calentar el aire son muy variadas, entre ellas el gas natural ofrece mayor flexibilidad y una respuesta más rápida a menor coste, y también permite trabajar a temperaturas más altas. Sin embargo, los requerimientos de seguridad son muy estrictos o rigurosos. El propano tiene características similares al gas natural, pero es más caro. La mayoría de secadores son calentados con vapor, en ocasiones aceite. El aceite caliente (bombeado desde un calentador externo hacia los intercambiadores de calor) ofrece mayores temperaturas que el vapor sin los riesgos de la presión asociada al vapor. El calentamiento eléctrico rara vez se usa para la generación de aire caliente debido a su baja eficacia y elevado coste. Sus aplicaciones están generalmente limitadas a aquellos casos en los que se requieren temperaturas muy altas para el secado de productos en los que la contaminación debida a los productos de la combustión deba ser evitada. (Fito & et al, 2001).
Secador por aire caliente y con bandejas El aire caliente es usado en muchas operaciones de secado, por lo que los secadores de aire han estado en uso por muchos años alrededor del mundo. La configuración básica de un secador de aire atmosférico es un área especial donde el alimento es colocado, y este está equipado con sistema generador de aire caliente y una serie de conductos que permiten la circulación de aire caliente alrededor y a través del alimento. El agua es removida de la superficie del producto y llevada hacia afuera en una sola operación. El aire es calentado mientras entra al secador por medio de intercambios de calor haciendo uso de resistencias eléctricas o combinación directa con gases de combustión de escape. Este tipo de secadores es usado ampliamente en el proceso de manufactura de galletas, fruta seca y rebanadas de vegetales, y comida para mascotas.
Componentes de un secador La composición básica de un secador consiste de un sistema que genere aire caliente; el cual puede estar compuesto de un ventilador y de una serie de hilos de resistencias eléctricas de Nicrom (Níquel-Cromo) para generar calor, también debe de contar con un colector y un alimentador. Sin embargo, para propósitos educacionales son comunes los secadores sin alimentador ya que las cantidades de alimento a deshidratar son menores. El arreglo final de estos componentes es característico de cada tipo de secador. La siguiente figura muestra el esquema básico de un secador.
Figura: configuración básica de un secador de aire atmosférico
Fuente: Universidad de las Américas Puebla -
Generador de aire Los secadores de aire deben de contar con un sistema que permita la entrada de aire a diferentes velocidades de flujo, por eso se utilizan ventiladores o motores que se utilizan en los sistemas de refrigeración y también extractores de aire los cuales son polarizados de manera inversa para trabajar como generadores de aire.
-
Calefactor En calefactores directos el aire es calentado cuando se combina con gases de combustión de escape. En calefactores indirectos en aire o productos es calentado a través de placas de resistencias eléctricas. El costo de los calentadores directos es más bajo que los indirectos, pero algunos productos se llegan a dañar o contaminar debido a los gases.
-
Alimentador más comunes utilizados en los secadores para solidos son los transportadores de tornillo, mesas rotantes y bandejas vibratorias. En algunos casos se tienen que utilizar alimentadores especiales en secadores de cama ancha para asegurar la expansión uniforme del alimento. Los alimentadores o “feeders”
Otros componentes que son utilizados en los secadores para verificar el estado dentro del mismo son: termómetro de mercurio, medidores de presión y humedad, y basculas que censan la perdida de agua del alimento. Por lo general los secadores que se utilizan en los laboratorios de investigación cuentan con todos estos elementos con el propósito de hacer pruebas y de monitorear el comportamiento del secador y del alimento que se está deshidratando. (Universidad de las Américas Puebla)
III.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales: materia prima (camote), balanza semianalítica, termómetro, equipo de secado, estufa, ollas, cucharon, cernidor, tazón, cocina, tableros de mesa, cuchillos, bolsas de polietileno. - Métodos: serán experimental y consistirá de los siguientes pasos: Se determinará la humedad inicial del producto según método de la AOC. Se calentará el aire mediante resistencias eléctricas hasta alcanzar la temperatura de trabajo deseado. Se procederá a seguir el flujo de operaciones siguientes: -
Camote
Se elimina los de mala calidad
Tiras: - Largo: 3 cm - Ancho: 0.5 cm - Espesor: 3 mm
De 5 a 10 minutos en ebullición
Temperatura: 50-53°C Humedad relativa: 60 % (en Tacna)
⃗ del aire: 1 m/s En bandejas de 300 gr/bandeja : 6-8 horas
En bolsas de polietileno
IV.
PROCEDIMIENTO
Introducido el producto en el secador se controlará la pérdida de peso, que es perdida de agua, se determinará sucesivamente a diferentes intervalos de tiempo, se recomienda que las primeras 20 pesadas sean cada 5 minutos, las siguientes 20 cada 10 minutos y los siguientes con un intervalo de 30 minutos, hasta alcanzar peso constante que será el peso del solido seco. Una vez que la pérdida de peso en el producto se mantenga constante el proceso de secado se detendrá.
El producto deshidratado será envasado en bolsas de polietileno a temperatura ambiente para su conservación (se tomará una bolsa de muestra para estudiar su estabilidad en el almacenaje). Durante el proceso de secado se debe controlar la temperatura del mismo, la cual debe mantenerse constante (para obtener las curvas con parámetros constantes), así como la humedad relativa del aire y su velocidad Así mismo, se controlará la temperatura del bulbo seco y húmedo del aire tanto a la entrada y salida del secador. Se hará el siguiente grafico tabular de variables: para una muestra por determinar
Minutos Horas
∆
P: peso total
Humedad Humedad total (Kg) en base W=P-ms seca =
∆
Velocidad de secado ∆ = ∆
Donde: W: humedad ms: materia seca o solido seco (peso). - es la materia seca o peso del solido seco y es el peso constante al que se llega al final del secado (cuando ya no hay más agua que se evapora) P: peso total Humedad total: W = peso total - peso solido seco. Humedad en base seca: =
ℎ () ()
V. RESULTADOS Datos iniciales de la muestra - Peso de la materia prima (camote): 218 g - Peso de la cascara: 34 g - Peso de la pulpa de camote:184 g - Después de acondicionada y escaldada, la muestra depositada en un envase de plástico, se llevó a refrigeración. - Al día siguiente, antes del proceso de secado, la muestra de camote con un peso de 200 gramos, se introdujo al secador por aire caliente Proceso de secado por aire caliente: Condiciones del proceso: - Temperatura: = 50-53 °C; = 27 °C
- Humedad Relativa: 60-70 % (caso Tacna) - ⃗ del aire: 1 m/s
P: peso N° de orden de pesadas
Minutos
total (Kg)
Horas
Humedad
Velocidad
Humedad
en base
de secado
total (Kg)
seca
W=P-ms
0
0
0
0.2
0.139
2.2787
0
0
1
5
0.0833
0.0833
0.194
0.133
2.1803
0.09836
1.1803
2
10
0.1667
0.0833
0.191
0.130
2.1311
0.04918
0.5902
3
15
0.2500
0.0833
0.186
0.125
2.0492
0.08197
0.9836
4
20
0.3333
0.0833
0.183
0.122
2.0000
0.04918
0.5902
5
25
0.4167
0.0833
0.178
0.117
1.9180
0.08197
0.9836
6
30
0.5000
0.0833
0.175
0.114
1.8689
0.04918
0.5902
7
35
0.5833
0.0833
0.171
0.110
1.8033
0.06557
0.7869
8
40
0.6667
0.0833
0.166
0.105
1.7213
0.08197
0.9836
9
45
0.7500
0.0833
0.162
0.101
1.6557
0.06557
0.7869
10
50
0.8333
0.0833
0.159
0.098
1.6066
0.04918
0.5902
11
55
0.9167
0.0833
0.156
0.095
1.5574
0.04918
0.5902
12
60
1.0000
0.0833
0.153
0.092
1.5082
0.04918
0.5902
13
65
1.0833
0.0833
0.149
0.088
1.4426
0.06557
0.7869
14
70
1.1667
0.0833
0.144
0.083
1.3607
0.08197
0.9836
15
75
1.2500
0.0833
0.141
0.080
1.3115
0.04918
0.5902
16
80
1.3333
0.0833
0.137
0.076
1.2459
0.06557
0.7869
17
85
1.4167
0.0833
0.134
0.073
1.1967
0.04918
0.5902
18
90
1.5000
0.0833
0.13
0.069
1.1311
0.06557
0.7869
19
95
1.5833
0.0833
0.125
0.064
1.0492
0.08197
0.9836
20
100
1.6667
0.0833
0.122
0.061
1.0000
0.04918
0.5902
21
110
1.8333
0.1667
0.117
0.056
0.9180
0.08197
0.4918
22
120
2.0000
0.1667
0.112
0.051
0.8361
0.08197
0.4918
23
130
2.1667
0.1667
0.107
0.046
0.7541
0.08197
0.4918
24
140
2.3333
0.1667
0.1
0.039
0.6393
0.11475
0.6885
25
150
2.5000
0.1667
0.096
0.035
0.5738
0.06557
0.3934
26
160
2.6667
0.1667
0.094
0.033
0.5410
0.03279
0.1967
27
170
2.8333
0.1667
0.09
0.029
0.4754
0.06557
0.3934
28
180
3.0000
0.1667
0.088
0.027
0.4426
0.03279
0.1967
29
190
3.1667
0.1667
0.084
0.023
0.3770
0.06557
0.3934
30
200
3.3333
0.1667
0.08
0.019
0.3115
0.06557
0.3934
31
210
3.5000
0.1667
0.079
0.018
0.2951
0.01639
0.0984
32
220
3.6667
0.1667
0.078
0.017
0.2787
0.01639
0.0984
33
230
3.8333
0.1667
0.075
0.014
0.2295
0.04918
0.2951
34
240
4.0000
0.1667
0.074
0.013
0.2131
0.01639
0.0984
35
250
4.1667
0.1667
0.073
0.012
0.1967
0.01639
0.0984
36
260
4.3333
0.1667
0.072
0.011
0.1803
0.01639
0.0984
37
270
4.5000
0.1667
0.07
0.009
0.1475
0.03279
0.1967
38
280
4.6667
0.1667
0.069
0.008
0.1311
0.01639
0.0984
39
290
4.8333
0.1667
0.068
0.007
0.1148
0.01639
0.0984
40
300
5.0000
0.1667
0.067
0.006
0.0984
0.01639
0.0984
41
330
5.5000
0.5000
0.064
0.003
0.0492
0.04918
0.0984
42
360
6.0000
0.5000
0.062
0.001
0.0164
0.03279
0.0656
43
420
7.0000
1.0000
0.061
0.000
0.0000
0.01639
0.0164
Producto final - Peso de camote a la salida del secador: 0.061 Kg
-
Humedad de la muestra (agua libre): ℎ = − = 0.200 − 0.061 = 0.139
-
Porcentaje de humedad del producto final: % =
-
0.139 × 100 = . % 0.200
Índice de reducción: 0.200 0.061 ≈ 0.200 ≈ = 3.27 0.061
≈
Graficas: -
vs.
-
∆ ∆
vs.
VI. -
VII. -
-
CONCLUSIONES Se logró secar una muestra de camote en un secador por aire caliente. Se calculó la humedad de la muestra de camote en referencia al agua libre. El valor es de 69.5%. Se realizaron las curvas de humedad en base seca vs tiempo y velocidad e secado vs humedad en base seca. Estas curvas mostraron un comportamiento semejante a las aprendidas en clase.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS FITO, P; ANDRES, A.; BARAT, J.; ALBORS, A. ( 2001). “ Introducción al secado de alimentos por aire caliente”. 1° Edición. Editorial Universidad Politécnica de Valencia. España. Universidad de las Américas Puebla. Archivo PDF sobre “Deshidratado de alimentos por aire caliente”. Cheftel J y cheftel N (1976). “ Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos”. Volumen I. editorial Acriba. Zaragoza España.
