1. TEMA:
Cinética
del secado de la naranja (Citrus sinensis)
2.
OBJETIVOS:
·
Realizar el proceso de secado de
la naranja (Citrus sinensis),
mediante una transferencia continúa de calor en una estufa, tomando en cuenta
la transferencia simultánea de materia y energía.
·
Determinar experimentalmente la
curva de la velocidad de secado para la naranja (Citrus sinensis) a temperatura constante.
·
Identificar la humedad crítica y
la humedad de equilibrio a partir de la curva de velocidad obtenida.
MARCO CONCEPTUAL
El secado es un proceso unitario, en el que se
elimina por evaporación casi toda el agua presente en los alimentos, mediante
la aplicación de calor bajo condiciones controladas. En pocas palabras el
secado implica la trasferencia de un líquido procedente de un sólido con una
humedad específica a una fase gaseosa no saturada. (Piñeros & Rodriguez, 2009)
La remoción de humedad de los sólidos es una
parte integral dentro del procesado de alimentos. Casi todos los productos
alimenticios son secados al menos una vez en algún punto de su preparación (Brennan, 2002).
3.1 Etapas en la operación de secado
3.1.1
Periodo
de inducción o de velocidad de secado creciente:
En esta etapa se inicia el
proceso de secado de manera que el producto se calienta y aumenta la
temperatura de la interface, produciéndose una adaptación del material a las
condiciones de secado. Este periodo depende también de numerosos factores, su
duración será función del contenido inicial de humedad del sólido, de su
temperatura, de la velocidad del aire, etc., pero a los fines de cálculo se
prescinde del ya que se considera que en su transcurso el secado tiende al
régimen estacionario, es decir a los periodos B y C, en los que se centra el
estudio del secado. (Maupoey P. and Grau A. and Barat J. and Alborts, 2001)
3.1.2
Periodo
de Velocidad de secado constante:
La velocidad con que se
elimina de la superficie del sólido es menos que la velocidad con que llega a
ella desde el interior del mismo. De esta manera la superficie del material se
mantiene constante mojada y se comporta como una masa de líquido.
De aquí que la velocidad de secado sea igual a la velocidad de evaporación del
agua, que será a su vez proporcional a la velocidad del flujo de calor que
llega desde el aire al sólido. (Maupoey
P. and Grau A. and Barat J. and Alborts, 2001)
En tales condiciones, la
temperatura de la interface será constante y el calor que llega al solido se
invierte totalmente en evaporar el líquido. A medida que transcurre el tiempo,
el sólido se va secando y llega un momento en el que la velocidad con que el
agua llega a la superficie se hace menor que la velocidad de evaporación que
implicaría el uso de toda la energía que llega del aire en evaporar agua del
alimento. Desde este momento parte del calor que llega al solido se invierte en
calentarlo. El contenido de humedad del producto en dicho instante se conoce
como humedad crítica (Xmc) (Maupoey
P. and Grau A. and Barat J. and Alborts, 2001)
En los casos en los que la
disminución de la velocidad de secado es lineal con el contenido en humedad, se
supone que la evaporación del agua que contiene el material continua
produciéndose en la misma forma que en el periodo de velocidad constante, con
la salvedad de que no ocurre en toda la superficie, ya que comienza a aparecer
zonas secas, de manera que la velocidad de secado disminuye a medida que lo
hace la superficie mojada; llega así un momento en el que toda la superficie
queda seca y entonces se supone que el proceso continua en una de las dos
formas siguientes: (Maupoey P. and Grau A.
and Barat J. and Alborts, 2001)
1.
Si existe un frente
de evaporación que se desplaza hacia el centro del sólido, de manera que el
vapor que se produce es el que se difunde a través de la masa seca hacia el
exterior, la velocidad de secado dependerá de la velocidad de difusión de dicho
vapor.
2.
El otro mecanismo
posible sería el de difusión del líquido a través de la masa sólida y su
posterior evaporación en la superficie, por lo que la velocidad de secado
dependerá de la velocidad de difusión del líquido.
1. ANÁLISIS
La curva de secado, muestra la disminución en
el peso de la naranja en cada intervalo de tiempo por lo que se evidencia
progresivamente la identificación de las dos etapas de secado: velocidad de
secado constante y velocidad de secado decreciente. A partir de los datos
obtenidos y las gráficas elaboradas, podemos establecer que el periodo de
secado a velocidad constante tiene una duración de 70 minutos (1,17 h). Por
otra parte, para el número de datos obtenidos, se obtuvo un tiempo para el
período de velocidad decreciente de 45 min (0.75h), sin embargo, este tiempo
puede aumentar hasta llegar a las condiciones de peso constante, tiempo en el
cual termina el proceso de secado.
Además,
se pueden identificar, de manera aproximada dos puntos de suma importancia, la
humedad crítica y la humedad de equilibrio. Así, se tiene una humedad crítica
(Xc) de 1.29 kg H2O/kg Sólido seco, y una humedad de equilibrio de 0.82 kg
H2O/kg Sólido Seco.
2.
CONCLUSIONES
·
Mediante esta experimentación se
pudo identificar las etapas del proceso de secado de la naranja, en donde el
periodo creciente representa el inicio del
proceso debido a que el producto se iba calentando a medida que aumentaba su temperatura, en el caso del periodo de velocidad de secado constante la
velocidad en que se remueve la humedad de la naranja estuvo limitada por la
velocidad en que se evapora el agua superficial, la velocidad de
secado será igual a la velocidad de evaporación del agua y será proporcional a
la velocidad del flujo de calor que llega desde el aire al sólido, se determinó
una humedad crítica (Xc) de 1.29 kg H2O/kg Sólido seco la
cual representa el punto que separa los dos períodos de secado antecrítico y
poscrítico, y una humedad de equilibrio de 0.82 kg H2O/kg Sólido Seco.
3. BIBLIOGRAFÍA
Brennan. (2002). “Caracterización de la cáscara
de naranja para su uso como material bioadsorbente". Peru.
Maupoey P. and
Grau A. and Barat J. and Alborts. (2001). Introduccion al secado de alimentos por aire caliente. Valencia:
UPV.
Piñeros, Y., & Rodriguez, E. (2009). Manual
de Prácticas de Ingeniería de Alimentos – Propiedades, Operaciones y
Bioprocesos. Bogotá: Universidad de Bogotá.
3.
