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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARACENTRO UNIVERSITARIO DE LA CIÉNEGA

Protocolo de diseño de un secador con bomba de calor

“ Diseño de un secador con bomba de calor para la deshidratación de alimentos ”

PRESENTA:

Garcia Alexandra Monsetrrat

DIRECTOR DE TESIS:

RAMIREZ LARA, NICOLAS

9 de diciembre de 2014


Índice

Introducción 3Justificación 4Planteamiento del problema 6Delimitación 8Hipótesis 10Objetivos 11Metodología y equipo 12

7.1 Selección del fruto. 127.2 Preparación de las muestras. 137.3 Determinación de la madurez. 137.4 Determinación de humedad. 147.5 Descripción del túnel de secado. 147.6 Bomba de Calor. 157.7 Determinación de humedad final. 15 7.8 Procedimiento para el cálculo de la potencia del compresor. 16

Conclusiones 17Bibliografía 19

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Introducción

El estado de Jalisco existe un cierto índice de desnutrición y

desempleo, por lo cual, es necesario buscar y adaptar alternativas

como una respuesta a las necesidades de la población.

La Ingeniería Química aplicando los conocimientos sobre transferencia

de masa y calor, hace posible el desarrollo de procesos de secado que

cumplan con las especificaciones de calidad en el producto,

contribuyendo a la implementación, desarrollo y mejoramiento de

técnicas que permitan la conservación de alimentos a bajo costo y con

el menor uso de energía.

La deshidratación permite prolongar la vida de anaquel de los

alimentos sin necesidad de invertir en sistemas de refrigeración y

conservación, apoyando la economía de los productores y

comerciantes, ya que se reducen los costos de transporte al disminuir

el peso y el volumen de los alimentos.

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Con el “Diseño de un secador con bomba de calor para la

Deshidratación de alimentos”, se pretende que los productores de la

región puedan aprovechar la cosecha que no es posible comercializar

en su tiempo mediante un proceso de secado controlado y eficiente,

que proporcione un producto de calidad para su comercialización.

El establecimiento de las condiciones de operación para el diseño

requieren del estudio de las variables que en él intervienen como la

humedad, velocidad y temperatura del aire, así como el análisis de

cómo afecta cada una de ellas en las características nutricionales y

físicas del alimento

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Justificación

el ser humano vive de lo que la naturaleza le provee: animales,

plantas, aire, agua, etc. comienza a consumir recursos naturales

masivamente debido al aumento de su población.

Desde verduras hasta carnes animales, estos alimentos son cultivados

y procesados sin el uso de sustancias químicas que afecten de

cualquier manera su desarrollo.

El reto está en la producción en masa; al no usar químicos, la

producción orgánica es más lenta y no se puede garantizar la

producción en altas cantidades

Por lo que nos lleva a la deshidratación de ciertos alimentos nos

permitirá prolongar la vida útil sin la necesidad de medios de

conservación, asi ayudando a los productores y comerciantes,

reduciendo el transporte de alimentos que abarcarían mayor espacio

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y mayor peso, también, reduciendo el costo de combustibles y

energía.

Planteamiento del problema

En todos lados, municipios, cuidades, estados, países los climas

cambiantes hacen que no se puedan cosechar sus tierras. Todo esto

produce un alto índice de desnutrion en personas incluso algunos

animales, da a inicio al desempleo, por lo cual, es necesario adaptar

alternativas como unas de las respuestas de las necesidades de la

población.

La desnutrición tiene consecuencias que acompañan a las personas

toda su vida, en niños genera problemas de aprendizaje tales como

deficiencias al leer e interpretar lo que están viendo, derivando en

malas calificaciones, mientras que en adultos deteriora la capacidad

del individuo de discernir los estímulos de su medio ambiente,

afectando su desarrollo laboral y social.

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Las familias que no disponen de suficientes alimentos durante todo el

año para el consumo familiar, ya sea por una insuficiente producción

de alimentos (áreas rurales) o por tener muy bajos ingresos (áreas

urbanas).

Los niños (lactantes y preescolares) son los grupos más vulnerables a

la malnutrición. Las mujeres embarazadas y en período de lactancia

constituyen otro grupo de riesgo, juntamente con las personas de la

tercera edad y aquéllas que están en período de recuperación de

algunas enfermedades. Otros factores, tales como la falta de agua

potable, la escasez de combustible.

La deshidratación de ciertos alimentos nos permitirá prolongar la vida

útil sin la necesidad de invertir en sistemas de refrigeración o medios

de conservación, asi ayudando a los productores y comerciantes,


y mayor peso.

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Delimitación

En México, las estadísticas de la Encuesta Nacional de Nutrición,

llevadas a cabo en 1979, reportaron 54 por ciento de los niños del

grupo preescolar con algún grado de desnutrición. En 1996, en la

Encuesta Nacional de Alimentos se mencionó la existencia de 42.7 por

ciento menores de cinco años que padecían desnutrición; de éstos,

25.9 presentaron desnutrición leve, 12.7 moderada y 4.2 severa.

Mientras los informes emitidos por la Encuesta Nacional de Nutrición

de 1999, del Instituto Nacional de Salud Pública, refirieron para ese

año un número de 4'480 100 (25.2 por ciento) niños menores de cinco

años con algún grado de desnutrición, de los cuales 800 000 sufrían

desnutrición de alto riesgo.

La desnutrición es un problema de salud, que desde décadas atrás lo

padecen muchos países, principalmente de escasos recursos o en

vías de desarrollo.

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Las frutas deshidratadas pueden ser consideradas como productos

complementarios para el desayuno en un cereal, yogurt, acompañante

de frutas frescas, para realizar recetas de cocinas como dulces, tortas,

panques.

La comida industrializada está planteada para maximizar la producción

al menor costo.

Los mercados y tiendas de comestibles orgánicos representan la

milenaria tradición de alimentarse de lo que la tierra nos da. Son

excelentes opciones para esa minoría que agradece la virginidad de

sus alimentos y pueden costearlos.

Los costos operativos mencionados dependen del tiempo invertido en

el proceso de secado para distintas condiciones de operación.

Para los ocotlenses y alrededor de la zona Ciénega se verá por

beneficiada la producción agrícola. Asi, como promover la exportación

de productos deshidratados.

se analizan los costos operativos del proceso de secado, dividiéndolos

en costos fijos (relacionados con la inversión) y costos involucrados en

la calefacción y en la movilización del aire de secado.

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Los costos operativos mencionados dependen del tiempo invertido en

el proceso de secado para distintas condiciones de operación

Hipótesis

La instalación de la deshidratadora propuesta es viable técnica y

financieramente y se sostiene la tesitura de que la utilización del

deshidratador nos beneficiará en el negocio de la comercialización de

productos deshidratados ya que con la construcción y puesta en

marcha de una planta deshidratadora móvil, podremos abatir costos

de transporte y ofrecer el producto a bajo precio a los consumidores,

aunado a que la existencia y aplicación de una metodología adecuada

de deshidratado preponderantemente de frutas nos permitirá obtener

productos de alta calidad.

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Objetivos.

El objetivo está en la producción en masa; al no usar químicos, la

producción orgánica es más lenta y no se puede garantizar la

producción en altas cantidades

Por lo que nos lleva a la deshidratación de ciertos alimentos nos

permitirá prolongar la vida útil sin la necesidad de medios de

conservación, asi ayudando a los productores y comerciantes,


y mayor peso, también, reduciendo el costo de combustibles y

energía.

El secado es un método de conservación de alimentos consistente en

extraer el agua de estos, lo que inhibe la proliferación de

microorganismos y dificulta la putrefacción..

El secado tiene por objeto reducir el contenido en agua del producto

hasta un nivel que sea insuficiente para la actividad de las enzimas o

el crecimiento de los microorganismos. El nivel crítico se sitúa entre el

10 y el 15 por ciento de humedad, según el producto de que se trate.

11

http://es.wikipedia.org/wiki/Putrefacci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Microorganismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Alimento

http://es.wikipedia.org/wiki/Conserva


Metodología y equipo

Para la determinación de las condiciones de secado bajo las cuales es

posible mejorar la calidad de la fruta deshidratada, la metodología a

seguir parte desde la selección del fruto, su preparación y

determinación de características iniciales. Para los fines de esta tesis,

se estudian las condiciones de secado para la deshidratación del

plátano tipo tabasco variedad Roatán. Se evalúa la calidad del

producto deshidratado bajo la medición de tres parámetros: color,

actividad de agua y contenido de humead final.

7.1 Selección del fruto.

Para llevar a cabo la parte experimental de este trabajo, es necesario

considerar las características del fruto que se va a secar, pues de

éstas depende la calidad final del fruto deshidratado. Dichas

características están dadas por el estado de madurez del plátano.

La madurez de un fruto es el estado de desarrollo en que una planta o

parte de la planta tiene los prerrequisitos para usarse por los

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consumidores para un fin particular, esta dado por índices físicos y

químicos, tales como el tamaño, color, textura y contenido de

nutrientes.

7.2 Preparación de las muestras.

Antes de iniciar con el proceso de secado, es necesario seguir una

serie de procedimientos que permitan un secado uniforme del fruto,

conservando sus características físicas para obtener un producto de

calidad cuya vida pueda prolongarse.

7.3 Determinación de la madurez.

Existen distintas medidas para conocer la madurez de un fruto. Entre

las medidas físicas están: color de la pulpa o piel, color de la semilla,

tamaño, peso y densidad.

Una de las medidas químicas que con mayor frecuencia se emplea

para determinar el grado de madurez de un fruto es la determinación

del contenido en azúcares, la cual se expresa en °Brix

13


7.4 Determinación de humedad.

El contenido de humedad del fruto es el peso de la cantidad de agua

presente en él en función de su peso seco.

7.5 Descripción del túnel de secado.

El túnel de secado es un ducto diseñado de manera que el flujo de

aire dentro de él sea uniforme y controlado. El aire se calienta

mediante resistencias eléctricas, las cuales trabajan al fijar la

temperatura deseada, controlada por medio de un control PID

(Proporcional Diferencial Integral), el cual está conectado a un

termómetro de bulbo seco.

La humidificación del aire se realiza mediante un dispersor de vapor

introducido en el ducto inferior del túnel donde se localizan las

resistencias. El vapor es proporcionado por un generador de vapor con

capacidad de 4 litros.

7.6 Bomba de Calor.

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Con el fin de realizar un proceso de secado bajo condiciones

variables de temperatura y velocidad, se adaptó una bomba de calor,

la cual se encuentra en la parte inferior del secador de túnel. Su

función consiste en bajar la temperatura del aire de secado en un

tiempo determinado al mismo tiempo que deshumidifica el ambiente,

de manera que se pueda mantener la temperatura y después

aumentarla, generando ciclos.

7.7 Determinación de humedad final.

El contenido de humedad final que debe tener un fruta seca esta

ligada con su capacidad de alargar la vida de anaquel, pues de la

humedad, que es el contenido de agua por sólido seco, depende la

actividad de agua en el alimento. Las frutas deshidratas en el mercado

tiene un contenido de humedad de 15 a 25 %.

Durante la experimentación, para conocer en que momento del

proceso de secado, el fruto llega a la humedad final deseada, es

necesario calcular el peso que el fruto tendrá.

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Como se menciona anteriormente, por medio de una balanza

infrarroja, se determina el contenido de humedad del fruto fresco.

Con el peso del fruto una vez que se le ha dado el pretratamiento y el

peso de la pulpa fresca del plátano (sin pretratamiento), se determina

la cantidad de solución con ácido cítrico que absorbió el fruto

7.8 Procedimiento para el cálculo de la potencia del compresor.

Determinación de las condiciones del aire en el secador :

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a. Establecer las condiciones del aire de secado tales como

temperatura de bulbo seco, humedad relativa y temperatura de rocío.

b. Establecer la velocidad de secado promedio, de acuerdo a la

experimentación realizada. c. Calcular el área de transferencia:

Área = (largo charolas)(ancho charolas)(espacio entre charolas)(No.

de charolas)

Conclusiones

Se realizaron experimentos, a diferentes condiciones de temperatura,

la velocidad del aire empleada fue de 2 m/s durante toda la

experimentación. La razón por la cual la velocidad se mantuvo fija se

debió a que un aumento en la velocidad de secado necesita de un

ventilador con la capacidad de variar velocidad lo que equivale al

aumento de consumo de energía.

Las condiciones de temperatura de proceso se definieron de acuerdo

a la observación del comportamiento del fruto durante el secado y el

tiempo total

17


A temperatura constante, durante el inicio del secado la temperatura

superficial es menor que la del ambiente, después de transcurrida la

primera hora ambas temperaturas se igualan pero la superficie del

fruto continua calentándose debido a la alta temperatura del aire su

rápida disminución en la humedad relativa y por lo tanto la falta de

humedad en la superficie del fruto, formándose una capa dura sobre la

superficie de manera que la transferencia de masa hacia el ambiente

es más difícil y lenta.

18


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23


Cronograma de actividades para la realización del protocolo

Semanas

Actividades

Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Selección del tema

Búsqueda de información

Planteamiento de problemaJustificaciónDelimitación

ObjetivosHipótesis

Métodos de realización

AnálisisConclusiones

Cronograma

24

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