ESPOL - FCNM – DCQA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS PAO 1 2020 SECADO Fecha: 05 / 08 / 2021 Paralelo: 101 Informe # 4 Nombre: Gonzabay Oliver, Licoa Ricardo, Palacios Emilia. Profesor: Ing. Christian Macías. Calificación: 1. Objetivo General - Evaluar el comportamiento de un secador por bandejas usando aire como fuente de remoción de humedad. 2. Objetivos Específicos (mínimo 2 – máximo 3) - Bosquejar en un diagrama de humedad versus tiempo y velocidad versus humedad el comportamiento del sistema en mención. - Calcular la cantidad de aire necesaria para la remoción de humedad presente en el sólido 3. Datos recopilados Caso de estudio. Para determinar la factibilidad de secar cierto producto alimenticio, se obtuvieron datos de secado con un secador de bandejas y flujo de aire sobre la superficie superior expuesta, con área de 0.186 m2. El peso de la muestra totalmente seca fue de 3.765 kg de sólido seco. La muestra húmeda en equilibrio contiene 0.190, kg de humedad. En el ensayo de secado se obtuvieron los siguientes pesos de las muestras en función del tiempo. a) Calcule el contenido de humedad libre X kg H2O/kg de sólido seco para cada punto y construye la curva de X en función del tiempo. (Sugerencia: Para 0 h, hay 4.944 - 0.190 - 3.765 = 0.989 kg de humedad libre en 3.765 kg de sólido seco. Por consiguiente, X = 0.989/3.765.) b) Mida las pendientes, calcule las velocidades de secado R en kg H2O/h·m2, y grafique R en función de X. c) Empleando esta curva de velocidad de secado, pronostique el tiempo total necesario para secar la muestra desde X= 0.20 hasta X= 0.04. Use un método de integración gráfica para el periodo de velocidad decreciente. ¿Cuál es la velocidad de secado Rc en el periodo de velocidad constante y el valor de XC? Tabla 1. Datos obtenidos del caso de estudio. Área (m2) Sólido seco (kg) Humedad eq (kg) x1 x2 0,186 3,765 0,19 0,2 0,04 1 Tabla 2 Datos de humedad tomados de experimentación. Tiempo (h) Peso muestra (kg) 0 4,944 0,4 4,885 0,8 4,808 1,4 4,699 2,2 4,554 3 4,404 4,2 4,241 5 4,15 7 4,019 9 3,9798 12 3,955 ESPOL - FCNM – DCQA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS PAO 1 2020 SECADO Fecha: 05 / 08 / 2021 Paralelo: 101 Informe # 4 Nombre: Gonzabay Oliver, Licoa Ricardo, Palacios Emilia. Profesor: Ing. Christian Macías. Calificación: 4. Algoritmo de resolución 1 ESPOL - FCNM – DCQA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS PAO 1 2020 SECADO Fecha: 05 / 08 / 2021 Paralelo: 101 Informe # 4 Nombre: Gonzabay Oliver, Licoa Ricardo, Palacios Emilia. Calificación: Profesor: Ing. Christian 5. Resultados obtenidos Tabla 3. Resultados generados para las curvas X vs t y R vs X Tiempo (h) 0 0,4 0,8 1,4 2,2 3 4,2 5 7 9 12 Peso muestra (kg) 4,944 4,885 4,808 4,699 4,554 4,404 4,241 4,15 4,019 3,9798 3,955 masa agua (kg) 0,989 0,93 0,853 0,744 0,599 0,449 0,286 0,195 0,064 0,0248 0 X (kg agua/ kg s seco) 0,262682603 0,247011952 0,226560425 0,197609562 0,159096946 0,119256308 0,075962815 0,051792829 0,016998672 0,006586985 0 dX/dt R (kg agua/m2.h) 0 0 -0,03918 0,793010753 -0,05113 1,034946237 -0,04825 0,976702509 -0,04814 0,974462366 -0,0498 1,008064516 -0,03608 0,730286738 -0,03021 0,61155914 -0,0174 0,352150538 -0,00521 0,105376344 -0,0022 0,044444444 Tabla 4. Valores de humedad vs tiempo. Tiempo (h) 0 0,4 0,8 1,4 2,2 3 4,2 5 7 9 12 X (kg agua/ kg s seco) 0,262682603 0,247011952 0,226560425 0,197609562 0,159096946 0,119256308 0,075962815 0,051792829 0,016998672 0,006586985 0 Tabla 5. Valores de velocidad vs humedad X (kg agua / kg s seco) 0,262682603 0,247011952 R (kg agua/m2.h) 0 0,793010753 1 0,226560425 0,197609562 0,159096946 0,119256308 0,075962815 0,051792829 0,016998672 0,006586985 0 1,034946237 0,976702509 0,974462366 1,008064516 0,730286738 0,61155914 0,352150538 0,105376344 0,044444444 Tabla 6 Valores de 1/velocidad de secado vs humedad para cálculo de tiempo. X (kg agua/ kg s seco) 0,262682603 0,247011952 0,226560425 0,197609562 0,159096946 0,119256308 0,075962815 0,051792829 0,016998672 0,006586985 0 1/N 1,261016949 0,966233766 1,023853211 1,026206897 0,992 1,369325153 1,635164835 2,839694656 9,489795918 22,5 Tabla 6. Valores geométricos usados para calcular el tiempo de secado. A1 b B h A2 A total tiempo de secado (h) 0,080911111 0,992 2,043417691 0,079256308 0,120288 0,201199111 4,072659429 Tabla 7. Valores geométricos usados para calcular el tiempo de secado. Variables Humedad del sólido a la entrada, X1 Humedad del sólido a la salida, X2 Humedad del aire a la entrada, Y1 Humedad del aire a la salida, Y2 Masa de sólido a la entrada, M1 Masa del sólido a la salida, M2 Flujo de aire, G [Kg/h] Valores 0,262683 0,050465 0,025 0,046 4,944 3,955 43,1621 Grafica 1. Curva de humedad versus tiempo calculada a partir los datos experimentales. Humedad versus tiempo 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Grafica 2. Curva de velocidad de secado versus humedad calculada a partir los datos experimentales. velocidad de secado vs humedad 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Grafica 3. Curva de 1/velocidad de secado versus humedad calculada a partir de datos experimentales. 1/N vs X 25 20 15 10 5 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 6. Análisis de resultados El secado es una operación unitaria que permite remover el contenido de humedad presente en un material sólido, el termino de secado también puede considerarse al momento de hablar de remoción de materiales orgánicos siempre y cuando estén en una cantidad relativamente baja con respecto al solido que se desea concentrar. Generalmente este tipo de tratamiento se lo usa para preservar productos alimenticios como: maíz, harina de pescado, alimento balanceado para animales y otros, pues al remover una cantidad necesaria de agua no existe proliferación de bacterios y hongos que afecten el producto.(Geankopolis 1999) El análisis de la velocidad de secado y flujo de aire es de gran importancia en una amplia gama de procesos de producción, como es el caso en el sector alimentario, ya que este proceso se emplea para conseguir objetivos como aumentar la vida útil del alimento, mantener sus propiedades antioxidantes, preservar su valor nutritivo respecto por ejemplo a su contenido proteico, de hidratos de carbono o grasas, reducir el peso y volumen para mejorar su almacenamiento, transporte y distribución.(Alvis Celis 2020) Se ha verificado que parámetros termodinámicos como la temperatura son determinantes sobre el flujo de aire requerido ya que influyen en la humedad que circundará el sólido en cuestión. Se obtuvo que, dada la cantidad de sólido seco de 3,8Kg dispuesto sobre bandejas de 0,19m^2 y con humedad equivalente de 0,19 para reducir la humedad del alimento, a través de proceso de secado desde ,12% hasta 4% se necesita un tiempo de secado de 4 horas y como se muestra en la gráfica de contenido humedad respecto al tiempo, la curva asume un comportamiento esperado ya que esta se aproxima a una exponencial que representa como disminuye la humedad hasta alcanzar su valor en cero, sin embargo usualmente no se requiere un valor de humedad en cero ya que esto afectaría la estabilidad de los alimentos, respecto a conservación y protección de agentes patógenos. La gráfica velocidad de secado versus humedad sigue un comportamiento usual ya que como se puede observar están definidas en su curva, viendo de derecha a izquierda, la sección de velocidad de secado constante limitada por el punto crítico, situado en aproximadamente (0,12; 1,01) y seguida por la sección a velocidad decreciente. Se puede notar que la sección de velocidad constante debería ser una recta horizontal; aunque esta se aproxime, no es estrictamente así ya que en el proceso real intervienen factores externos que alteran este parámetro tales como: flujo de aire y temperatura ambiental no constante y variaciones de la humedad circundante.(Basilio‐Atencio and Paduro-Contreras 2021) El flujo de aire obtenido a través del balance de masa global y por componentes, dadas las condiciones experimentales, es 43Kg/h lo cual debe ser un valor aproximado de mantener ya que de este factor dependen cualidades del producto como la conservación de compuestos volátiles responsables del sabor y del aroma, capacidad de rehidratarse y proliferación de microorganismos benéficos o perjudiciales durante el secado.(De Michelis and Ohaco 2015) 7. Conclusiones - Se concluye que para llevar el contenido de humedad de 0.2 a 0.04 debe pasar por dos secciones en la curva de velocidad, la primera a velocidad constante y la segunda a velocidad decreciente. - Se concluye que el tiempo necesario para llevar la humedad de 0.2 a 0.04 necesita un tiempo de 4 horas aproximadamente. - Se concluye que al momento de bosquejar la dinámica del secado las herramientas más usuales son generar las curvas de velocidad de secado vs humedad y humedad vs tiempo, pues representan visualmente el proceso que se lleva a cabo y mediante aproximaciones geométricas se puede estimar un tiempo razonable de estadía en el secador para llevar la humedad de 0.2 a 0.04. - Se concluye que el flujo de aire requerido para remover el contenido de humedad es directamente proporcional a la masa de solido que está secándose con los limites respectivos de humedad e inversamente proporcional a la humedad del aire. Mientras mas saturado este el aire con agua, menos eficiente será remover el agua del sólido y viceversa. 8. Recomendaciones Se recomienda realizar los cálculos para la obtención del flujo de aire variando los parámetros de porcentaje de humedad y temperaturas para mayor comprensión del proceso. Se aconseja obtener los valores de humedad de saturación a través de ecuaciones en lugar de emplear la tabla psicométrica para disminuir el error producido o comparar este margen de error ocasionado por la lectura sobre la tabla. Como es de esperarse la estrecha relación entre la velocidad de secado y la humedad libre varia hasta un punto en la cual se llega a la humedad en equilibrio. Dicha humedad para este caso de estudio es de 0.05 lo que obliga al sistema la necesidad de más tiempo y energía para poder llegar a una humedad inferior a esa como lo es 0.04. Para evitar dicha pérdida de tiempo. Se recomienda llegar hasta el punto de humedad en equilibrio. Aunque si se requiere llegar a una humedad inferior se puede optar por la opción de cambiar la temperatura del sistema aumentándolo para así de dicha manera desplazar el punto de humedad en equilibrio a un valor menor. 9. Bibliografía consultada Alvis Celis, Royler. 2020. “Efecto de Temperatura y Velocidad de Secado En La Actividad Antioxidante de La Mashua (Tropaeolum Tuberosum) En El Secado En Bandejas.” Revista Científica UNTRM: Ciencias Naturales e Ingeniería 3(1):16. doi: 10.25127/ucni.v3i1.587. Basilio‐Atencio, Jaime E., and Anthony Paduro-Contreras. 2021. “Evaluación de La Estabilidad Por Pruebas Aceleradas, de La Cáscara de Camu Camu (Myrciaria Dubia Mc Vaugh) Secada Por Aire Caliente.” Revista de Investigación Agropecuaria Science and Biotechnology 1(2). doi: 10.25127/riagrop.20212.676. Geankopolis, C. J. 1999. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias (Tercera Edicion Ed.). 3rd ed. De Michelis, Antonio, and Elizabeth Ohaco. 2015. “Deshidratación y Desecado de Frutas, Hortalizas y Hongos: Procedimientos Hogareños y Comerciales de Pequeña Escala.” Inta 4–5. Retrieved (https://inta.gob.ar/documentos/deshidratacion-y-desecado-de-frutashortalizas-y-hongos.-procedimientos-hogarenos-y-comerciales-de-pequenaescala).
