Universidad Autónoma Metropolitana zcnidadgd@+a

Casa abierta al tiempo

Ciencias Básicas e Ingeniería .

Departamento de Ingeniería de Procesos e Hidráulica

PLANTA OESHlDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS

Tesis que presentan las alumnas:

Camarilla Villegas Alejandra 95319672

Zamora Cárdenas Ana Mana 95323912

Para La obtención del grado de Licenciatura en Ingeniería Química

Asesor: Dr. Mario G. Vizcarra González

Mayo 2002

Les dedico esta tesis:

*:* A Dios, por todo lo que soy.

*:* A mis padres por el amor incondicional que me tienen, por los cuidados, por el apoyo moral y económico que he recibido en todos estos años.

+:* A mi hermana y a su familia por el apoyo y amor que he recibido.

*:* A mi tía Estefana y a mis primos por que son mi segunda familia

*:* A mi tío Mario por el apoyo incondicional que nos ha brindado a mi madre y a mi.

*:* A todos mis tíos y primos por creer en mi.

Ana María

Un logro mas que no hubiese sido posible sin el amor, apoyo, respeto y confianza que siempre me dieron, a mis padres. Que no importándoles cuantas veces cayera siempre estuvieron allí. Les dedico esta tesis.

Eli y Pola que siempre fueron mi refugio, mi sostén y mi paño de lagrimas. Por compartir los momentos de alegría y de tristeza, por reír y por ser como son. Aidee, Ivonne, Aarón (gordo), Dany, Vane, Zahid, Victor (chícharo), Vania, Fer, Panchillo (pelos), Ulises?,gracias por ser mis amigos por compartir conmigo su niñez y su inocencia. Sergio, eres mi camino a seguir, por enseñarme que no todo lo que pasa es malo, y que siempre hay que salir adelante con una sonrisa.

Rocío que fuiste muchos años mi ejemplo (claro hace mucho que lo abandone), Paty, por soportarme cuando eran esos días que ni yo me soportaba. Paco, por enseñarme a ser yo, Victor, por ser mi otro papá y darme otra familia con la que puedo contar. Laura i y a ves? si termine la licenciatura, tarde pero la termine.

Gracias a todos, a mi familia y a Dios.

Ale

l. Planteamiento del problema 2. Objetivos

2. l. Objetivo general 2.2. Objetivos particulares

3. Justificación 4. Introducción

4.1. Efecto de las propiedades del alimento en la deshidratación 4. l. l. Endurecimiento superficial 4.1 2. Movimiento de sólidos solubles 4.1.3. Retracción

4.2. Procesos alternativos 4.3. Procesos preliminares

4.3.1. Recepción de hortalizas 4.3.2. Acarreo 4.3.3. 4.3.4. 4.3.5. 4.3.6. 4.3.7.

4.3.8. 4.3.9.

Limpieza en seco Lavado Inspección Recorte Pelado 4.3.7.1 Métodos mecánicos 4.3.7.2. Agua caliente Eliminación de la piel Corte en láminas o en forma de cubos

4.3.1 O. Escaldado 4.3.1 O. l. Escaldado con vapor 4.3.10.2. Pérdida de nutrientes durante el escaldado

5. Estudio de mercado 6. Rentabilidad del proyecto 7. Ubicación de la planta

7.1.

7.2. 7.3. 7.4.

7.5.

7.6.

Clima Vías de comuMaciÓn Carreteras Vías férreas Aeropuertos Telefonía

8. Teoría de secado de sólidos 8. l. Secado 8.2. Teoria general

8.2.1 Curvas de velocidad de secado 8.2. l. l. Conversión de los datos a curvas de velocidad de secado

8.2.1.2. Gráfica de la curva de velocidad de secado 8.2.1.2.1. Periodo inicial 8.2.1.2.2.periodo de secado constante 8.2.1.2.3. Periodo de secado decreciente

8.2.2. Equipo de secado

1

1 1 1 1 2 3 3 3 5 6

6 6 6 7 8 8 8

9 9 9 10 10 10 11

13

16

16

17 17 17

18

18

a

. 19 19 19 19

19 20 20 20 21 21

8.2.2.1 Secador de charolas 8.2.2.2. Secador de lecho fluidizado

8.3. Balances de materia 8.3. l. Balances de materia para el secador de charolas 8.3.2. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado

8.4. Balances de energía 8.4. l. Balances de energía para el secador de charolas y secador de lecho fluidizado

9. l. Propiedades de los vegetales y hortalizas

9.2. Operaciones preliminares

9. Desarrollo experimental

9.1. l. Propiedades físicas de los vegetales

9.2. l. Secador de charolas 9.2.2. Secador de lecho fluidizado

9.3. Metodología experimental 9.3. l. Secador de charolas 9.3.2. Lecho fluidizado 9.3.3. Rehidratación

10. Resultados 1 O. l. Secador de charolas

10.2. Secador de lecho fluidizado

10.3. Rehidratación

11 -1. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado 11.2. Balances de masa en el secador de charolas 1 1.3. Balance de energía en el secador de charolas y lecho fluidizado

1 O. l. l. Balance de materia y energía

10.2. l. Balances de materia y energía

1 l. Cálculos de los balances de materia y energía

12. Producción anual de sopas deshidratadas 13. Diagrama de la planta

13. l. Diseño del proceso 13.2. Diseño del los equipos

13.2.1. Diseño de charolas 13.2.2. Diseño del secador de charolas

13.3. Diseño de la bomba utilizada en el proceso 13.4. Diseño del la caldera 13.5. Diseño de los tanques de escaldado 13.6. Diseño de bandas transportadoras

Observaciones y conclusiones Nomenclatura Bibliografía Apédices

A. Curvas características del secador de charolas A.l .curvas de velocidad de secado en función del tiempo A.2.curvas de velocidad de secado en función de la humedad en base seca

21 22 23 23

23 24

24 25 25 26 26 27 27 27 27 27 28

28 28 32 32 35 36 36 38 43 45 46 46

50 52 53 54 55 56 61 62 63

65 65

67

A.3. Tablas de la temperatura de sólido en el secador de charolas A.4. Curvas de T vs X

B. 1 .Curvas de velocidad de secado en función del tiempo 8.2. Curvas de velocidad de secado en función de la humedad en base seca B.3.Tablas de la temperatura del sólido en el lecho fluidizado 8.4. Curva de T vs X

C. l. Depreciación del equipo utilizado en la planta C.2. Costos de depreciación del mobiliario C.3. Gastos indirectos de fabricación C.4.costos de producción C.5.Salarios C.6. Tasa interna de retorno C.7. Distribución del capital

D. Pérdida de vitaminas y minerales D. 1 .pérdida de vitaminas y minerales en los alimentos procesados D.2. La manipulación previa a los procesos D.3. Interacción con sustancias químicas utilizadas en los tratamientos tecnológicos D.4. Reacciones degradativas D.5. Procesos tecnológicos

B. Curvas caracteristicas del secador de lecho fluidizado

C. Balance económico

D.5. l. Vitaminas hidrosolubles D.5.2.vitaminas liposolubles D.5.3.Minerales

D.6. Pérdida de vitaminas durante el almacenamiento D.7. Adición de nutrientes a los alimentos

E. Seguridad en la planta - E.l.

E.2. E.3. E.4.

Hojas de seguridad E.l.l. Agua E.1.2. Bisulfito de sodio E. 1.3. Gas licuado del petróleo

Reglas de seguridad establecidas para empleados Condiciones de seguridad para el manejo de calderas Programa específico de seguridad para la operación

y mantenimiento de la maquinaria y equipo

70 75

77

79 80 83

85 86 87 87 88 89 90

92 92

92 93 93 93 95 95 96 96

98 98 99 1 o1 104 104

104

l. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La vida moderna se ha caracterizado por, entre otras cosas, imponer un ritmo de vida muy acelerado a las gentes que viven sobretodo en las ciudades grandes; ya que tanto el hombre como la mujer, normalmente tienen que trabajar. Esto ha modificado de manera importante los hábitos alimenticios, que se caracterizan por consumir preferentemente alimentos de fácil y rápida preparación, precocidos, etc. Entre estos alimentos, las sopas deshidratadas, rápidas de preparar, han cobrado un lugar cada vez más importante, entre este tipo de alimentos. En base a esto, un estudio orientado a la producción de sopas deshidratadas, se justifica ampliamente.

2.OBJETIVOS

2.1 Objetivo general

Diseño de una planta deshidratadora de legumbres y hortalizas (sopas).

2.2 Objetivos particulares

Estudio de mercado (nacional) Obtención de datos experimentales necesarios para el diseño Experimentación Balances de materia y energía Análisis económico y rentabilidad de proceso Proyección económica a 10 años Ubicación de la Planta Layout de la planta Seguridad en la planta

3. JUSTIFICACI~N

El desarrollo vertiginoso del mundo moderno y la constante emigración de las gentes del campo a los centros industrializados, hace necesario incrementar la eficiencia en la conservación de los alimentos perecederos y sobretodo, es necesario tener capacidad de tratamiento rápido y de grandes volúmenes, para así garantizar la alimentación de la humanidad en el futuro. Además de esto, la tendencia en los hábitos alimenticios de la humanidad, apunta más a ingesta de alimentos que sean fáciles y rápidos de preparar.

Indiscutiblemente, las sopas deshidratadas son de los productos con mayor demanda en . los países con mediano y alto desarrollo, debido a la facilidad con. que son preparados para su consumo. En México, este mercado puede considerarse en expansión, sobre todo en las grandes ciudades.

4. INTRODUCCIóN

En un mundo cuya población esta creciendo a ritmo acelerado constantemente y donde los problemas de transporte y almacenamiento de los alimentos se van haciendo cada vez más importantes demanda una atención mayor, donde La ciencia y la tecnología en las practicas de almacenamiento de alimentos se mejoren cada día.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM XztapahpA 2

Los nuevos productos alimenticios requieren de procesos cada vez más elaborados en su conservación, por lo que aumenta la responsabilidad que desde la producción hasta el consumo se asegure de tener una pérdida económica mínima así como la eliminación de peligros para la salud del hombre debidos a contaminación, descomposición o destrucción. La deshidratación es una manera de preservar a los alimentos.

La preservación de alimentos puede definirse como el conjunto de tratamientos que prolonga la vida útil de aquellos, manteniendo, en el mayor grado posible, sus atributos de calidad, incluyendo color, textura, sabor y especialmente valor nutritivo.

El principio básico en el cual se fundamenta la deshidratación es que a niveles bajos de humedad, la actividad de agua disminuye a niveles a los cuales no pueden desarrollarse los microorganismos, ni las reacciones químicas degradativas. En general, hortalizas con menos de 8% de humedad residual no son sustratos favorables para el desarrollo de hongos, bacterias ni reacciones químicas o bioquímicas de importancia.

E l tiempo de secado y la humedad final del producto, dependerán de la localización del secador, de las condiciones climáticas del lugar y de las características del producto, secándose más rápido el material trozado en pequeias porciones y con una mayor superficie de secado.

4. l . Efecto de las propiedades del alimento en la deshidratación.

Los factores físicos que afectan a la transferencia de calor y de masa como, la temperatura, humedad, velocidad del aire, área de superficie, etc. son normalmente relativamente fáciles de optimizar y controlar, y por lo general determinan el diseño del desecador. Son muchos más sutiles las propiedades de los productos alimenticios que pueden variar durante la deshidratación y afectar a las velocidades de desecación así como a la calidad del producto final. En la deshidratación, las propiedades de los materiales alimenticios crudos afectan tanto a la transferencia de calor como a la de masa, y ambas pueden tener efectos importantes en las características de los productos desecados.

El agua sale libremente de una superficie cuando su presión de vapor es mayor que la presión de vapor de la atmósfera que está sobre ella. Pero cuando un producto se deseca y su agua libre se elimina progresivamente, la presion de vapor de la unidad de área del producto desciende. Esto se debe a que es menor el agua que queda por unidad de volumen y por unidad de área, y también porque parte del agua es retenida o ligada por fuerzas químicas y físicas a los constituyentes sólidos del alimento. El agua que forma los geles, coloidales, como cuando hay almidón, pectinas o gomas, es más difícil de eliminar y apenas presentan período de velocidad constante. A un es más difícil de evaporar el agua ligada químicamente en forma de hidratos (por Ej. , Glucosa monohidrato o hidratos de sales inorgánicas). Por otra parte los tejidos vegetales y animales son de naturaleza celular, lo que condiciona el proceso de deshidratación. Estos fenómenos también contribuyen al aplanamiento con el tiempo de las curvas de desecación

La transferencia de vapor de agua es proporcional a la superficie de exposición durante el periodo de velocidades decreciente. Por lo tanto, es importante tener en cuenta las

dimensiones de las partículas del alimento que se va a tratar para conseguir una . adecuada regulación con su sensibilidad térmica y la velocidad de secado que se desea obtener.

En la mayoría de los casos, al comienzo de la deshidratación aparece en la zona superficial una capa relativamente deshidratada hacia la que migra el agua libre desde el centro del alimento, mientras de la zona superficial no se evapora. Dependiendo de las características de los alimentos y de las condiciones de procesados, los cambios en le contenido de humedad de la superficie y del centro del alimento a lo largo del secado pueden producirse a distintas velocidades y dar lugar a diversos cambios y alteraciones, entre las que destacan, por su intensidad y frecuencia, tres:

4. l. l. Endurecimiento superficial.

Puede producirse por múltiples vías y bajo la influencia de diversos factores. Cuando el secado inicial es muy rápido (con aire que presenta una fuerte diferencia entre la temperatura de bulbo seco y húmedo), el vapor de agua puede eliminarse de la superficie del producto con mayor rapidez que con la que el agua se desplaza desde el centro del alimento. En estas condiciones puede aparecer (en frutas, carnes, pescado, embutidos) una fuerte retracción de la capa superficial, que se comporta como una película dura e impermeable y ofrece una fuerte resistencia a la posterior transferencia de vapor. Si el endurecimiento de la superficie es un problema, normalmente puede minimizarse con temperaturas de superficies más bajas que fomentan una desecación más progresiva en toda la pieza de alimento o utilizar aire de humedad relativa elevada, a baja velocidad.

4.1.2. Movimiento de sólidos solubles

Es frecuente, especialmente cuando el secado inicial es lento, que las sustancias solubles en agua (sales y azúcares sobre todo) sean arrastradas por el agua desde el centro hacia la superficie (por poros y capilares), donde se concentran y pueden llegar a cristalizar o formar una capa amorfa, de aspecto pegajoso e impermeable que dificulta el paso de vapor de agua. El movimiento de algunos compuestos solubles puede estar impedido por las paredes celulares (membrana semipermeable). El resultado de este hecho es la concentración y depósito de componentes solubles en la superficie del producto al evaporarse el agua. El establecimiento de esta capa externa por concentración puede provocar por ósmosis un movimiento en el sentido opuesto al de su formación, es decir la migración de las sustancias solubles hacia el interior del alimento donde la concentración es menor. El que predomine un tipo u otro de migración depende de las características del producto y de las condiciones desecado.

4.1.3. Retracción

Los alimentos (tejidos animales y vegetales) experimentan durante la deshidratación un cierto grado de retracción que puede considerarse proporcional a la salida progresiva del agua de las células. En las primeras fases de secado, el nivel de retracción está relacionado con la cantidad de humedad eliminada. Hacia el final del secado la retracción es cada vez menor, de forma y tamaño y la forma definitiva del producto se alcanza antes de completarse el proceso. Por lo tanto, si el secado se realiza en forma

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztapúpa 4

lenta, e l producto se retrae, con la consiguiente reducción de volumen, tiene apariencia ’

distinta a la inicial y es más denso. (figura 1 .a).

Cuando el secado es rápido, la formación de una capa deshidratada y rígida en la superficie del alimento sirve para fijar el volumen final del producto. A s í el producto resultante conserva prácticamente la forma y el volumen iniciales, es ligero y menos denso (figura l. b). Presenta, además una estructura porosa que facilita la rehidratación.

Fig. 1 Características de los alimentos deshidratados en relación con la velocidad de secado: a) lenta y b) rápida.

Durante la deshidratación también pueden presentar otro tipo de alteraciones (sobre todo si la temperatura es relativamente elevada), entre las que se pueden citarse son las siguientes:

0 El almidón puede gelatinizane, adsorbiendo fuertemente agua 0 Los componentes termoplásticos se funden y ablandan dando lugar a

0 Cambios del estado cristalino al amorfo(especia1mente en azúcares) 0 Pardeamiento no enzimático, favorecido por la temperatura alcanzada

durante el procesado ‘y el aumento de solutos en el alimento. El Pardeamiento no enzimático modifica desfavorablemente el color, sabor, valor nutritivo y, a veces también, la. capacidad de rehidratación de los alimentos

0 Disminución de la capacidad de retencih de agua, que puede deberse a la desnaturalización y agregación de las proteínas consecuentes al incremento de la temperatura y de la concentración de sales, así como aTa desorción del agua Cambios de textura. Los productos deshidratados no recuperan la turgencia (carnes, frutas) ni el carácter crujiente (hortalizas) de los productos frescos. Las pérdidas de textura están, generalmente relacionadas con la gelatinización de almidón, la cristalización de celulosa y con las tensiones internas creadas por las variaciones locales del contenido de agua Pérdidas del valor nutritivo, sobre todo debido a la destrucción parcial de algunas vitaminas (A Y C) por oxidación Cambios en el color. La deshidratación provoca cambios en la superficie del alimento que modifican su reflectancia.. Los carotenos y las clorofilas pueden efectuarse por el incremento de la temperatura y sufrir oxidaciones durante el procesado

problemas de aglomeración y de adherencia al envase

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM letupíllúp 5

4.2. Procesos alternativos

Los métodos de deshidratación de alimentos varían mucho de acuerdo con los productos a tratar e incluso un mismo alimento puede secarse de vanas formas. Por lo que se han desarrollado múltiples tipos de deshidratación con muchas vanantes. A continuación se muestran en la tabla 1 los tipos de deshidratación existentes.

i. Se utiliza velocidades de flujo del aire grandes para DESHIDRATADORASDE las fases iniciales. AIRE CALIENTE k Se recomienda usar una velocidad lineal de aire de 3

a 5 m/s para las piezas de hortalizas 0. En las fases iniciales de la deshidratación de

hortalizas se trabajará a temperatura de bulbo secc d e w - 100 O C.

i Este deshidratador es una columna vertical por la que

DESHIDRATADORAS IMPELENTES

DESHIDRATADORA DE ARTESA

asciende una comente de aire caliente. Se alimenta el producto en forma granular y e l alimentado por la porción más baja del deshidratador.

L Se utiliza para fabricar puré de papa .en polvo. > La deshidratadora consiste en una cinta

transportadora sin fin, de malla de alambre que SE apoya y es arrastrada por una cadena articulada giratoria. El alimento se introduce en la artesa er dirección paralela a los ejes motores y por la mociór de la cinta asciende hasta el borde de la artesa.

i Se utiliza para deshidratar hortalizas y frutas.

i Consisten básicamente en una cámara cerrado dotada de un termostato, de un ventilador pan

ARMARIOS O mover el aire, de deflectores para ajustar el flujc CAMARAS del aire. DESHIDRATADORAS t Los armarios son deshidratadoras de pequeña exal?

de utilización general que pueden empleane cor múltiples productos (cereales)

I L El alimento se ve sometido a la acción del calol

DESHIDRATADORAS DE CINTA

mientras avanza sobre una cinta de acero inoxidable, Varias campanas dividen a la deshidratadora er, zonas, cuyas condiciones de temperatura y humedad son debidamente controladas.

0. Se utiliza para alimentos que no pueden resistir temperaturas altas o que se oxidan fácilmente (café

I soluble, leche; zumo de purés de frutas) > Esta constituida Dor una cámara alta dotada de un

piso perforado 'para la deshidratación. Para el DESHIDRATADORA calentamiento se emplea un flujo convencional DE DESVÁN directo de gases en combustión. Su control es difícil.

Tabla l. Tipos de deshidratación: Equipos y condiciones de operación.

4.3. Procesos preliminares

La preparación de hortalizas para su tratamiento industrial tiene suma importancia si han de elaborarse productos de calidad. La alteración de las hortalizas se inicia en el momento de su recolección y solamente puede reducirse al mínimo mediante una manipulación y unas técnicas de tratamiento correctas ( Arthey, Dennis, 1991). Las mismas incluyen:

P Recepción en e l almacén > Acarreo > Limpieza P Lavado > Inspección P Recorte > Pelado > Corte en láminas o en forma de dados > Escaldado

4.3. l. Recepción de hortalizas

En este momento se toman muestras de los productos para determinar si alcanzan o no la calidad requerida por el almacén. Antes de la admisión del producto debe comprobarse que cumple con las normas del almacén para factores tales como grado de maduración de las hortalizas, tiempo y temperatura durante el transporte, contenido de materia vegetal y animal extraña, cantidades de tierra adherida, alteraciones de los productos y presencia de materias nocivas como vidrio o metal.

El tiempo transcurrido y la temperatura soportada desde la recolección hasta el escaldado adquieren suma importancia en muchos vegetales para mantener la calidad.

4.3.2. Acarreo

Un criterio en la selección del transportador consiste en que sea mínima la alteración mecánica del producto.

Si las legumbres y hortalizas no van a ser deshidratadas en ese momento, conviene mantenerlas en refrigeración, para evitar su descomposición; Se deben de tener en cuenta algunos aspectos como los mostrados en la tabla 2, para que sea óptimo este tipo de almacenamiento.

4.3.3. Limpieza en seco

Este método solamente se aplicará cuando las hortalizas sean más densas que el material extraño. Las cosechadoras móviles de chícharos van provistas de este tipo de limpiador, por lo que la mayor parte del material no deseado queda en el campo reduciendo así los problemas que impone la eliminación de residuos en el almacén.

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM IztapaGzpa 7

& Tipo y duración de la respiración

> Calor generado

producción I tras la recolección Causas habituales de alteración I Microbiológicas, fisidógicas, patdógkas y físicas

Tabla 2 Caractensticas de los productos tras su recolección o producción que determinan las condiciones del almacenamiento en refrigeración.

Las hortalizas recolectadas de zonas situadas por debajo del nivel del suelo pueden recibir un tratamiento inicial de limpieza para eliminar el exceso de suciedad. Tales hortalizas suelen hacerse pasar a través de una serie de cepillos giratorios que eliminan la tierra adherida. La tierra retorna al campo y no crea un problema en el sistema efluente del almacén.

Las hortalizas redondas, por ejemplo pueden caer rodando por cintas ascendentes inclinadas. Las ruedan hasta el fondo y son extraídos mientras que el material que no rodará es transportado sobre la cinta y descargado en la parte superior según se aprecia en la figura 2 ( Las hortalizas redondas caen rodeando por la cinta. Los desperdicios planos son elevados por la cinta)

1 "

Figura 2. Limpiador de cinta inclinada para hortalizas redondas.

4.3.4. Lavado

Las raíces contienen tierra que tiene que ser eliminada. Estos productos son, 'por su naturaleza, mucho más densos que el agua y se hundirán cuando se colocan en un tanque con agua. En consecuencia, s i han de limpiarse usando un sistema de inmersión se precisa disponer de una cinta transportadora para moverlos a través del tanque. Sin embargo, resulta más sencillo utilizar un lavador con cepillos giratorios seguido de aclarado en un lavador de barra (figura 3) para eliminar la tierra acumulada en estas hortalizas. Esta operación no necesita ser perfecta ya que va seguida de la eliminación de la piel mediante un sistema de pelado por vapor o productos cáusticos.

Planta Deshidratadora de Ve2etales y Hortalizas UAM Iztaphpa 8

Figura 3. Lavadora de varillas con barra central pulverizada.

Los chícharos verdes son limpiados en un clasificador vibratorio para eliminar las vainas y los chícharos de tamaño inferior al normal. Después los chícharos se limpian en seco y son lavados en una lavadora giratoria para eliminar el zumo de los tallos. Piedras y objetos pesados son eliminados en un tanque de flotación y en algunos almacenes se usan limpiadores de flotación con espuma para eliminar vainas, pieles y otros residuos.

4.3.5. Inspección.

La inspección y selección manual de las hortalizas sobre cintas o juegos de rodillos para inspección es la forma tradicional de eliminar el material no deseado de la línea de producción. Cuando este sistema se realiza correctamente, es la operación que requiere un trabajo más intensivo en el almacén.

4.3.6. Recorte

Algunas hortalizas requieren un recorte antes de ser sometidas a procesos industriales. Estas operaciones de recorte son similares a las realizadas cuando las mismas hortalizas son preparadas en los hogares. Mientras que en la cocina familiar se uMza un cuchillo para estas operaciones, en el almacén se dispone de máquinas específicas para realizar la mayoría de estas operaciones. En este caso, se utiliza una cortadora para eliminar las puntas de la calabaza y la zanahoria.

4.3.7. Pelado

Los métodos empleados para pelar hortalizas tales como zanahorias y papas se clasifican en mecánicos, químicos y térmicos.

4.3.7.1 Métodos mecánicos

Las máquinas que eliminan la piel mediante frotación son llamadas comúnmente peladoras abrasivas. Estas máquinas presentan muchas configuraciones aunque e l tipo más común es el que emplea grupos de rodillos abrasivos como en la figura 4.

n

L

Figura 4. Pelador mediante abrasión.

Planta Deshidratadora de Vegetales Y hbrtalizas UAM Iztapalip 9

Algunos productos vegetales imponen el empleo de peladoras especiales. Por ejemplo, las modernas peladoras de cebollas sujetan los bulbos de forma que pueda ser eliminada la parte superior y la base mediante cortadoras giratorias. La máquina realiza un corte en la piel de las cebollas tras eliminar la parte superior e inferior y las cebollas pasan girando a través de un conjunto de pulverizadores de agua a gran presión que eliminan la piel. El maíz es desprovisto de la envoltura cortando la mazorca en ambos extremos y desenrollándola de las hojas. Durante esta operación se eliminan también las hebras para dejar la mazorca limpia.

4.3.7.2. Agua caliente.

Este proceso es utilizado ampliamente en la industria, además de que es uno de los que menos contamina el ambiente, pues los residuos que dejan se pueden separar por decantación, y el agua puede ser tratada mas fácilmente para poder volver a usarla. En la tabla 3 se puede observar la temperatura y el tiempo requerido para llevar a cabo este proceso.

Tabla 3 . Condiciones para el pelado con agua caliente de algunas hortalizas.

4.3.8. Eliminación de la piel

La eliminación de la piel resulta más eficaz cuando las hortalizas se introducen en una lavadora giratoria con pulverizadores a gran presión. Esto elimina la piel por el efecto de frotación de unos productos con otros y los pulverizadores de agua eliminan el material en las grietas de la superficie. El agua enfría también a las hortalizas y elimina la lejía de su superficie. La principal desventaja de este sistema es que provoca un importante problema de efluente.

4.3.9. Corte en láminas o en form de cubos

Las máquinas que proporcionan estas formas disponen generalmente de tres juegos de cuchillas de diferente tipo para realizar cada operación. La operación inicial consiste en cortar la hortaliza formando una lámina. Esto puede efectuarse con hojas rectas giratorias o empujando el vegetal para que atraviese una hoja mondadora. La lámina es cortada posteriormente en tiras longitudinales. Para este corte se utiliza con frecuencia un grupo de cuchillos circulares giratorios, aunque en algunas máquinas la hoja que corta la lámina contiene cortadores tanto verticales como horizontales para realizar estas labores. Las tiras longitudinales son cortadas posteriormente en cubos si se desea un corte en forma de cubos.

4.3.1 O. Escaldado

Los productos hortícolas son partes vivas de las plantas que siguen respirando tras la recolección. Cuando las hortalizas son recolectadas experimentan cambios como consecuencia de alteraciones, iniciadas con frecuencia por las enzimas de la planta, que comienzan a descomponer los tejidos vegetales. El tiempo transcurrido entre la recolección y la inactivación de estas enzimas puede ser crítico para la calidad del producto final.

Para prevenir la alteración enzimática y microbiana los productos hortícolx reciben un tratamiento térmico que inactiva las enzimas y mata el tejido vqetal. Este proceso se denomina escaldado.

Además evita la decoloración, el reblandecimiento y la aparición de malos olores v sabores durante el almacenamiento posterior

4.3.1 O. l. Escaldado con vapor

La principal ventaja del escaldado con vapor consiste en que provoca un menor arrastre de solutos de las hortalizas. Esto mejora la retención de nutrientes solubles y reduce el efluente derivado de la operación de escaldado (tabla 4).

1 Guisantes (chicharos) I 5 I Patatas (papas) (nuevas) 4 a 10

Calabaza hasta consistencia blanda

1 Calabacín (calabacitas) I 3 I Tabla 4. Tiempo de escaldado en agua (Chioffi, Mead, 1991).

4.3.10.2. Pérdida de nutrientes durante el escaldado.

Resulta inevitable la pérdida de algunos nutrientes durante el escaldado. La vitamina C es tanto hidrosoluble como termolábil y algunos investigadores la han usado como indicador cuando determinan los efectos del escaldado sobre las hortalizas. Se ha investigado las pérdidas de vitamina C en chícharos escaldados a bajas temperaturas, la pérdida de vitamina C en papas escaldadas y se ha descubierto que el escaldado con agua 97°C durante 2 minutos reducía el contenido de vitamina C de 12.5 a 7.8 mg/lOO gramos. Tras la cocción los contenidos de vitamina C de las papas crudas y escaldadas eran 7.4 y 6.8 mg/lOO gramos respectivamente. Los chícharos al ser escaldados por más tiempo con agua se incrementa la pérdida de vitamina C y el gad0 de maduración de

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM Izta$p 11

los chícharos es importante por que los chícharos maduros retienen más vitamina C que ’

los inmaduros.

Los factores que causan pérdidas de nutrientes durante las operaciones de tratamiento industrial son: la variedad, grado de maduración, recolección, manipulación y transporte, limpieza, lavado, escaldado y tratamiento final al determinar las pérdidas de nutrientes en las hortalizas.

5. ESTUDIO DE MERCADO

Como primer punto para el desarrollo del proyecto, es conocer el mercado de las sopas deshidratadas en nuestro país, es decir, la producción, costo y venta de las mismas. Para este fin se realizó una investigación documental en los archivos del INEGI’ considerando los últimos 6 años. Como primer punto fue el volumen anual de las sopas deshidratadas (grafica 1) en México.

Grafica l. Datos de los volúmenes de producción en los últimos 6 años en México.

Además se investigo el valor de su producción, lo cual podemos observar en la grafica 2, el cual ha ido en aumento, lo cual puede deberse a varias causas , entre las que encontramos el aumento del costo de materia prima, servicios auxiliares como el gas, etc.

~~~ ~~ ~ ~ ~ ~ ~

’ Encuesta Industrial Mensual, Valor de los Productos Etaborados según Subsector

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM reta@p 12

, 1

V a l o r d e la p r o d u c c i ó n ( e n m ¡les d e p e s o s )

.&?+.S

Grafica 2. Costo de producción de las sopas deshidratadas en México, en los últimos 6 alios.

Pero ante todo, lo que marca la pauta para seguir con el proyecto es la demanda de estos productos, las cuales se ven reflejadas en las ventas anuales que hay en este sector y se pueden observar en la gráfica 3.

V e n t a s n e t t . ( e n m lies d e p e s o s )

Grafica 3. Ventas netas de sopas deshidratadas en México, en los últimos 6 años.

En las graficas anteriores podemos observar que el volumen de producción de sopas deshidratadas no ha tenido ~randes fluctuaciones en los últimos años, no así el costo de producción y la ventas de estos productos.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM IetaPal;pa 13

Cabe mencionar que los productos que se encuentran actualmente en el mercado, casi en su totalidad es pasta con solo un poco de verdura deshidratada. Por lo que este proyecto se enfoca principalmente ha realizar una sopa deshidratada con vegetales y hortalizas, siendo esto una innovación en el mercado de la comida rápida.

En base al volumen de producción que reporta INEGl y lo mencionado en el párrafo anterior, nos da la pauta para realizar una planta deshidratadora con un volumen de producción de 80,000 toneladas anuales.

6. RENTABILIDAD DEL PROYECTO

El análisis económico nos sirve para saber cuál es el monto de inversión para la realización del proyecto, así como el costo de la operación de la planta (producción, administración, ventas)

La inversión inicial es un costo fijo, que comprende la adquisición de los activos fijos, es decir, equipo, el terreno, el edificio, mobiliario, transporte, etc. Además de la inversión para el capital de trabajo y mano de obra.

Las ganancias netas anuales se obtienen de restar al capital obtenido por la venta del producto por el número de paquetes de sopas que se venderán, la inversión inicial, el costo de la materia prima y la tasa interna de retorno se ven en la tabla 5.

I INVERSIONISTA5 1 % RIESGO I 1 persona 10-15

Otras empresas 12-15

1 Insitución Bancaria I 35 I

Tabla 5. Porcentaje de riesgo según el número y tipo de inversionistas.

La TREMA o Tasa de rendimiento mínima atractiva no, es otra cosa sino la tasa mínima de ganancia sobre la inversión propuesta.

TREM = %i nfación + % premio al riesgo + (id Iación * riesgo) (1 1

La TIR es la tasa interna de rendimiento, y es la tasa de descuento por la cual el valor presente neto VPN (es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujos descontados a la inversión inicial) es igual a cero.

donde

Rj = flujo de caja (diferencia entre cobros y pagos) en el aiio j I, = Pago de la inversión inicial

El criterio a utilizar es el siguiente: “si la TIR es mayor que la TREMA se acepta la inversión”, esto es si el rendimiento de la empresa es mayor que el mínimo fijado como aceptable, la inversión es económicamente rentable.

Para conocer la inversión inicial, es necesario conocer los costos de la instalación de la planta, así como del equipo, materia prima , etc. Nos basamos en los criterios que utiliza Douglas (1998).

Inversión Total = Costo de capital fijo + Capital de Trabajo + Capital de inicio(3)

Capital de Trabajo = 0.15 inversión total

Capital de Arranque X 0.1 capital fijo

Capital Fijo = costos directos + 0.05 costos directos + 0.2 costos directos = 1.25 costos directos

Inversión Total = 1.30 capital fijo

Gastos de Instalación 0.05 costos directos

Contingencias = 0.20 costos directos

Inversión Total = 1.30 Capital fijo

Costo de Producción = costo de manufactura + gastos generales

Gastos Generales = 0.025 de ingresos por venta

Gastos de Manufactura = costo directo de producción + cargos fijos + Overhead planta

Costos Directos de Producción = Costo de materias primas + costo por servicios + 0.046 del capital fijo + 0.03 costo total de producción

+ 1.35 costos por sueldos y mano de obra

Costo de Mantenimiento = 0.04 capital fijo

Costo de Refacciones = 0.15 costo por mantenimiento

Regalías = 0.03 Costo total de producción

Costo de Sueldos y Mano de Obra = Sueldo base anual 0.35 1.35 = IMSS + INFONAVIT + Vacaciones + días festivos + aguinaldo + . otros

Cargos fijos = Impuestos + seguros + rentas + intereses = 0.03 Capital fijo

OVHD = 0.72 costo por sueldos y mano de obra + 0.024 capital fijo

Costo Total de Producción = 0.103 capital fijo + 1.03 (materia prima + servicios) + 2,13(costo por sueldos y mano de obra) + 0.025 ingresos por ventas

Tomando una inflación del 7% y un %premio al riesgo de 15%, se calcula la TREMA y la TIR del proyecto, obteniéndose los siguientes resultados (tabla 6).

Tabla 6 Valores de la TREMA y TIR para la rentabilidad del proyecto.

Como la TIR es mayor que la TREMA, el proyecto es viable.

7. UBICACIóN DE LA PLANTA

Un punto clave para la ubicación de la planta es considerar donde se encuentran los productores de la materia prima necesaria (tabla 7), lo cuales fueron obtenido de la biblioteca de la SAGARPA.

Tabla 7 Estados en los cuales se encentra la mayor producción (riego) de la materia . prima

Además de factores como son: > Clima > Disponibilidad de mano de obra > Servicios "

P Factores económicos

Por lo anterior, se decide ubicar la planta en el estado de Querétaro, ya que esta en el centro del país, y su actividad industrial ha llegado a ser una de las principales generadora de riqueza y empleo del pais.

7.1. Clima

Las características dimfrticas deseadas para el proceso de deshidrataci6nI especialmente en la zona centro, donde tiene climas sews y semi sews, su temperatura media anual oscila entre 7 OC y 25.1 OC. Abarca los municipios de QueWro, Corregidora, El Marques, Ezequiel Montes, Cadereyta, Tequisquiapan, San Juan del Río, Colh, P ei'iamiller y Tolimh.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztapdzp 17

Mapa l. Ciudad de Querétaro de Arteaga, donde se pueden observar las vías de comunicación así como los numerosos complejos industriales que hay en el estado.

7.2. Vías de Comunicaci6n

El estado de Querétaro de Arteaga cuenta con excelentes vías de comunicación a toda la República Mexicana, por:

Carreteras Terminal de Autobuses de Querbtaro Vías Férreas Aeropuertos Teléfonos Telefonía Celular INTERNET Radio Aficionados y Banda Civil

7.3. Carreteras

Por su ubicación Querétaro es el centro geogMco de la República Mexicana y por lo tanto el tMco carretero entre el norte y el sur del país pasa por el Estado, quedando este perfectamente comunicado por este medio a todo el país y con magníficas supercameteras de 4 a 6 carriles, con el Distrito Federal por la carretera 57, con San Luis Potosí por la carretera 57, a Guanajuato por la carretera 45.

7.4. Vías FBmas

El servicio ferroviario es prestado por la empresa para-estatal Ferronales (Ferrocaniles Nacionales de M6>cico), con proyecto de integrarse a la iniciativa privada, el centro nervioso de Ferronaies para por Querétaro con las siguientes líneas:

0 México DF. - Querétaro - San Luis Potosí - Tampico

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM Ietupal;Ipa 18

0 México DF. - Querétaro - Guadalajara - Manzanillo - Mexicali 0 México DF. - Querbtaro - Ciudad Juárez

México DF. - Querétaro - Nuevo Laredo

El servicio es de carga y principalmente transporta contenedores y cajas de trailer, en Querétaro, se encuentra una terminal de carga en la Aduana Interior y otra en la estación central, en donde se conserva la estación de pasajeros del siglo pasado, realizada al estilo de los Ingleses o del viejo Oeste Norteamericano, en cantera rosa de la región y madera, contrastada con una elegante herrería de punto, por algún tiempo se planeó el tren rápido de México - Querétaro.

7.5. Aeropuertos

En Querétaro se encuentra el VOR principal de aproximación al Aeropuerto Internacional "Benito Juárez" de la Ciudad de México y cuenta con el aeropuerto "Ing. Fernando Espinosa Gutiérrez" al norte de la ciudad en el cerro de Menchaca a 50 metros sobre el nivel de la ciudad.

7.6. Telefonía: Las empresas que prestan los servicios telefdnicos en Querétaro son: Telmex, AT&T,

AVANTEL Y ALESTRA con centrales digitales de acceso DTMF y cableado abreo por postería, para atender a sus mas de cien mil abonados, así como servicio RDI.

Telefonía Celular.- En Querétaro operan dos empresas de telefonía celular, IUSACELL Y TELCEL con células de amplio cubrimiento Nacional.

Radio Aficionados- En Querétaro se encuentra en operación el Radio Club Querétaro, A.C. y representación de La Asociación de Radioaficionados de la República Mexicana, A.C.

Banda Civil.- En operación existen varios clubes de Radio en Banda Civil, como Cruz Ámbar que aportan servicios de auxilio en emergencias en el estado y carreteras.

La actividad industrial de este estado ha llegado ha ser. UM de Las principales generadoras de riqueza y de empleo, su vocación industrial es una de las mayores del país y ocupa el cuarto lugar a nivel nacional. Además de contar con incentivos ,fiscales que da el gobierno a las empresas que se instalan allí. Otro punto de suma importancia es el de encontrar mano de obra con las siguientes caractensticas:

J Disponibilidad laboral y trabajadores calificados J Existen más de 100,000 obreros con conocimientos aplicables J El 30% del personal industrial se encuentra calificado en: control de calidad total,

proceso de "justo a tiempo", celdas de manufactura.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztaphpa 19

8. TEORíA DE SECADO DE SóLIDOS

8. l. Secado

El secado es una operación unitaria, en la que se elimina por evaporación casi toda el agua presente en los alimentos, mediante la aplicación de calor bajo condiciones de operación controladas.

El secado en si implica la transferencia de un líquido procedente de un sólido húmedo a una fase gaseosa no saturada.

El secado de alimentos determina una reducción del peso y normalmente también, del volumen, por unidad de valor alimenticio, e incrementa la vida útil de los productos secados en comparación con los correspondientes alimentos frescos (Brennan, 1980)

8.2. Teoria general.

8.2.1 Curvas de velocidad de secado

8.2.1 .l. Conversión de los datos a curvas de velocidad de secado

Los datos que se obtienen de un experimento de secado se expresan como peso total (m) del sólido húmedo a diferentes tiempos de t horas en el periodo de secado. Estos valores se pueden convertirse a datos de velocidad de secado con los siguientes procedimientos. Primero se calculan 6s datos. Si (m) es el peso de sólido húmedo en Kg. totales de agua más sólido seco y (wS) es el peso del sólido seco en Kg.,

x, = m - m, kg totales agua

m, kg solido sec o

los cuales suelen representarse en graficas como se muestra en la figura 5.

O. 5

O. 4

O. 3

o. 2 o. 1

O 5 10 15

hemp0 (hl

Figura 5. Contenido de humedad en base seca en función del tiempo de secado.

Usando los datos calculados con la ecuación 23, se traza una gráfica del contenido de humedad libre X en función del tiempo t en hr, tal como se muestra en la figura 6. Para obtener una curva de velocidad de secado a partir de esta gráfica, se miden las pendientes de las tangentes de la curva, los cual proporciona valores de dX/dt para

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztapíqxl 20

ciertos valores de t. Se calcula entonces, el flux de agua N para cada 'punto con la expresión

N="-(-%) A

donde N es la rapidez de secado en w/hr.m2, m, es Kg. de sólido seco usado, y A es e l área superficial expuesta al secado en m'. Entonces, la curva de velocidad de secado se obtiene graficando N en función del contenido de humedad, tal como se muestra en la figura 6.

%& bcara Q C C I C ~ ~ n k Ve bc&a a~ .Ila n k

U

E

I

X [kgwnrl kg SS]

Figura 6. Curva de velocidad de secado

8.2.1.2. Gráfica de la curva de velocidad de secado

8.2.1 .2. l. Período inicial.

En la figura 6 se muestra la curva de velocidad de secado para condiciones de secado constante. Empezando con un tiempo cero, el contenido inicial de humedad libre corresponde al punto A. Al principio, el sólido suele estar a una temperatura inferior a la que tendrá al final, y la velocidad de evaporación ira en aumento. Al llegar al punto B, la temperatura de la superficie alcanza su valor de equilibrio. Este período inicial de ajuste con estado inestable suele ser bastante corto y generalmente se ignora en el análisis de los tiempos de secado.

8.2.1 .Z.Z.Período de secado constante

La curva de la figura 6 es recta entre los puntos B y C, por lo que la pendiente y la velocidad son constantes durante este periodo. Este periodo de velocidad constante de secado corresponde a la línea BC. En este periodo la superficie del sólido está al principio, muy mojada y sobre ella existe una película de agua continua. Esta capa de agua está siempre sin combinar y actúa como s i el sólido no estuviera presente. La velocidad de evaporación con las condiciones establecidas para el proceso, es independientemente del sólido y es esencialmente igual a la velocidad que tendría una superficie líquida pura. La evaporación durante este período es similar a la que existe

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Ieta@p 21

cuando se determina la temperatura de bulbo húmedo, la temperatura de la superficie '

equivale en forma aproximada, a la temperatura de bulbo húmedo.

8.2.1.2.3. Periodo de secado decreciente -__

Durante el periodo de velocidad decreciente la velocidad de secado comienza a disminuir, punto C de las gráficas de las figuras 5 y 6, hasta l l qa r al punto D. En el punto D, la^ velocidad de secado disminuye con más rapidez aún hasta que llega al punto E.

El punto C corresponde al contenido critico de humedad libre &. En este punto no hay suficiente agua en la superficie para mantener una película continua. La superficie ya no está totalmente mojada, y la porción mojada comienza a disminuir durante este periodo de velocidad decreciente, hasta que la superficie queda seca en su totalidad en el punto D.

El segundo periodo de velocidad decreciente empieza en el punto D cuando la superficie está seca en su totalidad. El plano de evaporación comienza a desplazarse con lentitud por debajo de la superficie. El calor para la evaporación se transfiere a través del sólido hasta la zona de vaporización. El agua vaporizada atraviesa el sólido para llegar hasta la corriente de aire.

8.2.2. Equipo de secado.

8.2.2.1 Secador de charolas

En los secadores de charolas, que también se les llama secadores de anaqueles, de gabinete o de compartimiento, el material se esparce uniformemente sobre una charola de metal con una profundidad de 10-100 mm. Un secador de bandejas típico, tal como se muestra en la figura 7, contiene bandejas que se cargan y se descargan de un gabinete.

Figura 7. Secador de charolas.

Un ventilador recircula aire calentando con vapor sobre la superficie de las charolas, paralelamente a las mismas. El secador dispone de reguladores para controlar la velocidad de admisión de aire fresco y La cantidad deseada de aire de recirculación. También se usa calor obtenido con electricidad, en especia[ cuando el calentamiento es bajo. Más o menos el 10-20% del aire que pasa sobre las bandejas es aire nuevo, siendo el resto aire recirculado.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztaplíap 22

Después del secado, se abre el gabinete y las charolas se reemplazan con otras con más material para secado. Una de l a s modificaciones de este tipo de secador es el de charolas con carretillas, donde las bandejas se colocan en carretillas rodantes que se introducen en el secador . Esto significa un considerable ahorro de tiempo, puesto que las carretillas pueden cargarse y descargarse fuera del secador.

8.2.2.2. Secador de lecho fluidizado

En este tipo de secadores el aire caliente es forzado a través de un lecho de sólidos de forma tal que los sólidos queden suspendidos en el aire. El aire caliente actúa tanto como medio fluidizante como de secado.

Los secaderos de lecho fluidizado pueden operar de forma discontinua o continua. En la figura 8 se muestra un secador de lecho fluidizado. La rejilla que soporta al lecho puede ser una simple placa perforada pero también se emplea diseños muy complejos a base de eyectores de chorros de aire, cápsulas de barboteo, etc. Algunas unidades poseen bases vibratorias para facilitar el movimiento del producto. Los secadores pueden operar a presión superior o inferior a la atmósfera, según se precise, situando adecuadamente los ventiladores.

Las principales características de los secadores de lecho fluidizado son:

0 Sólo pueden aplicarse a sólidos susceptibles a la fluidización. Algunos productos son demasiado frágiles para ser fluidizados sin que sufran excesivo daño mecánico.

0 Las velocidades de secado en los secadores de lecho fluidizado son relativamente altas y se controlan con facilidad.

0 En las operaciones discontinuas lo sólidos se mezclan bien y se secan uniformemente. En los sistemas continuos, sin embargo, el mezclado puede determinar la salida del secado del producto no secado.

Figura 8. Lecho fluidizado

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztapabpa 23

8.3. Balances de materia

8.3.1. Balances de materia para el secador de charolas.

Para el secado en un secador de charolas (figura 9) , donde el aire pasa en flujo paralelo sobre la superficie de la charola, las condiciones del aire no permanecen constantes.

Figura 9. Esquema del balance de masa en el secador de charolas

El balance de humedad en el secador de charolas es el siguiente:

1 dm, "- A dt

- G2Y2 - G,Y,

donde

m, = m,X

Sustituyendo la ecuación (26) en la ecuación (25) y tomando en cuenta-que la masa del sólido seco y el flujo de aire seco es constante para todo el proceso.

donde N = G (Y2 -Y , )

donde N = kg w / hr . m' de sección transversal y G = kg de aire seco / hr . m' de sección transversal.

8.3.2. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado.

Considerando un lecho de área de sección transversal uniforme A m', por el cual penetra un flujo de gas G kg gas seco / hr m2 sección transversal, con humedad de Y,. Con un balance de material del gas, en cualquier momento, dicho gas sale del lecho con humedad Yz . La cantidad de agua que se elimina del lecho con el gas es igual a la velocidad de secado en ese tiempo. El esquema se puede ver en la figura 10.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztaphpu 24

+ d Y

Figura 10. Control de volumen en la que se realiza el balance

Realizando el balance de materia:

1 dmw -” - G2Y2 -GI& A dt

donde

m, = m,X

Sustituyendo ecuación (30) en la ecuación (29) y tomando en cuenta que la masa del sólido seco y el flujo de aire seco es constante para todo el proceso.

por lo tanto se tiene con la ecuación (28),

donde N = kg w / hr . m’ de sección transversal y G = kg de aire seco / hr . m’ de sección transversal.

8.4.Balances de energia

8.4. l . Balances de enew‘a para el secador de charolas y secador de lecho fluidizado

El balance de energia para el secador de charolas y el secador de lecho fluidizado es el siguiente:

La cual relaciona el cambio de la humedad del gas con e l cambio de humedad y de entalpía del sólido, así como también con el calor que se pierde a los alrededores.

Sustituyendo la ecuación (31) en (32) se tiene la siguiente expresión:

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM IetupuGzpa 25

El lado izquierdo de la ecuación 33 , es el cambio de entalpía del gas, y el lado derecho , el primer término se refiere al calor necesario para evaporar el agua contenida en el sólido, el segundo término al calentamiento del mismo sólido y Q es el calor que se disipa a los alrededores.

9. DESARROLLO EXPERIMENTAL

9.1. Propiedades de los vegetales y hortalizas

Antes de llevar a cabo cualquier proceso hay que tener en consideración el tipo de compuestos con los que se va ha trabajar, conocer sus propiedades físicas y químicas Estos los podemos observar en la tabla 8.

Cenizas: Residuo que queda después de que toda la materia orgánica ha sido quemada. Sirve para medir las sales inorgánicas que había en el producto original.

Tabla 8 Propiedades alimenticias de los vegetales. Diccionario de los Alimentos, Coción, Calorías, Vitaminas, conservación

C. TX 3479, D5.2, 1979, c.2 Ediciones Cedel.

Hidratos de Carbono: Tienen una estructura muy simple estando compuestos de carbono, hidrogeno y oxígeno. Se les clasifica en glúcidos directos e indirectos, según el número de moléculas.

planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztapdüp 26 ~

Directos: azúcares de fórmula simple y fácil absorción por e l organismo indirectos: los . feculentas (harinas) que sintetizan varias moléculas.

. .

Grasas: Proporcionan al organismo 9.3 cal/gr, pero para que su asimilación se produzca armoniosamente hacen falta 2 moléculas de hidruros de carbbn por molécula de cuerpo graso. Proteínas: Son cuerpos complejos resultan de la unión de diversos cuerpos más simples: los aminoácidos. Son la base de los tejidos de los seres vivos.

9.1. l. Propiedades físicas de los vegetales

los vegetales y las hortalizas, tienen propiedades características las cuales suelen tener suma importancia en el proceso de secado, ( las cuales podemos ver en la tabla 9) sobre todo al momento de realizar los balances de materia y energía.

M PWACADA PAPARENTE CP DP [KG] [KGIM3] [KG/M3] [J/KG"C] [M]

Aio 0.01280 640.00 914.29 3305 2.39~10-~ 0.81

4

calabaza 0.05223 580.33 970.82 3550 1.54~10' 0.81 Cebolla 0.07341 587.28 857.59 3765 0.62~10' 0.93 chícharo 0.04862 540.22 1041.11 3765 1.54~10-~ 1 Jitomate 0.06492 81 1.50 932.76 14 .16~10 '~~ 1

Maíz 0.02353 580.33 986 3305 0.98~1 O-2 10.81

Tabla 9 Densidades de los vegetales

9.2. Operaciones preliminares

Para secar un vegetal u hortaliza se realizan las operaciones preliminares especificas, las cuales de manera sintética se exponen en la tabla 10.

VERDURA/HORTALIZA LAVADO PELADO CORTADO DESVAINADO DESGRANADO ESCALDADO Ajo ManlJal Rodajas

Cebolla Manual Rodajas Calabaza J Manual Cubos Chícharo Manual

Maíz Manual Manual Con

Papa J Manual Cubos

Zanahoria J Manual Cubos

bisulfito de sodio (1 %)

5 min.

L

Tabla 10 Operaciones preliminares a las que fue sometida cada verdura u hortaliza.

Planta Deshidratadora de Vegetales Y l-brtalizas UAM lztaphpa 27

Cabe mencionar que los cubos y las rodajas se hacen de aproximadamente 5mm de '

espesor, con el fin de contribuir a un mejor secado. 9.2. l. Secador de charolas "_

Antes de introducirlas al secador de charolas, se pesan las charolas vacías, después se llenan con las verduras u hortalizas, según sea el caso, de manera que quede una mono capa uniforme, se vuelven a pesar y así se obtiene un mejor registro sobre la masa inicial que entra al secador de charolas.

9.2.2. Secador de lecho fluidizado

Se prepara una masa para que la altura de la cama de verdura u hortaliza en el lecho sea al menos de 10 cm que es el tamaño del diámetro. Para determinar la velocidad mínima de fluidización se realiza de manera experimental con la masa fresca y se comienza a mover La válvula del aire que entra al secador hasta que la misma comience a fluidizarse. Esto es una política de trabajo para que en un momento dado, tener la menor perdida posible de los finos.

9.3. Metodologia experimental

9.3. l. Secador de charolas

El secador de charolas se enciende 15 minutos antes del experimento, manteniendo constante el flujo de aire, en este caso fu de 1.25 mis 2 0.5, y el control de temperatura de 60" C 2 1, como este aparato cuenta con una pistola la cual contiene dos termómetros, uno para medir la temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco (ambas son mediciones importantes para determinar los balances de materia y energía); se miden ambas temperaturas antes de las charolas. Y con un voltímetro se mide la temperatura de salida de aire. Además el secador se tara, pues tiene una canastilla colgando donde se introducen las charolas.

Ya que se tiene la temperatura d 60 "C en la entrada del aire, se procede a introducir la charolas previamente pesadas con el vegetal que va ha ser secado. Tomándose las lecturas de masa, temperatura del bulbo húmedo y bulbo seco, así como la velocidad del aire.

Se toman mediciones a diferentes tiempo, al principio se realiza a intervalos de 5 minutos hasta completar 30 minutos, después con intervalos de 10 hasta completar la hora, la siguiente hora se divide en intervalos de 20 minutos. Después la otra hora en intervalos de 30 y si es necesario, se deja correr la otra hora sin ningún intervalo.

Cabe resaltarse que las mediciones a estudiar son ¡a velocidad, temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo de entrada y salida del aire, así como la variación del peso en el sólido.

9.3.2. Lecho fluidizado

Para e l secador de lecho fluidizado se enciende primero el compresor, después se fija la temperatura a la que se va ha trabajar, se abren las válvulas de paso del aire y se

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM I.tapa&lpa 28

encienden los bancos de resistencias, el lecho tarda aproximadamente de 20 a 25 minutos para estabilizane.

Una vez estabilizada la temperatura, se mide la temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo, esto se realiza con un psicrómetro portátil, al cual se le da cuerda para que el ventilador que tiene integrado pueda succionar el aire.

Otras variables a medir son la caída de presión del aire y el flujo volumétrico de entrada del aire al lecho.

Una vez medido todo, se introduce el vegetal ha secar, y se vuelven a medir las variables antes mencionadas, la primera media hora se toman muestras cada 10 minutos, después de media hora dos o tres medicines más. Solo en algunos casos llego a requerirse de mas tiempo, y para ello se tomaron mediciones cada hora.

A las muestras obtenidas se les determina la humedad en la balanza analítica, la cual trabajo a 75*C, el tiempo necesario, hasta que el peso del sólido no cambia.

9.3.3. Rehidratadón

Se conservaron muestras de 15 gr de cada vegetal y hortaliza deshidratada, en cada uno de los secadores.

Se hirvió agua en diferentes vasos de precipitados y se le agrego la verdura u hortaliza, de cada secador, y se les dejo hervir durante 5 minutos. Después se escurrieron en charolas y se les comparo, color tiel agua, consistencia y apariencia, esto se lleva a cabo de manera visual.

1 O. RESULTADOS

1 O. l. Secador de charolas

1 O. l . l. Balance de materia y energia

Con los datos obtenidos experimentalmente podemos calcular la masa seca, la humedad inicial y final de cada uno de los sólidos, la humedad final del aire. Y el calor que se proporciona al aire, e l calor que es necesario para secar al sólido. Los resultados experimentales obtenidos se muestran de manera sintética en las tablas 11 y 12.

En los balances de energía se realizaron para tres casos, el primero fue tratando al sistema como un sistema adiabático, et segundo fue ,no adiabático pero el calor disipado se considera constante, y finalmente ocupando la ley de fourier para calcular el calor disipado. En los tres casos la temperatura’ del sólido fue similar, por lo tanto, se puede considerar al sistema como adiabático.

Los cálculos y tablas vienen en el apéndice

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas

Tabla 11. Resultados de los balances de materia y enersía de los diferentes compuestos de la sopa en el secador de charolas.

Tabla 12. Resultados de los balances de materia y energía del aire utilizado para secar en el secador de charolas.

Como se puede observar, el calor del aire es mucho mayor que el requerido, por lo que da la pauta para poder menor cantidad de aire, y así ahorrar energía tanto del compresor como calorífica.

Con los datos obtenidos experimentales y los balances de materia y energía, se obtienen las curvas de secado (tiempo de secado), de velocidad de secado, evolución de la temperatura en el sólido y el aire, así como de La humedad del aire

i

i

i

Planta Oeshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztuzpal;zpO 30

20

10

O - $

O 5000 10000 15000 20000 2 5 0 0 0 30000

Grafica 4 tiempos de secado de los diferentes componentes de la sopa en el secador de charolas

En la grafica 4, se puede observar que cada uno de los vegetales y hortalizas presenta comportamiento similar al reportado en la teoría.

Un punto ha resaltar es que el chícharo requiere de un mayor tiempo para alcanzar la humedad requerida, la cual es del 10% en todos los vegetales. Esto puede deberse a su misma naturaleza, la capa que lo envuelve hace más difícil la evaporación y difusión del agua contenida en él.

De los demás vegetales, como tienen tiempos similares poden ser deshidratados en mismo lote.

Este experimento se llevo a cabo, y se obtiene la siguiente curva

S o p *

7

6 4

L 5 -

4 -

OD 3 -

x 2 -

1 -

0 ,

. m

? -

0 5 0 1 O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0

t (min)

Grafica 5. Tiempo se secado de la sopa deshidratada en su conjunto.

Otro aspecto a observar, es como va cambiando la humedad del aire con el tiempo, como se puede ver, va disminuyendo, esto es de esperarse, pues con el transcurso del tiempo la humedad del sólido es menor, por lo tanto, e l aire ya no encuentra casi agua para llevarse.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM 1ztapaGzzp0 31

HunedadddAire

0.03

I 0.03

Grafica 6. Humedad del aire a la salida del secador

De la grafica 6, podemos ver como en alsunos casos como el de la papa, la humedad el aire se mantiene constante. A l casi no variar o no variar la humedad del aire nos indica que la cantidad de aire que se introduce en el secador es muy grande y por lo tanto no llega a afectar su humedad intrínseca.

Además otro comportamiento interesante ha observar, es el del sólido. Como ya se dijo en la teoría, la temperatura del sólido en los primeros instantes tiende a la temperatura de bulbo húmedo.

L a m a h o r ( .

9 . o 7 0

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t 1..01

i-1

Grafica 7. cambio de la humedad en base húmeda y la temperatura del sólido, en este caso se toma el de la zanahoria3 como ejemplo.

Los demás componentes de la sopa tienen un comportamiento similar, como puede verse en el apéndice.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztaphpa 32

Como puede advertirse en la grafica 7, se tiene un pozo térmico en los primeros segundos de llevarse a cabo el secado en el lecho fluidizado. Y conforme se va secando el vegetal, la temperatura tiende a estabilizarse, es decir, se mantiene prácticamente todo el tiempo a la temperatura de bulbo seco.

Esto lo podemos comparar con la velocidad de secado (flux) .

E W

.l . 3

Y W

z

Vtloctdad de Secado . a . ,.

I ... .. ,.* .. * *. ,. . .. .. . .. .. . . I .. . .. ,. , .. ...

Grafica 8. Velocidad de secado (flux)

En la gráfica 8 podemos percibir que el chícharo y el maíz tienen una velocidad de secado similar, es decir, se mantiene casi constante, por lo que se pueden secar en un mismo lote.

La cebolla al tener más contenido de agua, es la que tarda mas tiempo en secarse, el maíz es otro que tarde en secarse, esto se debe al endurecimiento superficial que provoca su misma cáscara.

10.2. Secador de lecho fluidizado

10.2. l. Balances de materia y energia

Con los datos obtenidos experimentalmente, se realizan los balances de materia y energía tanto de los sólidos como del aire, para observar el comportamiento de los sólidos en este tipo de secador.

En los balances de energía se realizaron para tres casos, el primero fue tratando al sistema como un sistema adiabático, el segundo fue no adiabático pero el calor disipado se considera constante, y finalmente ocupando la ley de fourier para calcular e l calor disipado. En los tres casos la temperatura' del sólido fue similar, por lo tanto, se puede considerar al sistema como adiabático.

LOS resultados obtenidos se muestran en las tablas 13 y 14 de una manera sintética para cada vegetal y hortaliza.

LOS cálculos y tablas vienen en el apéndice ~~~ ~

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM letupuúp 33

Tabla 13. Resultados del balance de materia y energía de los vegetales y hortalizas en el lecho fluidizado.

Tabla 14. Resultados de los balances de materia y energía en el lecho fluidizado.

Como se puede observar, el calor del aire es mucho mayor que el requerido, por lo que da la pauta para poder menor cantidad de aire, y así ahorrar energía tanto del compresor como calonfica.

i

O i 1 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 l o o 0 0 1 1 0 0 0

Grafica 9. Curvas de secado en el lecho fluidizado.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Ietapalílpl 34

En la gráfica 9 podemos observar que los tiempos de secado en el lecho fluidizado son menores que en el secador de charolas. Esto puede deberse a que en el lecho, los vegetales están suspendidos en el aire, mientras que en el de charolas, están estáticos.

Humedad del aire

0.0040 , 1

0 . 0 0 0 0 I O 2 0 0 0 4000 6 0 0 0 8000 10000 12000

t b e g 1

Grafica 10. Humedad del aire en la salida del secador

Conforme avanza el tiempo, se observa una disminución de la humedad del aire (grafica lo), esto es porque el sólido ya tiene poco agua que evaporar, esto se observa de una manera muy notoria en el caso de la papa, que es donde se observa esta tendencia.

Además otro comportamiento interesante ha observar, es el del sólido. Como ya se dijo en la teoría, la temperatura del sólido en los primeros instantes tiende a la temperatura de bulbo húmedo.

Z a n a h o r i a

0.0040 7 0

0 . 0 0 3 5 -- 6 0

- 5 0 I e 0 . 0 0 2 5

; 0 . 0 0 2 0 - 4 0 y

I

I 0.0015

0 .0010

0 . 0 0 0 5

X

X

-- 30 I-

" 1 0

0 . 0 0 0 0 , , o O 600 1 2 0 0 2 4 0 0 3600 5 4 0 0

-r tires1 '

Grafica 11. Temperatura del sólido

El comportamiento de la temperatura del sólido puede observarse en la Sráfica 11, ly nos percatamos que sufre un descenso el cual tiende a la temperatura de bulbo húmedo del aire, en los minutos del secado, contrario a lo que sucedió en e l secador de charolas, los cuales fue en los primeros 7 segundos. Aquí se observa mejor este fenómeno. Después sube y tiende a la temperatura de bulbo seco del aire. Se coloco la

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Ietapal;tpo 35

gráfica de la zanahoria como ejemplificación, pero sucede lo mismo con todos los demás componentes de la sopa, estos se podrán ver en el apéndice correspondiente. Para poder observar la velocidad de secado utilizamos la gráfica 12.

Velocldad de Secado

2.50E-03 ,

O.OOE+OO

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

X [kg w /kg SS]

/+Chícharo +Maíz +Papa +Calabaza 1

Grafica 12. Velocidad de secado

Como la papa tiene una velocidad de secado mas grande podemos pensar en realizar el secado en un mismo lote del chícharo y el maíz, ya que la papa y la zanahoria hacen los mismo, por lo tanto, lo hacemos otro en otro lote (grafica 13).

V e l o e l d a d d e s e c a d o

6 . O E - O 4

5 . O E - 0 4 -

.. 4 . O E - O 4 - 1 .. 3 . O L - 0 4 - . x I

1 . O E - O 4 -

0.0E.00 I 0 . 0 0 0 0 0 . 5 0 0 0 1 . 0 0 0 0 1 . 5 0 0 0 2 . 0 0 0 0 2 . 5 0 0 0 3 . 0 0 0 0

X [ k t - I k # S S ]

i - C h l C h # r o - L Y . I Z I

Grafica 13. Velocidad de secado del chícharo y el maíz.

Esto nos da la pauta final, para poder trabajar de manera industrial, es decir, esta es la manera en que se trabajara la planta deshidratadora; en un mismo lote se encontrará el maíz y el chícharo, y en otro la calabaza, la zanahoria y La papa.

10.4. Rehidratadón

Se realizaron las pruebas de rehidratación de los vegetales y hortalizas ya señaladas, esta prueba fue totalmente empírica y se baso en la observación simplemente. Teniendo mejor consistencia y apariencia aquellas que se habían deshidratado en el secador de charolas.

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM ~zta$p 36

11. CÁLCULOS DE LOS BALANCES DE MATERIA Y ENERGíA

1 1 .l. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado

A continuación se presenta e l tratamiento de los datos experimentales correspondiente a los balances de materia. Se muestran los cálculos detallados para un solo vegetal (Zanahoria), ya que el procedimiento es el mismo para los demás.

Se determino la humedad de la zanahoria fresca en una balanza electrónica, en la tabla 15 se presentan los resultados.

&.S X M(KG) (KGH2O/KG A S ) (KG)

0.02185 7.24 0.00265

Tabla 15. Humedad en base seca de la zanahoria fresca.

Del proceso de deshidratación de la Zanahoria, se obtuvieron los siguientes datos experimentales.

Tabla 16. Datos experimentales

Al término del proceso se determino la humedad, se tomo una cantidad de zanahoria deshidratada en intervalos de tiempo y se analizo en la balanza electrónica y posteriormente se calcularon las humedades en base seca y húmeda. En la tabla 17 se muestran los resultados.

T(SEG) X [KGWIKG] X [KGW/KGSSECO] &.S [KG] M [KG] O 0.8787 7.2453 0.00265 0.02185

Tabla 17. Humedades en base seca para la zanahoria deshidratada.

Con las humedades en base seca y el tiempo, se hace una curva de secado X m. t,

Tabla 19. Información del aire seco

% Como se conocen l a s humedades de entrada y salida se puede calcular la parte izquierda de la ecuación 27 (tabla 20).

Tabla 20. Flux del aire.

los resultados del balance de materia para el lecho fluidizado se encuentran en el apéndice

1 1.2. Balances de masa en el secador de charolas

Para llevar a cabo el secado de las verduras y hortalizas en el secador de charolas, se procede primero a pesarlas ante de limpiarlas, esto es para saber cuanta materia se pierde, debido a los procesos posteriores de acondicionamiento. Como son las operaciones preliminares que se señalan en la siguiente tabla donde se puede observar cuales se llevaron a cabo

Posteriormente para cada vegetal u hortaliza se realizan las op2raciones preliminares especificas que se señalan, en la tabla 10 se puede observar cuales y de que manera se llevaron a cabo para cada material.

Cabe mencionar que los cubos y las rodajas se hicieron de aproximadamente 5mm de espesor, con el fin contribuir a un mejor secado.

Antes de introducirlos al secador, se pesan l a s charolas vacías. Después se vacían los vegetales de manera que sobre la charola quede una capa uniforme, se vuelven a pesar y así se obtiene un mejor registro sobre la masa inicial que entra al secador de charolas

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Ietapllúp 39

Tabla 10. Operaciones preliminares a las que fue sometida cada verdura u hortaliza.

El secador de charolas se enciende 15 minutos antes del experimento, manteniendo constante el flujo de aire, en este caso fue de 1.25 mis 2.0.5, y el control de temperatura de 60'C 2 1, como cuenta con una pistola la cual contiene dos termómetros, uno para la temperatura de bulbo húmedo y otra para la temperatura de bulbo seco; se miden ambas temperaturas en la entrada del aire. Y con voltímetro se mide la temperatura de salida del aire. Además el secador se tara, pues tiene una canastilla colgando donde se introducen las charolas. Ya que se tiene una temperatura de 60°C en la entrada del aire se procede a introducir las charolas con el vegetal que va ha ser secado. Tomándose las lecturas de masa, temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco, así como de la velocidad del aire.

Las mediciones se toman a diferentes tiempos, al principio se hace a intervalos de 5 minutos hasta completar 30, después de 10 hasta completar la hora, ldsiguiente hora se divide en intervalos de 20 minutos. Después de 30 y por último de 1 hora.

El secado tiene una duración aproximada de 3 horas. Cuando se extraen las charolas, la verdura de cada una de ella, se introduce a la balanza electrónica para determinar cuanta humedad todavía contiene, y así ver cual es la masa seca total.

A continuación se presenta el tratamiento de los datos experimentales correspondiente a los balances de materia. Se muestra los cálculos detallados para un solo vegetal (Zanahoria), ya que el procedimiento es el mismo para los demás.

> Se toma una muestra de zanahoria fresca, a la cual se le determino la humedad en una balanza electrónica, en la tabla 21 se presentan los resultados.

6.695

Tabla 21. Humedad en base seca de la zanahoria fresca.

P Del proceso de deshidratación de la Zanahoria, se obtuvieron los siguientes datos experimentales (tabla 22).

Tabla 22. Datos experimentales.

P Al término del proceso, se tomo una cantidad de zanahoria deshidratada en cada charola y se analizo en la balanza electrónica. Con el fin de determinar la masa seca en la misma.

M hk X (KG) I (KG) I(KG H2O/KG S S )

I 1 ~0.01308~0.01255~ 0.0422 I 1- /0.0108~0.00960~ 0.0500 I 0.01395 0.01 349 0.0341

0.01392 0.01 319 0.0553

I Promedio 10.01 276 10.01 221 [ 0.04542 I

Tabla 23. Humedades en base seca para la zanahoria deshidratada.

b Con la masa seca determinada con la balanza de humedad (tabla 23), se puede establecer una regla de tres simple para extrapolar la masa seca contenida en la verdura fresca que va a ser sometida a tratamiento

"Si la masa de sólido húmedo (m) puesta en la balanza de humedad contiene cierta masa sólido seco (mss , la masa seca (mss total) presente en cualquier muestra de sólido húmedo será:"

(m, ,mues t ra~mk~ota~) m,,,-guestra

m,,totai =

P Con el valor de la masa seca se procede a determinar las humedades en base seca y húmeda para los diferentes intervalos de tiempo (tabla 24).

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztupafüpu 41

IT [SEG] I M [KG] lb,, [KG] /X[KG W/KG SS] X[KG W/KG ] I I

I 1800 10.248651 0.042 I 4.9531 I 0.8320 I 2400 0.21365 0.042 4.1151 0.8045

3000 0.18365 0.042 3.3969

3600 O. 7367 2.7983 0.042 0.15865 1 1 1 I

4800 0.11365 1 .ni0 0.6325 0.042

I 6000 IO.081641 0.042 I 0.9546 I 0.4884 I 7200

0.0431 0.0451 0.042 0.04365 9OOO

0.3225 0.4760 0.042 0.06165

Tabla 24. Humedad en base seca y humedad de la zanahoria.

P Con las humedades en base seca y el tiempo, se hace una curva de secado X vs. t, y se ajusta la curva para obtener el polinomio que representa cómo cambia la humedad en cada tiempo.

m

9 , I I 8

7

6

5

4

3 1 *. e.

2 1

O

....

O 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0

t [ s e g l

Grafica 15. Comportamiento típico de una curva de secado.

> Con los datos anteriores, se puede calcular una parte del balance de masa para el secador. El balance de masa es el siguiente.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztap&pa 42

k Para conocer la velocidad de secado. Se ajusta un modelo polinomial a la curva X vs. T y la expresión resultante se deriva para obtener la ecuación (38). La ecuación (40) se obtiene al multiplicar el lado izquierdo de la ecuación (38) por

. la masa del sólido seco y dividir por el área superficial expuesta al secado

fl - = 18xlO-*t - 1 . 7 ~ 1 0 - ~ dt

entonces, el flux de agua evaporada:

N=%(-$) A

Por lo tanto, en la tiempo experimetal.

(28)

tabla 25 podemos ver la velocidad de secado en .el intervalo de

900 0.0003 1 0.00148 1200 0.00032 0.00154

1500 0.00029 0.00138 1800 0.00030 0.00143

t 2400 I 0.00127 I 0.00027 I

I 7200 I o.ooO40 I O.ooOo8

Tabla 25. Velocidad de secado en w/seg.m2

k Para obtener la parte derecha de la ecuación 38 se calcula el flujo de aire seco, para ello, se calcula el volumen húmedo del aire que entra al secador, después a la velocidad superficial (u) se divide por el volumen húmedo

vH(m3mezcla / kgaireOC) = (0.00283+ 0.00456Y')(1, + 273) (39)

G(kgAS1 rn2seg) = 2 (40) VH

3 Para conocer Y,' se emplea la carta psicométrica teniendo como referencia 1% temperaturas de bulbo húmedo y seco en la entrada del sistema. P Con la ecuación 37 se determina Y'z, con esto completamos el balance de masa, el cual esta en la tabla 26.

T[SEG] (N[KG W/ SEG M2] (Y1 [KG W/KG S S ] IY2[KG W/KG S S ] IG[KG AlSEG M2] - I O I 0.00036 l. 24778 0.01 82861 0.01 8 300

1.2141 5 0-01 77660 0.01 75 0.00032 900

1.22716 0.018281 7 0.01 8 0.00035 600 1.25531 0.01 77663 0.01 75 0.00033

1200 I 0.00031 I I I

1500 1 0.00030 0.01 75 I 0.0177373 I 1.26560 I 1800 I 0.00029 I 0.0175 I 0.01 77321 I 1.24502 1

Tabla 26. Resultados del balance de masa

11.3. Balance de energía en el secador de charolas y lecho flufdizado

3 El balance de energía para este tipo de secador es el siguiente:

para el estudio de esta ecuación se hicieron los siguientes análisis.

Como las temperaturas de salida del aire no disminuyeron más de 15" C, puede suponene un proceso adiabático, para corroborarlo se resolvió la ecuación 33 diferencialmente para obtener la temperatura de sólido:

T( t ) = 5.743~10"~ (-9.38308 x 1017 + 1.053 x 10" e 14811') (41 )

al sustituir los diferentes tiempos, no se observa algún pozo térmico, es decir, el desequilibrio térmico que se induce al sistema, al introducir el sólido que se va a secar.; por tal motivo se dieron tiempos pequeños para encontrar este comportamiento en el sistema.

Cabe mencionar que se realizan los cálculos para tres casos, el primero considerando el proceso adiabático, el segundo la perdidas de calor constantes y el tercero utilizando el coeficiente convectivo de calor y la diferencia de temperaturas. Los resultados se muestran en La sigaiente tabla 27

Tabla

Como no hay gran diferencia entre las tres temperatura obtenidas, este proceso puede tratarse como un proceso adiabático.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM IZtap&pa 45

Entonces, para conocer el cambio de entalpía de gas, se utiliza la ecuaci6n 42 pero en lugar de resolver se toman los incrementos en el tiempo y los AT correspondientes, es decir, t2-tl.

Cabe mencionar que se realizaron gráficas para observar el comportamiento de los Cp’s, y h en los intervalos de temperatura en los cuales se llevo a cabo el secado, y estos variaban muy poco, por lo que se toman constantes.

12. PRODUCCIóN ANUAL DE SOPAS DESHIDRATADAS

Se realizo un estudio de mercado, se analizo el contenido de vanas sopas comerciales y se encontró que el porcentaje de verdura deshidratada contenida en los sobres es de 68.396 % y el porcentaje de polvo (condimentos) es de 31.604%

Específicamente se analizo la sopa juliana y se encontró los siguientes datos (tabla 28).

Maíz 1.48 7.67 PaDa 6.17 31.97

Tabla 28. Contenidos de verdura en la sopa juliana.

Se requiere producir 80,000 tonelada por año de sopa deshidratada; de este total se necesita saber cuanta cantidad corresponde a sopa deshidratada y que porcentaje de condimentos. De acuerdo al porcentaje encontrado de la sopa comercial tenemos

80,000 * 68.396 1 O0

masadra - - = 54,717

= 80,000 - 54,717 = 25,283 (43 1

Del masa de verdura calculada anteriormente y con los porcentaje de la tabla 29, se puede calcular la cantidad de ingredientes de la sopa

Tabla 29. Produccion de sopa deshidratada.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM 1ztapal;p 46

13. DIAGRAMA DE LA PLANTA.

La distribución general de la planta deshidratadora de verduras y hortalizas se presenta en la figura 11 . En este diagrama se puede observarcomo están distribuidos los edificios de la planta. Entre ellos se encuentran Las oficinas, La recepciún y el almacén de materias primas, los sistemas auxiliares (bombas, compresores y calderas) y el proceso.

En la figura 12 se muestra la distribución del proceso. Se puede observas las línea de producción para cada vegetal, en cada línea se muestra las operaciones previas al secado (Acondicionamiento del vegetal, pelado, cortado, escaldado), el secado (secador de charolas y secado de lecho fluidizado) y finalmente el envasado.

Plapta Deshidratadora de Vegetales y H o r t ~ i ! ~ UAM IZ tapGlpa 47 I ' I A

46.0 M 15.0 m 4 b 4 b

F SISTEMAS AUXILIARES (COMPRESORES, BOMBAS, CALDERAS)

- C I S T E R N A -

ALMACEN 1 PRODUCTO ENVASADO

PROCESO

E l ANQUES DE GAS

COMEDOR LOCKER BAÑOS

OFICINAS

ESTACIONAMIENTO ALMACENAMIENTO

L I

I I

I I '

1

I W I

4

d ' I I

Lu

Nomenclatura empleada en la figura 12

C Cu bicadora CR Cortadora (Rodajas) D Desvainadora DE Desgranadora DH Deshojadora E Escaldado EN Envasado LC Línea de calabaza LCA Lavadora de cinta y aspersión LCE Línea de cebolla LCH Línea de chicharo LLC Llenado de charolas LI Lavado por inmersión

LM Línea de maíz LP Línea de papa LTA . Lavador de tambor y aspersión LZ Línea de zanahoria M Molino ML Máquina limpiadora MVF Mezclador verdura fresca MP Máquina peladora MVD Mezclador verdura deshidratada P Pelador PM Pelador mecánico sc Secador de charolas SLF Secador de lecho fluidizado

LF Lavado por flotación

Tabla 30. Nomenclatura del diagrama del proceso.

~a materia necesaria para un lote, nos la de el balances de materia el cual se muestra en la tabla 31.

1 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 Verdurakorriente [kg

31 279 279, 293 337 42 1 463 551 Zanahoria /lote J /lote ] I I /lote] I /lote]

[kg [kg [ks /lote [&/lote [kg /lote [kg [@/lote

I 2 I 2.1 1 2 . 2 I 2.3 1 ' 2 . 4 I 2.5 1 2 . 6 1 2 . 7 Verdurakorriente

lote ] lote J lote ] lote ] lote] lote] lote ] /lote] [@/ [kg/ [kg! [kg/ [kg/ [kg/ [kg/ [kg

Papa 35 280 280 294 338 423 465 577

3 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 Verduralcorriente [kg lote [kg / [kg / [kg / [kg / [kg /

lote ] 19 304 304 320 368 436 Calabaza 1 lote ] lote ] lote ] lote ]

I 1

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztup&zpu 50

Verdurdcom'ente

Verdurdcom'ent

Verdurdcorrient

6

lote ] lote ] lote ] lote ] lote J lote ] [kg/ [kg/ [kg/ [kg/ [kg/ [kg/ Verdurdcorriente 6.5 .. 6.4 6.3 6.2 6.1

Aio 26 30 120 120 130 147

Tabla 31. Producción de 1 día, el cual consta de una jornada de 8 horas de trabajo.

13.2. Diseño de los equipos

13.2. l. Diseño de charolas.

La cantidad de masa de cada uno de los vegetales para producir - de verdura deshidratada por un turno de ocho horas se muestran en la tabla 32 y en la tabla 33 vemos la cantidad de condimentos requeridos.

-

Tabla 32. Masa de los vegetales para producir - al día

P Ajo . .

1 9.51 I 34.56 Cebolla I 210.46 I .31.71

1 Jitomate 1 1088.89 I 43.82 I

Tabla 33. Masa de los condimentos por día.

Para diseñar el número de charolas que contiene el secador, se debe de calcular la cantidad de masa contenida en una sola charola, para calcular m (kglcharola) se multiplica la densidad empacada (pempacada) de cada uno de los vegetales por el volumen de una charola (Vdamb) es decir

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM IztapaGzp 51

multiplica la densidad empacada (pempacada) de cada uno de los vegetales por el volumen de una charola (Vh,,,~) es decir

En la tabla 34 se presentan los resultados

VEGETAL /HORTALIZA

Tabla 34. Cantidad de masa por charola m (kg ,,,/charola).

Ajo 0.27 Cebolla 6.67

Jitomate 24.85

Tabla 35. Cantidad de masa por charola m (&i,t,,/charola).

Posteriormente se calcula el número de charolas empleadas por cada Vegetal. Se divide la masa final (mf) entre la cantidad de masa que contiene una charola (m) es decir

No de charolas = - m, m

Las tablas 36 y 37 muestra el número de charolas requeridas

(45)

Chícharo I 6 Maíz 2

I Pam I I

'

Tabla 36. Número de charolas requeridas para el secador.

Cebolla I Jitomate I 25 I

Tabla 37. Número de charolas requeridas.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM IztupuGzpu 52

13.2. l. MseAo del secador de charolas.

De acuerdo a la información anterior de cuantas charolas se requieren para secar cada vegetal, se puede diseñar las dimensiones-del secador. Cada charola tiene las siguientes dimensiones: 90 cm de largo, 60 cm de ancho y 1 cm de espesor.

El secador de charolas que se va a diseñar para la zanahoria, calabaza y papa contiene cuatro bastidores. Por lo tanto se propone que cada bastidor contenga el siguiente número de charolas para cada vegetal. En la tabla 38 se presenta los datos.

EGETAL /HORTALIZAS I NO DE CHAROLAS POR BASTIDOR Zanahoria I 5 Calabaza 5

Tabla 38. Número de charolas por bastidor.

Para el caso del chícharo, maíz, ajo y cebolla el número de bastidores que contiene el secador son dos. Por el número tan pequeño de charolas requeridas para secar los vegetales y por los tiempos de secado parecidos se van a secar el chícharo y el maíz en un solo secador, así como el ajo y la cebolla. Por lo tanto el número de charolas por bastidor se presentan en la tabla 39.

Tabla 39. Número de charolas por bastidor.

Tomando en cuenta que la separación entre charolas es de 10 cm, la separación que existe entre bastidores y la separación de bastidores al techo del secador es de 20 cm respectivamente y la separación de los bastidores a la base del secador es de 50 cm (ventilador y calentador). Se obtienen las siguientes dimensiones (tablas 40 y 41) para los cinco secadores utilizados en el proceso.

SECADOR DE CHAROLAS (4 BASTIDORES) I DIMENSIONES 1 Zanahoria

Tabla 40. Dimensiones del secador de charolas con cuatro bastidores.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Ietaplílpl 53 ~~ ~

Tabla 40. Dimensiones del secador de charolas con cuatro bastidores.

SECADOR DE CHAROLAS (2 BASTIDORES) DIMENSIONES Larso: 2.4 m

Chícharo y maíz Alto: 1 .O4 m Ancho: 1 .O m Largo: 2.4 m

Ajo y cebolla Alto: 1.04 m Ancho: 1 .O m

Tabla 41. Dimensiones del secador de charolas con dos bastidores.

13.3. Diseño de la bomba utilizada en el proceso.

Se requiere una bomba para llenar y vaciar los tanques en las diferentes operaciones del proceso. El volumen del tanque es de 0.67 m3 y se necesita llenarlo en un tiempo de 120 seg. Por lo tanto el flujo volumétrico requerido es Q = v/t = 5.58 x m3/se$3. El flujo volumétrico es igual a

Q=UA ' (45)

donde u es la velocidad en m/s y A es el área de la tubería en m'. De la ecuación 46 se obtiene el diámetro de la tubería requerido que es igual a

d = i4e - l i n u

( 4 6 )

la velocidad requerida es 0.667 m/s, por lo tanto es d = 0.103 m

Se realiza un balance de energía mecánica que es el siguiente

en el sistema no hay cambio de presión P1 = P2 = pat,,,, y no hay cambio en la velocidad u1 = uz por lo tanto la ecuación 47 se simplifica a

Se requiere cuantificar el trabajo realizado por el fluido para posteriormente calcular la potencia de la bomba.

Donde CF es igual a la suma de la todas las pérdidas por fricción por unidad de masa.

(49

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztapahpu 54

donde f F es igual a factor de fricción de Fanning y L es la distancia igual a 80 m

El factor de fricción fF se calcula con la siguiente formula

1 3.7 d

donde E es la rugosidad del tubo igual a 0.046 para una tuberia de carbón sanitario por lo tanto fF = 0.522

Por lo tanto CF =360.75

De la ecuación 48 se despeja el trabajo necesario que es igual a W, = 385.3 J/kg La potencia de la bomba es

donde P es la potencia en HP, p es la densidad del agua igual a 998 kg/m3 y Q es el flujo volumetrico en m3/ seg.

Por lo tanto se requiere una bomba de

P=3 HP

13.4.Diseño del la caldera

Uno de los procesos previos al secado es el pelado y el escaldado, para llevar a cabo estas operaciones se requiere agua caliente para esto se necesita un sistema que mantenga el agua a la temperatura deseada por lo tanto se van a utilizar tanques de acero inoxidable enchaquetado (figura 11) así como equipos auxiliares (caldera). Los tanques que se emplean son de diferente dimensión ya que la masa del vegetal empleado cambia de acuerdo a los requerimientos de la producción.

Figura 11 .Tanque enchaquetado.

Para calcular el requerimiento de la caldera se necesita calcular la masa de vapor requerida en todo el proceso. El procedimiento es el siguiente:

Balance de energía en el sistema

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM IztafMl5lpa 55

donde m,, es la masa de vapor en kg y mHZ0 es la masa de agua en kg. De la ecuación anterior se puede calcular el calor necesario para calentar el agua, este calor es igual al calor necesario para calentar una masa de vapor. El vapor alimentado a la chaqueta se debe mantener a una temperatura tal que no se condense, se considera que la temperatura mínima a la que el vapor se debe enfriar es de 105 "C y la temperatura a que el vapor debe de calentarse es de 130'C y 150°C. Por otra parte el agua se calienta de 20°C a 60°C (temperatura de escaldado). La masa de agua que se debe calentar para cada componente la podemos ver en la tabla 42.

Tabla 42. Masa de agua en los tanques de escaldado.

La masa total de vapor empleado a las condiciones antes mencionadas son 20 kg y 12 kg de vapor a las temperaturas 130°C y 150°C respectivamente.

La distancia de 1'50 m y la velocidad del fluido (w)es de 2.5 mis. con una altura de 2.5 m/s

Se realiza un balance de energía y se calcula el trabajo que realiza la caldera por lo tanto W, = 480 J/kg. La potencia de la caldera es

P=W,P Q

donde P es la potencia en HP, p es la densidad del agua igual a 998 kg/m3 y Q es el flujo volumétrico en m3/ seg

por lo tanto se requiere una caldera de

P=5 HP

13.5. Diseño de los tanques de escaldado

Se requieren diseñar cinco tanques para escaldado, estos tanques son de diferente dimensión de acuerdo a la masa empleada de verdura. La masa necesaria fresca para cubrir la producción se presenta a continuación en la tabla 43.

Tabla 43.Vegetales escaldados

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ z t a p ú p 56

Utilizando la densidad empacada de los vegetales se obtiene los volúmenes de los tanques los cuales estan representados en la tabla 44.

Tabla 44. Volumen del tanque de escaldado

13.6. Diseño de bandas transportadoras

Para diseñar los transportadores de vegetales utilizados en el proceso, se tomaron los siguientes puntos

P Capacidad requerida "r Longitud de desplazamiento > Características de los vegetales a transportar > Condiciones de operación "r La potencia requerida para impulsar el transportador: Potencia para impulsar la

banda de vacio, para desplazar la carga en contra de la fricción de las partes giratorias, parayencer la inercia al poner el material en movimiento

Los transportadores que se van a emplear son los siguientes.

1.- Transportadores de banda: Estas bandas se van a utilizar dentro del proceso para la limpieza y tratamiento térmico de los vegetales 2.- Transportadores vibratonos: Se utilizan como mecanismos de alimentación de la mezcladora y del molino

En la tabla 45 se presentan las dimensiones de las bandas utilizadas en las diferentes corrientes, las velocidades a las que operan dentro del proceso dependen de los tiempos de secado de cada vegetal. Las líneas 1, 2 y 3 operan más lentamente con respecto a las líneas 4 y 5 ya que el tiempo de secado de los vegetales de las líneas 4 y 5 tardan más.

I 1.1 1.2 1.3 551 463 421 337 1.0 0.85 0.77 0.62 2.5 2.0 2.5 . 2.5 0.9 0.9 0.9 0.9 0.44 0.47 0.34 0.28 5.0 6.0 5.0 5.0 577 465 423 338 0.90 0.72 0.66 0.52 2.5 2.0 2.5 2.5 0.9 0.9 0.9 0.9 0.4 0.4 0.29 0.23 5.0 (6.0 (5.0 (5.0 436 I368 1320 1304

1.4 1.5 2933 279 0.538 0.51 2.0 2.5 0.9 0.9 0.34 0.23 6.0 5.0 294 280 0.46 0.43 2.0 2.5 0.9 0.9 0.25 0.19

- 1.6

279 0.51 2.5

i 0.9 0.23

' 5.0

O. 43 12.5 10.9 I 0.19

280

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Ietclpalhpa 57

0.16

1.14 2.5 0.9 O. 5

Velocidad (mlmin) 3.0 mAp ($1 147 V A p (m 0.23 longitud (m ) 2.5 Ancho (m) Espesor (m) Velocidad (m /min)

0.9 0.10 3.0

0.31 0.16 2.0 2.5 0.9 0.9 0.56 0.07 4.0 3.4 551 510 0.93 0.87 2.0 2.5 0.9 0.9 0.52 0.39 4.0 3.0 130 120 0.20 0.19 2.0 2.5 0.9 0.9 0.11 0.08 4.0 3.0

0.15 0.15 2.5 2.0 0.9 0.9 0.07 0.07 3.4 4.0 30 26 0.05 O. 05 2.5 2.0 0.9 0.9 0.022 0.022 3.0 4.0 30 26 0.047 0.041 2.5 2.0 0.9 0.9 0.022 0.022 3.0 4.0

Tabla 45. Dimensiones de las bandas empleadas en el proceso.

De los equipos para el acondicionamiento de las verduras y hortalizas en las diferentes lineas, se muestran en la tablas 46,47,48,49,50 y 51 así como sus especificaciones:

'

Tabla 46. Dimensiones de la desgranadora de ajos.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztapdipa 58

Tabla 47. Dimensiones y Características de la decoladora de cebollas.

Tabla 48. Dimensiones y características del cilindro lavador.

I

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM ~ztupuGzpu 60

de descolado boble Acarreador elevador secundario M e s a de cepillos para separar cáscaras esa de inspección Cmta wperior para mercado interno Cinta de reparto a mesa de clasificado esa de clasificado esa de clasificado doble Caída en cinco tamaños para exportad& Plataforma para p e r s o n a l Rodado 700 x (i6M con neumática

I 1

Tabla 51. Características y dimensiones de la acondicionadora de cebollas.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztapalizpa 61

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

El tiempo de secado es menor en el lecho fluidizado, después en el secador de charolas y por último, la estufa de vacío. Este fenómeno se debe al principio de secado que utiliza cada secador. Por lo anterior, y de analizar las graficas de velocidad de secado, se decide, secar el ajo y la cebolla en el secador de charolas, y los demás en el lecho fluidizado, en un mismo lote se secaran el chícharo y el maíz, y en el otro la calabaza, papa y zanahoria. La calabaza no es conveniente secarla en el secador de charolas, pues esta se adhiere a la misma charola, por lo tanto, al quitarla se maltrata al material. La estufa de vacío al no contar con un sistema de regeneración propio del aire, hace muy deficiente el secado, pues hay momentos en que la sílice gel, no absorbe toda el agua evaporada, y provoca que la humedad del sólido aumente en lugar de disminuir. Las pruebas de deshidratación son contundentes para desechar el secado con la estufa de vacío. Ya que además de requerir un mayor tiempo de secado, el cual implica un mayor costo, la apariencia de las verduras no es la esperada. La temperatura a la que se trabajo, además de ayudar a secar, no provoca que los sólidos se quemen o formen un endurecimiento superficial que impida el paso del agua al aire. Por lo que trabajara con esta temperatura en la planta. La velocidad del aire así como la cantidad de aire seco que se utilizo en el secador de charolas, esta muy por encima del mínimo, por lo que este aire puede reutilizarse como un reflujo en el mismo secador, o en su defecto, en la alimentación del lecho fluidizado. La velocidad del aire, es la velocidad mínima de fluidización, esto se tomo de manera experimental, ya que se abrió la válvula hasta que el sólido empezaba a fluidizarse. Esto es para evitar, que al transcurrir el secado, las pequeñas partículas salieran del lecho. La humedad al final del aire en el lecho, es muy pequeña, por. lo que este aire puede recircularse o mandar menor cantidad de aire, lo que significa un ahorro en el tamaño del compresor. Como puede observarse en las gráficas de los apéndices, los periodos de secado decreciente tienen un buen ajuste, lo que nos permite confiar en los experimentos realizados al momento de realizar el escalamiento de los equipos, al momento de diseñar la planta. El uso del antioxidante en la papa, no afecta su secado y si contribuye a evitar el pardeamiento de la misma. Al obtenerse un tamaño tan grande del secador de charolas para el jitomate, se decidió que este producto se comprara a otros empresarios.. La TIR es mayor que la TREMA, por lo tanto,,el proyecto es viable para q u i r en

Los factores de riesgo en la planta son principalmente las calderas, los tanques de almacenamiento de combustóleo y del gas LP. El bisulfita de sodio, no es un contaminante potencial en la planta E1 desecho de las verduras y hortalizas se venderá como composta o en su defecto para la crianza de ganado.

curso.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztapúp 62

NOMENCLATURA

A aire As aire seco C, calor húmedo de la mezcla aire-agua G flux del aire (kg as/m2 sea H coeficiente convectivo de calor L longitud de la charola N flux del agua (kg w/m2 seg] SS sólido seco T Temperatura ("C) TBH temperatura de bulbo húmedo ("C) TE temperatura de bulbo seco ("C) T1 temperatura de entrada del aire ("C) T2 temperatura de salida del aire ("C) Q, Calor del aire (J/seg) Q,, Calor necesario para evaporar el agua contenida en el sólido (J/seg) Qro, Calor con el que se calentó el sólido (J/seg) Q Calor que se requirió en el proceso de secado (J/seg) VH volumen húmedo del aire (m3/kg a) U velocidad superficial del aire UMf velocidad mínima de fluidización W agua X humedad en base seca (kg w/kg SS) x humedad totalde sólido (kg w/kg) Y1 humedad en base seca de entrada del aire (kg w/ks as) Yí! humedad en base seca de salida del aire (kg w/kg as) z ancho de la charola

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM rztap?l;Ipa 63

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A. Curvas caractensticas del secador de charolas

A.1 .Curvas de velocidad de secado en función del tiempo

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM ~ztapúpa 66

3.0

2.5

2.0 r 01 . 3 1.5

1 x 1.0

01

0.5

0.0

Y.1.I

P.P.

4.5 I

1

7.0

6.0

5.0

4.0 z . m

X

3 1, 3.0

2.0

1 .o

0.0

Papa con antloxtdantr

b *. *. 4

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM IztapaGp 67

m

L

A las gráficas anteriores, se les hizo un ajuste a un polinomio de segundo grado, como puede observarse en las mismas, del cual se obtienen las siguientes ecuaciones (tabla 52).

VERDURA / dx I HORTALIZA 1 dt -__ = at2 + bt + c

I Aio 1 3 ~ 1 0 - ~ tZ - 1 6 ~ 1 0 ~ t + 2.7847 I 0.995 1 'I

Cebolla

0.9979 1~10-' tZ - 3 ~ 1 0 ~ t + 2.7613 Maíz 0.9935 - 7 ~ 1 0 - ~ t2 - 7 ~ 1 0 ~ ~ t + 3.6501 Chícharo 0.9956 2x10-' - - Z X ~ O - ~ t + 15.57

PaDa I - - 2 ~ l O - ~ tL -4x104t + 4.1071 I 0.9962 I "Papa con antioxid

0.9997 1 ~ 1 0 ' ~ tZ - 1.7~10-~ t + 7.653 Zanahoria 0.9996 3x10' t2 - 8x104 + 6.5116

Tabla 52. Ecuaciones del ajuste realizado a las curvas de secado.

A.Z.Curvas de velocidad de secado en función de la humedad en base seca.

Con estas gráficas podemos observar la cinética de secado 'en el intervalo que nos interesa.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~etapúpa 68

L

5.E-04

4.E-04

4.E-04

3.E-O4

3 3.E-04

," 2.E-04

2.E-04 z 1.E-04

5 .E -05

m

\

v

O.E+OO I A j o

o .o O .5 1.0 1.5 2 .o 2.5 3 .o

X (kg w/kg S S )

Y n \

3 m x v

Z

C c b o l l o

2 . 5 . E - 0 4

5 . 0 . E - O 5 4 I

O . O . E + O U I O 5 10 15

X (kg w / K g S S )

2 0

En estas gráficas, se puede considerar que no solo tienen un periodo de secado constante, sino que cuentan con dos periodos de tiempo de secado decreciente.

m 7 . 6 1 4 4

$ 7 . 5 1 4 4 > 7 . 4 1 4 4

m 7.3E-04

7 . 2 1 4 4 7.1E-04 3

I 7.0E-04 j

x v

I 6.9E-04 ~

i I

0.5 1.0 1.5 2 .o 2 . 5 3 .O 3 .I 4 .o

1 X (kg w/kg ss)

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztapalhpa 69

Papa

3.30E-04

QI 3.25E-04 - * .

Y

\ 3.20E-04 - e

m 3.15E-04 -

3.10E-04 -

* .. * *. * 3.05E-04 -

-.*\ 3.00E-04 ,

O 1 2 3 4 5

X(kg w/kg SS)

Popa con ant iox idantc

3 . 5 E - 0 3 , 3 . O E - O 3 4

01 2 . 5 E - 0 3 e ' 2 . O E - 0 3

01

1.OE-03 4 5 . O E - 0 4 4 0.0E .00 !

o .o 1 .o 2 .o 3 . O 4 . O 5 .o 6 . O 7 . 0 ~

I I

X (kg u / k g a s )

I 1

Z o n o h o r i o

4 . O E - 0 4 , I

1 .0E-04

5.OE-05 1 O.OE.00 ! I

O 1 2 3 4 5 6 7 8

X ( k g w / k g . s a )

A las gráficas anteriores, se les hizo un ajuste a un polinomio de segundo grado, como puede observarse en las mismas, del cual se obtienen las siguientes ecuaciones (tabla 53)

I dx R2 I dN VERDURA/ HORTALIZA - = d + b

Ajo 0.9563 9x1 O" X + 4x1 O-' Cebolla

0.9598 lx104 X + 7x10-'

Chícharo 0.9929 3 ~ 1 0 - ~ X + 7x104

Maíz 0.9852 ZxlO-' X + 3x10-'

Papa con antioxidante

0.9778 3x10' X + lx104 Zanahoria

0.9863 4x104 X + 9 ~ 1 0 ~

Tabla 53. Ecuaciones del ajuste realizado a las graficas de secado en función de la humedad en base seca.

En los ajustes realizados se obtuvieron correlaciones aceptables, por lo tanto, serán utilizados en la próxima parte proyecto, al realizar el diseño del secador.

A.3. Tablas de la temperatura de sólido en el secador de charolas

Se analizaron tres situaciones en el secador de charolas, el caso adiabático, donde no hay pérdidas de calor hacia los exteriores, el caso no adiabático con dos variaciones, la primera fue tratando la perdida de calor hacia el exterior constante y la segunda considerando la ley de fourier.

o. 1 55.5263 o. 1 29.00000 o. 1 29.00000 O. 5 55.5263 O. 5 58.77%0 O. 5 56.36950 0.9 59.3296 0.9 59.25470 0.9 59.27620 1.0 59.3305 1.0 . 59.25560 1 .o 59.27640 1.1 59.3305 1.1 59.25560 1.1 59.27640

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~ztapalhpa 71

1200 60.017104 59.96951 60.0072 1800 60.017104 59.96951 60.0072

60.0072 60.007239 60.0072 60.0072 60.0072 60.0072 60.0072 60.0072 60.0072

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Ietupolltpa 72

hi

Adiabático

0;0 59.89290 0.1 27.64000 0.5 33.27740 0.9 47.55050 1.0 54.16940 1.1 55.16980 1.3 55.99530 1.5 57.23870 2.0 58.08550 2.5 59.20130 3.0 59.62820 3.2 59.79160 3.5 59.82390 4.0 59.8542 4.2 59.8781

sf2 Qcte Q(T)

T( "C) T( "C) 59.86320 59.88650 27.64000 27.64000 33.27220 33.48460 47.53220 48.02220 54.14500 54.55500 55.14440 55.52130 55.14440 56.31250 57.21 150 57.49070 58.05750 58.28050 59.17220 59.29560 59.59880 59.6691 O 59.76200 59.80650 59.79430 59.83290 59.82450 59.85710 59.84840 59.87570

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM 1etaPal;lpa 73

b I i i 1 '

t (=?I 0.0 0.1 0.5 0.9 1.0 1.1 1.3 1.5 2.0 2.5 3.0 3.2 3.5 4.0 4.2 4.5 7

PA Adiabático

T( "C) 53.341 29.8333 30.7099 33.9012 36.6425 37.2652 37.8646 38.9973 40.047 42.3475 44.2499 45.8231 46.3733 47.124 48.1998 48.5761

"

DA

Qcte

T( "CI 48.1279 29.8333 30.7064 33.8853 36.61 58

37.2361 37.8331 38.9614 40.007 42.2985 44.1934 45.7604 46.3085 47.0563 48.1279 48.5027

ag T( "CI 53.3981 29.8333 30.8903 34.6649 37.8064 38.5058

39.1738 40.4212 41 .5592 43.9865 45.9162 47.4503 47.9719 48.6698 49.6392 49.9689

PAPA CON ANTIOXIDADNTE

Adiabático Qcte I QF) I I

I 0.0 I 56.2003 I 55.78850 I 56.20740 I

5.0 49.0895 49.014 50.4099 5.2 49.8252 49.7469 51.0226 5.5 50.0825 50.0032 51.2309 6.0 50.4336 50.3529 51.5096 6.2 50.9367 50.854 51.8968 6.5 51.1 127 51.0293 52.0285 7.0 51.3528 51.2684 52.2046 300 51.6968 51.6112 52.4493 600 53.341 53.2489 53.3981 900 53.341 53.2489 53.3981 1200 53.341 53.2489 53.3981 1800 53.341 53.2489 53.3981 2400 53.341 53.2489 53.3981 3000 53.341 53.2489 53.3981 3600 53.341 53.2489 53.3981 4800 53.341 53.2489 53.3981 7200 53.341 53.2489 53.3981

ii! 1 53.7346 1 53.36040

54.2301 53.84840 54.8447 54.45360

54.28930 I

4.5 55.033 54.63910

5.0 55.2676 54.87000

5.2 55.5585 55.15660 5.5 55.6477 .55.24430

6.0 55.7587 55.35370

6.2 55.8965 55.48930

i # q - E z 300 56.0565 55.64690

55.36800

55.55230

55.77400

55;84000

55.92070

56.01770

56.04660 56.08190 56.12440

1- 56.2003 55.78850

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztapncrp 74

4800

55.78850 56.20735 6000 56.2003

56.20735 55.78850 56.2003

7200

56.20735 55.78850 56.2003 8400 56.20735 55.78850 56.2003

9600 56.20735 55.78850 56.2003 lo800

56.20735 55.78850 56.2003

12000 I 56.2003 I 55.78850 1 56.20735

Planta Oeshidratadora de Vegeta(es y Hortalizas UAM Iztaphpa 75

A.4. Curvas de T vs X

En las siguientes gáficas podemos observar como cambia la humead en base seca y la temperatura del sólido en los diferentes vegetales y hortalizas

3.0 . , 70

60

50

40 2 3 1.5 30 n' f 1.0 X 20

Chkharo

4.0

3.5

3.0

5 1.5 D.

X t 1 t

60

50

40 - 30 c

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztapafüp 76

m - t o.

X

I-x -+TI t Iseel -

Papa

4.5 ,

n

m x . 3

9 w

X

Papa con antioxidante e 70

60

50

40

30

20

10

n I

Planta Deshidratadora de Vaetales y Hortalizas UAM IetapaGlp 77

Zanahoria

9.0 , I_ 70

(. x . z f. o.

X

8.0

7.0

6.0

5 . 0

4.0

3.0

60

50

40

30

20

2'o 1.0 1

B. Curvas caracteristicas del secador de lecho fluidizado

B. 1 .Curvas de velocidad de secado en función del tiempo

II 1 . 2 f. X

"

C h k h a r o

2 . 5 1

1 . 0

1 . 5

1 .O

0.5

0.0

O 1000 4000 L O D O no00 10000 ll000

t [seal

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM IetapaGzpu 78

3.0

2.5 -

2.0 - * * x I

1.5 - x I

x 1.0 3 * 0.5 -

- . .~ . . ... . . .. .~

0.0 , ..*

O 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

t l=rl

O 500 1000 1¶00 1 0 0 0 1 5 0 0 3000 3500 4 0 0 0

1 I,.Ill

Zanahoria

O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

t l=sl

En la tabla 54 se encuentran las ecuaciones del ajuste que se realizo a las curvas de secado.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztapllizpa 79

dt Calabaza

0.971 7 2 x ~ O ' ~ t2 -3x10-' t + 7.675 Zanahoria 0.9745 3 ~ 1 0 - ~ t' - Z . Z X ~ O - ~ t + 3.6942 Papa

0.9932 Z X ~ O - ~ t2 - 4 ~ 1 0 ~ t + 2.4329 Chícharo 0.9133 6 ~ 1 0 - ~ t2- 6.1~10~ t + 15.18

Maíz 0.9617 7 ~ 1 0 ~ tZ- 8x10" t +2.7059

Tabla 54. Correlaciones del ajuste a las curvas de secado del lecho fluidizado.

8.2. Curvas de velocidad de secado en función de la humedad en base seca.

Con estas gráficas podemos observar la cinética de secado en el intervalo que nos interesa.

Chícharo

2.OE-04 ,-.----"

O.OE+OO 1 0.0 0.5 1 .o 1 .S 2.0 2.5

X [kg w/kg SS]

6.OE-04 , 1

O.OE+OO I I 0.0 0.5 1 .o 1.5 2.0 2.5 ' 3.0

X @cg w/kg SS]

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM ~.tapa~Úp 80

Pap.

2.5E-03

2.OE-03

o 2 1.5E-03 . 5 1.OE-03 IL :

5.OE-04

O.OE+OO , A

0.0 0.5 1.0 1 . 5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

X [kr u / k a SS]

Zanahorie

2.OE-03 4 A

5.OE-04

o.oE+oo 1 5

X [kg w l k g SI]

La tabla 55 contiene las ecuaciones del ajuste realizado en las curvas de velocidad de secado.

Tabla 55. Correlaciones de los ajustes realizados a la velocidad de secado.

6.3.Tablas de la temperatura del sólido en el lecho fluidizado

Se analizaron tres situaciones en el secador de charolas, el caso adiabático, donde no hay pérdidas de calor hacia los exteriores, el caso no adiabático con dos variaciones, la primera fue tratando la perdida de calor hacia el exterior constante y la segunda considerando la ley de fourier.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Ietupalhpa 81

Planta Oeshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Ietapalhpa 82

PAPA

T [seg] Tad¡ PC] Ts nadi PC' TQO PC] 0.0 47.1622 53.2489 53.3981 0.1 16.833 29.8333 29.8333 0.5 39.3261 30.7064 30.8903 0.9 39.3261 33.8853 34.6649 1.0 38.1905 36.6158 37.8064 1.3 47.1622 37.2361 38.5058 1.5 I 47.1622 1 38.9614 I 40.4212 I 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

47.1622 40.007 41.5592 47.1622 42.2985 43.9865 47.1622 44.1934 45.9162 47.1622 45.7604 47.4503 47.1622 47.0563 48.6698 47.1622 48.1279 49.6392 47.1622 49.014 50.4099 47.1622 49.7469 51.0226 47.1622 50.3529 51.5096 47.1622 50.854 51.8968

7.0

53.39S1 53.2489 47.16220 1200 53.3981 53.2489 47.16220 600 52.6439 51.8946 47.1622 300 52.4493 51.6112 47.1622 7.5 52.2046 51.2684 47.1622

2400 53.3981 53.2489 47.16220 3600 53.3981 53.2489 47.16220

ZANAHORIA I [segl TadiaTC] TnadiPC] TQ[t]PC]I O 36.0924 36.0888 33.6596

I U

1.0 I 36.0853 I 36.0817~ 1 33.85611 I 1.3 I 36.0894 I 36.0859 I 33.8596 I

1.5 33.8621 36.0923 I 36.0888 2.0 33.8619 36.0922 I 36.0886

.O 33.8621 36.0888 36.0924 4.5 33.8621 36.0888 36.0924

~~

5.0 33.8621 36.0888 36.0924 5.5 33.8621 36.0888 36.0924

1 6.0 I 36.0924 I 36.0888 1 33.8621 [

I 600 I 36.0924 I 36.0888 I"33.862¡1 1200

36.09238136.08884$3.862113 2400 36.09238136.088845133.862113

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM ~etapízp 83

8.4. Curva de T vs X

Las siguientes curvas muestran el cambio de la temperatura del sólido mientras va cambiando su humead.

I Chícharo

0.00334 , 60

1 0.00322 1 46

I I r

0.0037 58

", 0.0036 - 2 0.0035 - . 3 0.0034 :! ii -! m 5 0.0033

, 46 , 0.0031

-- 4a -- x 0.0032

--

O 600 1200 2400 3600 7200

P a p a

t t l o 0 . 0 0 0 0 ! ! o

O 3 0 0 6 0 0 1 2 0 0 2 4 0 0 3600

t b e a l I-rz "c-T I

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM IetapGzpa 84

"

f 3

k

I

I

X

0.0040

0.0035

0.0030

0.0025

0.0020

0.0015

0.0010

0.0005

0.0000 i Z~n8hori8

70

O 600 1200 2400 3600 5400

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas U M Iztapal;lpa 85

c. BALANCE ECON~MICO

En la tabla 56 se muestra el equipo necesario para la operación de la planta y su valor en el mercado en $USD

C. 1. Depreciación del equipo utilizado en la planta

Tabla 56. Depreciación del equipo.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Iztupahpa 86

C.2. Costos de depreciacibn del mobiliario Como se s a b e , el inmobiliario se deprecia a través del tiempo, en la tabla 57 esta la depreciación la cual es considerada como constante.

Total $ USD I 66,682.40 I Tabla 57. Depreciación del mobiliario.

Además el terreno es otro de los activos que sufre depreciación (tabla 28)

I CONCEPTO I AREA ~2 I s USD I DEPRECIACIÓN I AÑO 1 I

Tabla 58. Depreciación del terreno.

ri :p U U

U 3

O L n aJ U 8 8 o

ñ

U

U

9 I

F

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM Izt0pal;Zpa 90

Con el calculo anterior se determina la TIR con la siguiente ecuación

‘O Fn n = l ( 1 + 1)”

TIR= FO-C ~

donde n = año

sustituyendo los valores de FDI y resolviendo la ecuación, se obtiene un valor de la TIR = O. 7996

4 x 1 0 ’

3x10’

Grafica 16. Cálculo de la TIR, se observa que X tiende a 0.7996

C.7. Distribución del capital

En la tabla 63 se muestra detalladamente la distribución de la inversión.

I CONCEPTO I sum I I Capital fijo

Costos de mantenimiento

258,375 Cargos fijos

8,612,500

3 4 4 , 5 0 0

Costos directos

2,298,009 Costos directos de producción

6,890,000

1,596,189 Costos indirectos

Costo de materia prima

2,782,434 Costo de manufactura

249,516

249.516 Costo de Droducción

Tabla 63. Distribución de la inversión.

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM IetUplGlva 91

Cabe mencionar que estos cálculos fueron realizados con la ecuaciones (Ulrich, 1990)

En base a los cálculos anteriores, se puede calcular el potencial económico de la planta (tabla 64).

Tabla 64. Cálculo del potencial económico.

D. PÉRDIDA DE VITAMINAS Y MINERALES:

La calidad de los alimentos es el que se refiere a su contenido en oligonutrientes, especificamente su riqueza en vitaminas y minerales.

D. 1 .Pérdida de vitaminas y minerales en los alimentos procesados.

Cuando un alimento se somete a un proceso determinado, se pretende conseguir un producto seguro y con una vida útil adecuada pero, al tiempo, ha de intentarse que las perdidas de nutrientes, que siempre van a existir, sean mínimas.

La influencia de los distintos parámetros que ocasionan la pérdida de nutrientes es muy diferente en vitaminas y minerales. Así, los minerales que se encuentran presentes en los alimentos, normalmente M) se ven afectados por La exposición a la luz, agentes antioxidantes, calor y otros factores que pueden ocasionar importantes pérdidas de vitaminas. Sin embargo, sí pueden ser eliminados de los alimentos por lixiviación o por separación física y también pueden transformarse en compuestos biológicamente no asimilables.

D.Z. La manipulación previa a las procesos.

Durante el pelado, corte y otras operaciones, se separan partes de los vegetales que no se utilizan y que muchas veces son más ricas en nutrientes que las porciones comestibles. Si la eliminación de la piel se realiza mediante tratamientos químicos pueden producir incluso pérdidas de nutrientes localizados en las capas carnosas más externas.

En las operaciones de lavado, escaldado y cocción en agua siempre hay pérdidas, por lixiviación, de vitaminas hidrosolubles y minerales. La intensidad de estas pérdidas está relacionada con:

P El pH del medio: la acidez favorece la solubilidad de las sales minerales P La temperatura influye en la solubilidad h El contenido de agua en el alimento h Relación superficie / volumen: hay una mayor pérdida cuanto mayor sea la

superficie del alimento expuesta al agua

El escaldado es una de las operaciones que ocasiona mayores pérdidas minerales. Si se realiza con vapor, son menores que si se realizan con agua caliente, y se minimizan más si se realiza con microondas.

D.3. Interacción con sustancias químicas utilizadas en los tratamientos tecnológicos.

A los alimentos se les puede añadir sustancias químicas como conservadores o como coadyuvantes en ciertos tratamientos; algunas de estas sustancias pueden tener un efecto adverso sobre algún nutriente, por ejemplo, e l dióxido de azufre, utilizado normalmente para prevenir e l pardeamiento enzimático, puede reducir el contenido en tiamina aunque protege al ácido ascórbico debido a su carácter reductor.

D.4. Reacciones degradativas.

Durante la oxidación de los lípidos se origina la formación de hidroperóxidos, peróxidos y epóxidos que pueden oxidar a los carotenoides, tocoferoles y ácido ascórbico o reaccionar con ellos, lo que lleva consigo una pérdida de actividad vitamínica.

En las reacciones de pardeamiento no enzimático que tienen lugar en los alimentos también se pueden formar compuestos carbonilo capaces de reaccionar con algunas vitaminas, con la consiguiente pérdida de las mismas.

D.5. Procesos tecnológicos.

El tratamiento térmico de los alimentos es el principal responsable de la reducción de la activad de muchas vitaminas. Como regla general, puede decirse que las vitaminas hidrosolubles, con alguna excepción son más tennolábiles, que las liposolubles y, además, sus pérdidas son superiores por arrastre acuoso. Sin embargo, las liposolubles son especialmente inestables frente a la oxidación y a La luz. Las tablas 65 y 66 representan esquemáticamente la vitamina, sus caractensticas principales así como se realiza su pérdida durante el proceso de deshidratación.

D.5.1. Vitaminas hidrosolubles

Vitamina Forma Natural -

C

- " 1 lsomero L, la forma D sólo tiene 10% de

11" .Ib

3, - actividad "2% -& vitamínica . I

I La nicotinamida en forma de !-------¡

k id0 nicotinic0

nicotinamida- adenina (NAD') o NAD-fosfato es :" .--: :

¿Qué Afecta Su Estabilidad?

La afectan diversos factores como oxigeno, pH, luz, enzimas y catalizadores metálicos

La estabilidad

relativamente baja y depende del pH ácido, la a,

es

Es la vitamina más estable y no se ve afectada de forma apreciable por el calor ni la luz

PH básicos transforma en

dicetogulónico. Y por lixiviación

2,3-

Por lixiviacih 1 durante la fase de cocción. Cuando se utiliza sulfito reacciona con la pirimina rindiendo ' compuestos sin actividad vitamínica Por lixiviación, siendo éstas del mismo orden que las de otras vitaminas hidrosolubles

~

B6 (piridoxina)

k i d 0 fólico

Biotina

deshidrogenasas

Se encuentra en forma de Fosfato, hay tres ~ustancias que presentan actividad vitamínica: piridoxal, piridoxina O piridoxol Y piridoxamina

Se encuentra en Forma de folatos en el 80% de los :asos

en el rango de pH habitual de los alimentos T

La intensidad del tratamiento térmico.

El ácido fólico es la forma más estable frente a la oxidación. Su estabilidad térmica depende del pH; entre 4 y 6 es sensible al calor pero a pH neutro O

alcalino es estable. LOS folatos pueden sufrir degradación oxidativa por lo que los agentes reductores como el ácido ascórbico o los tíoles ejercen un efecto protector Es bastante estable frente al calor, la luz, el oxigeno y un pH medio entre 5 v a

Por . lixiviación principalmente

Tabla 65. Vitaminas hidrosolubles que se pierden en el proceso de secado.

D.5.2.Vitaminas liposolubles

Forma Natural

Se encuentran En hojas verdes de las hortalizas

Presentan actividad vitamínica el a- tocoferol y otros ¡someros naturales.

aminas liposolub

iQué Afecta Su Estabilidad?

Se consideran bastante estables en las condiciones habituales de procesado y almacenamiento de alimentos debido a que la reactividad del grupo quinona es relativamente baja

Los tocofelores son termoestables que se oxidan fácilmente sobre todo en presencia del ión férrica formándose radicales libres. La actividad antioxidante, es inversamente proporcional a la vida media de los radicales libres y depende del medio.

como se Realizan Las Perdidas

En los productos vegetales tratados térmicamente no se han detectado perdidas en el contenido de esta vitamina

Se pierde en todos los procesos que Implican una separación de la fracción lípica a una hidrosenación. El uso de sustancias químicas comc el peróxido de hidrógeno puede dar lugar a oxidaciones por lo tanto, a una pérdida de actividad vitamínica.

S que se pierciendurante el proceso de secado.

D.S.3.Minerales

la presencia de minerales en los alimentos es muy variable ya que depende de muchos factores, siendo la más importante: la composición del suelo.

La pérdida de minerales en los alimentos sometidos a los diferentes procesos es muy pequeña comparada con la que sufren las vitaminas. Las mayores reducciones se deben al arrastre de los minerales solubles en agua, por lixiviación, y a las separaciones físicas que tienen lugar como en el pelado.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortaliza UAM Ietapdíapa 96

También es necesario notar que hay sustancias minerales que pueden interaccionar con otros componentes de los alimentos dando lugar a compuestos no asimilables por el organismos, es decir, hay una reducción de la biodisponibilidad de los minerales.

D.6. Pérdida de vitaminas durante el almacenamiento

los cálculos para conocer exactamente la pérdida de vitaminas durante el almacenamiento es muy complicado, sin embargo, en términos generales, para poder estimar las posibles pérdidas de vitaminas es imprescindible conocer como mínimo:

A La composición inicial del nutriente A Las condiciones de tiempo y temperatura en las que el alimento se almacena y la

de los canales de distribución, puesto que las reacciones químicas son temperatura dependientes. Además, puede haber modificaciones en la velocidad de reacción enzimática, por agotamiento de uno o mas reactivos, por variaciones en el desarrollo de la reacción e incluso por influencia de crecimiento microbian0

A Características del envase: permeabilidad al oxígeno, al vapor de agua y a la luz. La composición de la fase gaseosa también es importante, principalmente en relación con la presencia de oxigeno.

A La influencia de factores ambientales: luz, humedad relativa, etc. Su importancia esta relacionada con las características del envase.

D.7. Adición de nutrientes a los alimentos

una de las prioridades al ofrecer un producto alimenticio, es que este tenga una vida Út i l así como valor nutritivo adecuado. En ocasiones, conviene añadir ciertos nutrientes para dotar al alimento de una mejor calidad nutritiva o reponer las pérdidas durante el procesado.

La adición nutrientes se engloba bajo diversos términos:

* reposición o restitución de nutrientes a aquellos alimentos que durante su .procesado tecnológico han podido perderlos. * Fortificación: adición de nutrientes en cantidades considerables, suficientes para que el producto tenga un contenido superior al original. Se pueden añadir nutrientes que originalmente los alimentos carecian de ellos. * Enriquecimiento: adición de cantidades especificas de determinados nutrientes, seleccionadas según las normas definidas por reglamentaciones de organismos oficiales. * Nutrificación: es un término genérico que incluye cualquier adición de nutrientes al alimento.

También se añaden vitaminas a los alimentos desde el punto de vista tecnológico, como el caso de las vitaminas C y E, que tienen acción antioxidante debido a sus propiedades de fijar el oxigeno y evitar que pueda ejercer efectos adversos en el alimento. O los carontenoides que se emplean como colorantes.

Cabe mencionar que todas las vitaminas que se añaden a los alimentos son vitaminas sintéticas.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM IztQpfalúp 97

La adición de vitaminas es beneficiosa, ya que se ha demostrado con la erradicación casi total de enfermedades carenciales en países desarrollados.

Planta Deshidratadora de Vegetales y Hortalizas UAM retapahpa 98

E. SEGURIDAD EN LA PLANTA

E. l. Hojas de seguridad

E.1.1. Agua

1 .- Identificación del producto Sinónimos: Oxido de hidrógeno, Oxido de dihidrógeno, agua destilada

Peso Molecular: 18.02 Formula química: H20 Z.-Cornposidón/ información del producto Ingredientes CAS No Porcentaje Agua 7732-18-5 100% 3. - Identificación Datos Rango de flamabilidad: 0-1 Rango de reactividad: 1- Rango de contacto: O Equipo protector de laboratorio: Goggles, bata de laboratorio Código de color almacenamiento: Verde Efectos del calentamiento El agua no es Inhalación: - No aplicable Contacto con la piel No aplicable Contacto con los ojos No aplicable

NO. CAS: 7732-18-5

4.- Medidas Inhalación No aplicable Ingestión No aplicable 5.- Medidas Explosión No aplicable Información especial 6.- Medidas accidentales

7.- Almacenamiento Mantener cerrado el contenedor. Proteger contra el congelamiento. El agua es considerada como un producto no regulado, pero puede reaccionar vigorosamente con algunos materiales específicos. 8.- Control de exposición / protección de personal Sistema de ventilación No requerida Protección en la piel No aplicable

Protección en los ojos No requerida 9.- Propiedades físicas y químicas Apariencia: Líquido transparente Olor: Inodoro Sdubilidad: Completa f 100%) Peso especifico: 1 .o0 pH: 7.0 % Volatilidad por volumen a 21 'C 100

10.- Reactividad y estabilidad Estabilidad Es estable en condiciones de uso y almacenamiento Incompatibilidad Ácido clorhídrico, 1 l. Información ecológica Toxicidad ambiental No aplicable 12 Infomlación de transportación No regulada

Tabla 67. Hoja de seguridad del agua.

E. 1.2. Bisulfito de Sodio

1 .- Identificación del producto Nombre comercial: Bisulfito de sodio Sinónimos: Disulfito sodico, metabisulfito de sodio Familia Química: Sulfitos ácidos Fórmula química: Na2S05 2.-Composidón/ información del producto Ingredientes CAS No Porcentaje

3.- Propiedades fisicoquímicas Datos Estado físico, color y olor : Polvo blanco con ligero olor a azufre SoluMlidad en agua a 20'C : 470 g/lt Peso Espec5fico: 1000-1200 @/m3 PH de la solución 50 grAt a 20'C: 3.5-5 Coeficiente de dispersión n-octanol/agw (Log POW): -3.7 4.- Riesgos de fuego o explosión

Na2%05 7681 -57-4 99%

Equipo de protección p e r s o ~ l : Utilizar equipo completo de bombero Procedimiento y precauciones especiales en el combate de incendio: En caso de

incendio utilice rocío de agua o niebla de agua. No utilice chorro de agua Condiciones que conducen a un peligro de fuego o explosih: Este material no es flamable, pero si se expone a un incendio cercano puede desprender dióxido de azufre. Productos de la combustión nocivos para la sa1ud:Dióxido y monóxido de azufre 5.- Datos de reactividad Sustancia: Estable Condiciones a evitar: La descomwsición empieza a 150" C l&mp&ibilidad (sustancia a eGtar) : Ácidos, NaN4, NaNO3 y medios oxidantes 6.- Riesgos para la salud

0 Por exposición aguda a) Ingestión accidental: Irritación en boca, garganta y esófago b) Inhalación: Irritación en las vías respiratorias c) Ojos: Irritación 0 Emergencias y ptimeros auxilios a) Contacto con los ojos: Lavar con abundante agua b) Contacto con la piel: Lavar con abundante agua y jabón x) Ingestión: Lavar boca y beber posteriormente abundante agua

7.- Indicaciones en caso de fuga o derrame Evitar que el material derramado entre en contacto con Nitratos, Nitritos, Ácidos y Materiales Oxidantes. Delimite el área de derrame y recoja el material Derramado y deposítelo en envases de plásticos. 8.- Protección especial a) Equipo de protección personal: Use goggles, guantes de hule, careta, ropa adecuada de trabajo, equipo de protección respiratoria con filtros contra polvos b) Ventilación Ventilación natural 9.- Información sobre transportación Debe estar de acuerdo con el REGLAMENTO PARA EL TRANSPORTE .TERRESTRE DE MATERIALES Y RESIDUOS PELIGROSOS y con La normas que para el efecto se expidan Durante el transporte se debe de portar la HOJA DE EMERGENCIAS EN TRANSPoRTAClbN 10.- Información sobre ecolw'a Debe estar de acuerdo con las reglamentaciones ecol@icas : Producto que por su clasificación, representa un peligro al equilibrio ecológico. 1 l . - Precauciones especiales Precauciones que deben ser tomadas para el manejo y almacenamiento: Almacene en un lugar fresco, no almacenar junto a agentes oxidantes. Nitratos, Nitritos y Ácidos. A temperatura ambiente.

Tabla 68. hoja de seguridad del bisulfito de sodio.

Planta Deshidratadora de Vegetales Y Hortalizas UAM r~rcrpzl;tpo 101

E.1.3. Gas Licuado del Petróleo.

Rombo de clasificación de riesgo NFPA-704

INFLAMABILIDAD

SALU

REACTIVIDAD

GRADOS DE RIESGO 4. Muy alto 3. Alto 2. Moderado 1. Ligero O. Mínimo

ESPECIAL

1 .- Identificación del producto Nombre del producto: Gas licuado comercial, con odorífero Nombre químico: Mezcla Propano-Butano Familia Química: Hidrocarburos del Petróleo Fórmula química: C3H8 + CHIO Sinónimos: Gas LP, LPG, gas licuado del petróleo. 2.-Compición/ información de los materiales Materiales % LEP

Propano 60.0 1000 ppm N - Butano 40.0 800 PPm Etil Marcaptano 0.0017-0.0028 50 PPm

3.- Identificación de Gsgos El gas licuado tiene un nivel de riesgo alto, sin embargo, cuando las instalaciones se diseñan, constituyen y mantienen con estándares rigurosos, se consiguen óptimos atributos de confiabilidad y beneficio 4.- Primeros am*lios

(Límite de Exposición Permisible) .

a) Ojos: La salpicadura de este líquido puede provocar daño físico a los ojos desprotegidos, además de quemaduras fría, aplicar de. inmediato y con precaución agua tibia. Busque atención medica.

b) Piel: La salpicadura de este líquido provocan quemaduras frías, deberá rociar o empapar el área afectada con agua tibia o comente. No use agua caliente. Quítese la ropa y los zapatos impregnados.

5.- Peligros de explosion e incendio Punto de flash -98.0"C Temperatura de Ebullición - 32.5 'C Temperatura de Auto ignición 4350 "C Límites de Explosividad: Inferior 1.8 %

Superior 9.3 %

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Extinción de Incendios: Polvo Químico Seco (púrpura K = bicarbonato de potasio, bicarbonato de d i o , fosfato monoamónico) bióxido de carbono y agua esperada para enfriamiento. Apague el fuego, solamente después de haber bloqueado la fuente de fuga. Instrucciones Especiales poro el Combate de Incendios. a) Fugu a la atmósfera de gas licuado, sin incendio: Esta es una condición realmente grave, ya que el gas licuado al ponerse en contacto con la atmósfera se vaporiza de inmediato, se mezcla rápidamente con el aire ‘ambiente y produce nubes de vapores con gran potencial para explotar y explotarán violentamente al encontrar una fuente de ignición. - No intente apagar el incendio sin antes bloquear la fuente de fuga, ya que si se apaga y sigue escapando gas, se for” una nube de vapores con gran potencia[ explosivo. Pero deberá enfriar con agua rociada los equipos o instalaciones afectadas por el calor del incendio. 6.- RESPUESTA EN CASO DE FUGA En caso de fusa: Se deberá evacuar el área inmediatamente, cerrar las llaves de paso, bloquear las fuentes de ignición y disipar La nube de vapores; solicite ayuda a la Central de Fugas de Gas de su localidad.

Almacene los recipientes en lugares autorizados, (NOM-056-SCFI-1994, “Bodegas de Distribución de Recipientes Portátiles para Gas LP”), lejos de fuentes de ignición y de calor. Disponga precavidamente de lugares separados para almacenar diferentes gases comprimidos o inflamables, de acuerdo a las normas aplicables. Almacene invariablemente todos los cilindros de gas licuado, vacíos y llenos, en posición vertical, (con esto se asegura que la válvula de alivio de presión del recipiente, siempre esté en contacto con la fase vapor del LPG). No deje caer ni maltrate los cilindros. Cuando los cilindros se encuentren fuera de servicio, mantenga las válvulas cerradas, con tapones o capuchones de protección de acuerdo a las normas aplicables. Los cilindros vacíos conservan ciertos residuos, por lo que deben tratarse como si estuvieran llenos (NFPA-58, ”Estándar para el Almacenamiento y Manejo de Gases Licuados del Petróleo”).

Ventile las áreas confinadas, donde puedan acumularse mezclas inflamables. Acate la normatividad eléctrica aplicable a este tipo de instalaciones (NFPA-70, “Código Eléctrico Nacional”). Protección Respiratoria: En espacios confinados con presencia de gas, utilice aparatos auto contenidos para respiración (SCBA para 30 ó 60 minutos o para escape 10 ó 15 minutos), en estos casos la atmósfera es inflamable ó explosiva, requiriendo tomar precauciones adicionales. Ropo de Protección: El personal especializado que interviene en casos de emergencia, deberá utilizar chaquetones y equipo para el ataque a -incendios, además de guantes, casco y protección facial, durante todo el tiempo de exposición a la emergencia. Protección de Ojos: Se recomienda utilizar lentes de seguridad reglamentarios y, encima de éstos, protectores faciales cuando se efectúen operaciones de llenado y manejo de gas licuado en cilindros y/o conexión y desconexión de mangueras de llenado Otros Equipos de Protección: Se sugiere utilizar zapatos de seguridad con suela anti derrapante y casquillo de acero.

7.- PRECAUCIONES PARA EL MANEJO Y ALMACENAMIENTO

8.- CONTROLES CONTRA EXPOSICION / PROTECCION PERSONAL

9.- PROPIEDADES FlSlCAS / QUIMICAS

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Peso Molecular 49.7 Temperatura de Ebullición @ 1 atmósfera 32.5 O C Temperatura de Fusión 167.9 O C Densidad de los Vapores (Aire =1) @ 15.5 "C 2.01 (Dos veces más pesado que el aire) Densidad del Líquido (4ua 4 ) @ 15.5 "C 0.540 Presión Vapor @ 21.1 "C 4500 mm Hg Relación de Expansión (Liquido a Gas @ 1 atmósfera) 1 a 242 (Un litro de gas líquido, se convierte en 242 litros de gas fase vapor, formando con el aire una mezcla explosiva de 11 ,O00 litros aproximadamente). Solubilfdad en Agua @ 20 "C 0.0079 % en peso (Insignificante; menos del O. 1%). Apariencia y Color Gas incoloro e insípido a temperatura y presión ambiente. Tiene un odorífero que produce un olor característico, fuerte y desagradable para detectar las fugas.

Estabilidad Química: Estable en condiciones normales de almacenamiento y manejo. Condiciones a Evitar: Manténgalo alejado de fuentes de ignición y calor, así como de oxidantes fuertes. Productos de la Combustión: Los gases productos de la combustión son: bió xido de carbono, nitrógeno y vapor de agua. La combustión incompleta produce monóxido de carbono (gas tóxico), ya sea que provenga de un motor de combustión o por uso doméstico. También puede producir aldehídos (irritante de nariz y ojos).

10.- ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD

Peligros de Polimerización: NO polimeriza. 11 .- INFORMACION TOXICOLOGICA El gas licuado no es tóxico; es un asfixiante simple que, sin embargo, tiene propiedades ligeramente anestésicas y que en altas concentraciones produce mareos. No se cuenta con información definitiva sobre caractensticas carcinogenicas, mutagénicas, órganos que afecte en particular, o que desarrolle algún efecto tóxico.

El efecto de una fuga de GLP es local e instantáneo sobre la formación de oxidantes fotoquímicos en la atmósfera. No contiene ingredientes que destruyen la capa de ozono (40 CFR Parte 82). No está en la lista de contaminantes marinos DOT (49 CFR Parte 171 O).

Disposición de Desechos: No intente eliminar el producto no utilizado o sus residuos. En todo caso regréselo al proveedor para que to elimine apropiadamente. Los recipientes vacíos deben manejarse con cuidado por los residuos que contiene. El producto residual puede incinerarse bajo control s i se dispone de un sistema adecuado de quemado. Esta operación debe efectuarse de acuerdo a las normas mexicanas adicables.

12.- INFORMACION ECOLÓGICA

13.- CONSIDERACIONES PARA DISPONER DE SUS DESECHOS,

Tabla 69. Hoja de seguridad del gas Lp.

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E.2. Reglas de seguridad establecidas para empleados

1 .- No fumar en áreas de trabajo 2.- No jugar en el área de trabajo 3.- Portar lentes de seguridad 4.- Portar tapones auditivos lavables correctamente 5.- Portar protecci6n para las manos 6.- Portar zapatos de seguridad 7.- Prohibido portar joyería en las estaciones de trabajo 8.- No ingerir ningún tipo de alimento en el área de trabajo 9.- Disponer apropiadamente de los reactivos peligrosos y no peligrosos 10.- Debe conocer las hojas de seguridad de los materiales (MSDS, siglas en inglés) 11 .- Identificar las rutas de evacuación y salidas de emergencia de su área, así como extintores más cercanos

E.3. Condiciones de seguridad para el manejo de calderas.

De acuerdo a la norma oficial mexicana NOM-722-STPS Las condiciones de seguridad para la caldera son Las siguientes:

Contar con el personal capacitado para la operación y mantenimiento de los equipos. Elaborar y establecer por escrito un manual de seguridad e higiene para la operación y mantenimiento de los equipos, sus accesorios y dispositivos. Operar Los equipos de conformidad con lo establecido en los manuales de procedimientos de seguridad. La presión de operación de los equipos no debe exceder a la presión de

calibración de las válvulas de seguridad señalada en la autorización de los mismos. Los equipos deben instalarse libres de impactos y vibraciones, con iluminación y ventilación permanente. Los generadores de vapor o calderas deben contar cuando menos con una válvula de seguridad calculada técnicamente para evitar riesgos durante la operación del equipo, cuyas características estén de acuerdo con las condiciones de operación. La presión de la calibración de las válvulas de seguridad utilizadas en ningún caso debe rebasar la presión de trabajo máxima permisible.

E.4. Programa especifico de Seguridad para la Operación y Mantenimiento de la Maquinaria y Equipo

El programa debe contener procedimientos para que: los protectores y dispositivos de seguridad se instalen en el lugar requerido y se utilicen durante la operación Se mantenga limpia y ordenada el área de trabajo La maquinaria y equipo estén ajustados para prevenir un riesgo;

> Las conexiones de la maquinaria y equipo y sus contactos el&tricos estén

> El cambio y uso de la herramienta y el herramental se realice en forma segura > El desarrollo de las actividades de operación se efectúe en forma segura > El sistema de alimentación y retiro de la materia prima, subproducto y producto

terminado no sean un factor de riesgo. > Mantenimiento de la maquinaria y equipo

protegidos y no sean un factor de riesgo

> Protectores de seguridad en la maquinaria y equipo k La maquinaria y equipo deben estar provistos de dispositivos de seguridad para

paro de urgencia de fácil activación.