Por qu un alimento, como la harina, sale del proceso de

produccin con un 14-15 % de humedad y durante su distribucin y

almacenamiento este valor disminuye a 10-12 % con una humedad

ambiente promedio de 50-60 %?

Cmo se seca? Mecanismos

Qu pasa con el agua? Dnde se va?

A qu velocidad se seca bajo ciertas condiciones?

SECADO-DESHIDRATACIN

Humedad relativa? Absoluta?

La deshidratacin es una operacin en la que la mayor parte del

agua presente en un alimento es eliminada por evaporacin

o sublimacin bajo condiciones controladas

El aire que nos rodea es "aire hmedo", contiene vapor

de agua

Propiedades de las mezclas aire-vapor

SECADO-DESHIDRATACIN

Propiedades:

- del aire seco,

- del vapor de agua,

- y de la mezcla: el aire hmedo.

Ciencia que se ocupa de las propiedades termodinmicas del aire

hmedo, y el efecto de la humedad atmosfrica sobre los materiales y el

confort humano

Psicrometra

Qu es la humedad relativa? Absoluta?

Cmo se produce la condensacin de la humedad en un serpentn

de enfriamiento?

Por qu "suda" un ducto de aire fro?

Las respuestas tienen que ver con el conocimiento de las propiedades

de la mezcla de aire y vapor de agua (humedad)

Las tablas psicromtricas (mayor precisin) y carta psicromtricas

(menos precisa pero ms rpida)

Para el secado de alimentos es de particular inters estudiar las propiedades de

la mezcla aire-vapor de agua.

Utilidad

Anlisis y diseo de sistemas de almacenamiento y procesamiento de alimentos.

Diseo de sistemas de aire acondicionado (conservacin de alimentos frescos, secadores de granos, torres de enfriamiento en plantas procesadoras

Aire seco =====> no contiene vapor de agua.

Aire hmedo ==> aire seco + vapor de agua

La humedad est "en el aire", aire y vapor de agua, existen juntos en un

espacio dado al mismo tiempo.

Los dos son independientes uno del otro, y no responden de la

misma manera a los cambios de condiciones, especialmente a los cambios de

temperatura.

Psicrometra

El aire es una mezcla de gases incolora, inolora e insabora

El aire seco gas puro (mezcla) por lo tanto no

se ajusta exactamente a las leyes de los gases,

pero los gases que los componen son

verdaderos gases; as que, para el propsito

prctico, se considera a esta mezcla de gases

(aire seco sin vapor de agua) como un solo

compuesto, que sigue la ley de los gases.

Retiene sustancias en suspensin y en solucin.

El aire tiene baja conductividad trmica.

El aire tiene peso, densidad, temperatura, calor especfico, y cuando est en movimiento,

tiene momento e inercia.

Propiedades del Aire

Es es una mezcla de gases altamente sobrecalentados. Por lo que, cuando calentamos o

enfriamos aire seco, solamente estamos agregando o quitando calor sensible

ley de Dalton

Si el aire seco se calienta, se expande; y su densidad disminuye, cuando la presin permanece

constante. Inversamente, si se enfra el aire seco, aumenta su densidad. Las temperaturas,

densidades, volmenes y presiones, todas varan proporcionalmente.

Propiedades del aire seco

Volumen especfico del aire seco (Vas)

Vas: (m3/kg)

R: constante de los gases

(m3.K.Pa/kg)

T: temp absoluta (K)

pas: presion parcial del as (Pa)

Calor especfico del aire seco (Cpas)

A 1 atm (101,325 kPa) es f(T) entre -40C y 60C vara desde 0,997 hasta 1,022 kJ/kg.K

Valor medio: Cpas =1,005 kJ/kg.K

Entalpa del aire seco (Has)

H o contenido energtico del as es un trmino relativo

que necesita de un punto de referencia.

En clculos psicromtricos: presin atmosfrica y 0C

Has: (kJ/kg)

Ta: temp de bulbo seco (C)T0: temp de referencia (C)

Temperatura de bulbo seco (Ta)

En el acondicionamiento de aire, la temperatura del aire indicada es normalmente la

temperatura de bulbo seco (bs), tomada con el elemento sensor del termmetro en

una condicin seca. Es la temperatura medida por termmetros ordinarios en casa.

Su variacin expresa una medida de la cantidad de energa absorbida o cedida por el sistema

La humedad describe la presencia de vapor de agua en el aire.

Aire y vapor de agua, existen juntos en un espacio dado al mismo tiempo.

El vapor de agua es producido por el agua, a cualquier temperatura (aun sobre hielo).

El vapor ejerce una presin definida encima del agua, determinada por la temperatura del

agua, independientemente de si el agua est o no en ebullicin o de si el espacio por

encima del agua contiene aire.

Vapor de Agua (Humedad)

No hay diferencia si hay o no aire en ese espacio; la presin del vapor de agua

ser la misma, ya que sta depende totalmente de la temperatura del agua

Presin de vapor: Es la presin ejercida por las

molculas de un componente que est en el estado

vapor y que se encuentran en equilibrio dinmico con

las molculas del mismo componente que est en

estado lquido.

pv de un compuesto es funcin de la temperatura

pw

Temperatura (C)

La humedad est "en el aire", solamente en el sentido de que los dos, aire y

vapor de agua, existen juntos en un espacio dado al mismo tiempo

Propiedades del vapor de agua

El vapor en el aire es esencialmente vapor sobrecalentado a baja presin parcial y

temperatura (muy lejos de su temperatura de saturacin).

Bajo ciertas condiciones, el aire puede contener gotas de agua en suspensin (niebla)

PM: 18,01534

Volumen especfico del vapor de agua (Vw)

Vw: (m3/kg)

Rw: constante de los gases para el vapor (m3.K.Pa/kg)

T: temp absoluta (K)

pw: presion parcial del va (Pa)

Entalpa del vapor de agua (Hw)

Calor especfico del vapor de agua (Cpw)

El Cpw saturadp o sobrecalentado no vara apreciablemente entre -71C y 124CCpw = 1,88 kJ/kg.K

Hw: (kJ/kg)

Ta: temp ambiente(C)T0: temp de referencia (C)Calor latente de vaporizacin del vapor:

2501,4 kJ/kg

Presin atmosfrica: presin del aire + presin del vapor de agua que ste contiene (Ley de Dalton)

agua

15C

Sistema en equilibrio

Pt= 101.325 kPa

Pv= 1.70 kPa

Presin del aire seco= 99.625 kPa

Aire seco saturado con humedad. Incorrecto,

porque el aire en s permanece seco, solamente

est mezclado con el vapor de agua saturado,

pero es un trmino usado

agua

21C

Aplicamos calor

Algo del agua se evaporara

>peso de vapor y Pv

Vol especfico aire

El aire gan algo de capacidad para retener

humedad. En realidad, el aire nada tiene que

ver con eso. La temperatura del espacio es lo

que cuenta.

Y si se enfra el sistema de 21 a 15 C

Mezclas aire-vapor

21C

Aire

saturado

Aplicamos calor

Enfriamos

15C

Vapor condensa gradualmente (gotas de agua) hasta la condicin

de saturacin a 15 C (nuevas caractersticas de presin, volumen,

densidad y otras)El aire disminuir su volumen, y algo de aire

exterior entrar

15C

Aire

saturado

21C

El aire se expande (cuarto no sellado y algo de aire se escapa)

>Vol especfico aire

El vapor se sobrecalienta (no hay fuente de agua) y su presin

(Pv) no cambia

Propiedades de las mezclas aire-vapor

Estas mezclas no siguen estrictamente las leyes de los gases ideales aunque

pueden utilizarse con buena precisin a presiones < 3 atm

Las mezclas aire-vapor de agua en la atmosfera siguen la ley Gibbs-Dalton

pB: presin total o baromtrica del aire hmedo

pas: presin parcial del as (Pa

pw: presin parcial del va (Pa)

Contenido de humedad

Humedad Relativa

La humedad relativa (Hr), expresa la cantidad de humedad en una muestra de

aire, en comparacin con la cantidad de humedad que el aire tendra, estando

totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra

Humedad absoluta, W

Se define como la masa de vapor de agua por unidad de masa de aire

secomw: masa vapor (kg)

mas: masa aire seco (kg)

xw: fraccion molar del vapor de agua

xas: fraccin molar del as

pw: presin de vapor de agua (Pa)

pws: presin de saturacin del vapor de

agua (Pa)

xw: fraccin molar del vapor de agua

xws: fraccin molar de saturacin del vapor

de agua

Medida relativa que proporciona informacin de la cantidad de agua presente

en el aire en relacin con la mxima cantidad que pueda existir en el aire

saturado a esa temperatura (de bulbo seco)

Temperatura o punto de roco

El aire se encontrar saturado cuando su temperatura sea la de saturacin

correspondiente a la P parcial ejercida por el vapor de agua

El punto de roco se define como:

la temperatura debajo de la cual el

vapor de agua en el aire comienza

a condensarse.

Tambin es el punto de 100% de humedad relativa.

Temperaturas entre los -40 y -70 C

Motores: expulsan casi 10 kg /s de vapor de agua

Los gases liberados ~600C y se enfrian muy rpido.

Si imperan la temperatura y humedad necesarias, ste vapor

cae por debajo del punto de roco y se condensa.

Calor especifico aire hmedo o calor hmedo de una mezcla aire-vapor (Cs )

Es el calor que hay que suministrar a un kg de aire seco y al vapor que

contiene, para elevar un grado de temperatura (a presin constante)

Cpw = 1,88 kJ/kg.K

Cpas =1,005 kJ/kg.K

W: humedad (kg agua /kg as)

Volumen especifico del gas hmedo o volumen hmedo (Vm )

Es el volumen especfico ocupado por 1 kg de aire seco ms el del vapor presente [m3/kg aire seco]. Se obtiene a partir de la ecuacin del estado gaseoso ideal, en donde P es la presin, V el volumen R es una constante y T la temperatura y M la masa del gas

En el caso de los gases hmedos la entalpa especifica es la suma del calor

sensible de una masa de gas, y el calor latente de vaporizacin a la

temperatura a la que se refieren las entalpas.

Entalpa especfica o hmeda (Hs )

L: es el calor latente de vaporizacin del

agua a T0

W: humedad (kg agua /kg as)

Temperatura de saturacin adiabtica del aire

Si una corriente de aire se mezcla perfectamente con una cantidad de agua a la temperatura

Ts(Ta2) en un sistema adiabtico, la temperatura del aire descender y su humedad aumentar.

La evaporacin del agua en el aire produce su saturacin.

El calor latente de evaporacin es suministrado por el calor sensible transferido desde el aire.

Si Ts es tal que el aire que sale del sistema est en equilibrio (saturado) con el agua, Ts es la

temperatura de saturacin adiabtica y la lnea que relaciona la temperatura con la humedad

del aire es la lnea de saturacin adiabtica

Ta1: Temp aire entrada

Ta2: temp aire salida (temp de saturacin, Ts)

L: es el calor latente de vaporizacin del agua a Ta2W1: humedad aire entrada

W2: humedad aire salida (saturacin)

Temperatura de estado estacionario (equilibrio dinmico) de una superficie de agua que se

est evaporando en condiciones adiabticas en una corriente de aire.

Se mide por medio de un sensor de temperatura cubierto por un trapo que se mantiene

saturado de agua.

Cuando la superficie de agua se expone al aire sin saturar, parte al agua se evapora (Pv del

pao hmedo saturado > Pv del aire sin saturar). Este proceso consume calor latente y

produce un descenso de la temperatura del bulbo cubierto.

El estado estacionario se alcanza cuando el flujo de calor desde el aire hacia el pao es igual

al calor latente de evaporacin necesario para evaporar la humedad del pao.

La T de equilibrio, es la temperatura de bulbo hmedo.

Termmetro de Bulbo Hmedo, Tbh

Si el aire estuviese saturado con humedad (100% Hr), la lectura de la

temperatura en el termmetro de bulbo hmedo, sera la misma que la del

termmetro de bulbo seco.

Mientras ms seco est el aire, ms rpida ser la evaporacin de la

humedad de la mecha y menor ser la Tbh

Termmetro de Bulbo Hmedo, Tbh

Solamente en el sistema de vapor de agua aire, la temperatura de bulbo

hmedo coincide con la temperatura de saturacin adiabtica.

El diagrama psicromtrico es la representacin grfica de las ecuaciones analticas

descritas para las mezclas aire-vapor de agua.

Diagrama psicromtrico Las propiedades de las mezclas aire-vapor de

agua estn interrelacionadas y pueden ser

calculadas por ecuaciones matemticas.

Determinacin de propiedades de una mezcla aire-vapor de agua, en un

diagrama psicromtrico.

Utilizacin del diagrama psicromtrico para el anlisis de

procesos de acondicionamiento del aire

Calentamiento enfriamiento simple

CALENTAMIENTO (W = cte)

Propio de sistemas de calefaccin residenciales (estufa, resistencia elctrica) Lnea de W = cte en la direccin de aumento de Tbs y disminucin de la Hr

ENFRIAMIENTO (W = cte)

Lnea de W = cte, en la direccin de disminucin de Tbs con aumento de la Hr

m: masa aire seco (kg/h)

Mezcla de dos masas de aire (A y B) con distinta humedad

La mezcla (M) situada en la recta

que une los dos puntos

Enfriamiento con deshumidificacin

Si la seccin de enfriamiento es suficientemente largo el aire sale saturado.

El enfriamiento adicional del aire provocar la condensacin de parte la humedad

El aire permanece saturado durante todo el proceso de condensacin, sigue la

lnea de saturacin hasta el estado final

Necesario si la humedad relativa

alcanza niveles extremadamente

altos durante el enfriamiento a W =

cte

El aire caliente y hmedo entra en la

seccin de enfriamiento, su T

disminuye y su humedad relativa

aumenta a W = cte

Pasando aire por pulverizadores de agua en una cmara trmicamente aislada

Se realiza a Tbh cte H cte

Enfriamiento y humidificacin

El aire se atura adiabticamente

Secado

Cuando se hace pasar aire

caliente a travs de un lecho de

alimentos hmedos

El proceso puede describirse en el

diagrama como un proceso de

saturacin adiabtica

El calor de vaporacin necesario para secar el alimento proviene solamente del

aire seco (sin transmisin de calor desde y hacia el exterior).

Conforme el agua pasa a travs del slido parte del calor sensible del aire es

convertido en calor latente y en consecuencia ms agua pasa al aire.

Tbs disminuye, H cte Tbh cte

Encuentre las propiedades de un aire hmedo cuando la temperatura

de bulbo seco es de 27 C y la de bulbo hmedo de 19 C. Determinar

humedad absoluta y relativa, entalpa, Volumen especfico y punto de

roco.

EJEMPLO 1

El aire a 50 C y 10% de humedad relativa se utiliza para secar arroz en un silo. El aire sale

del silo bajo condiciones saturadas. Determine la cantidad de agua removida por kg de aire

3. Leer el valor de humedad absoluta (0.019 kg agua/kg aire seco).

4. La cantidad de agua removida es 0.019 0.0078 0.0112 kg

kg agua/kg aire seco.

1. Ubicar el aire de entrada en la tabla.

Leer el valor de humedad absoluta

(0.0078 kg agua/kg aire seco).

2. Seguir la lnea de entalpa constante

(temperatura de bulbo hmedo constante)

hasta saturacin (B).

EJEMPLO 2

En un secador continuo se insufla aire a 60 C con un 8 % de humedad

relativa y lo abandona a 35 C. Calcule la cantidad de agua eliminada por

kg de aire que pasa y el volumen de aire requerido para eliminar 20 kgh-1

de agua.

EJEMPLO 3

La DESHIDRATACIN es un mtodo de

estabilizacin de alimentos que se basa en

la reduccin de la actividad del agua (Aw)

para ralentizar los procesos de deterioro a

los que se ve sometido un alimento

Forma la matriz continua de los constituyentes alimenticios (coloidal, solucin o emulsin).

Puede encontrarse en los medios intracelulares o como un componente extracelular (vegetales, productos de origen animal). Es necesaria para la

integridad de las clulas. Determinan su textura y sus propiedades

reolgicas.

Actor principal en reacciones: hidratacin, deshidratacin, hidrlisis, descomposicin

Facilita el deterioro de los alimentos (microorganismos, enzimas, reacciones qumicas)

AGUA - ALIMENTOS

El agua en los alimentos existe en diferentes estados energticos,

con distintas propiedades fsico-qumicas

Agua no ligada agua pura

Agua ligada agua pura

El estado del agua es importante para el proceso de secado y la

estabilidad de los alimentos

AGUA - ALIMENTOS

En los tejidos animal y vegetal el agua no est uniformemente distribuida

debido a los complejos hidratados que se establecen con protenas, hidratos de

carbono. Pero tambin zonas microscpicas con alta acumulacin de lpidos.

HETEROGENEIDAD

Agua ligada no congela en las condiciones normales de

congelamiento a -20 C (ATD, RMN)

Agua libre es la que se volatiliza fcilmente, se pierde en el

calentamiento, se congela primero y es la principal responsable de la

actividad acuosa.

Actividad de agua (Aw)

CANTIDAD AGUA CANTIDAD AGUA DISPONIBLE

CRECIMIENTO MICROBIANO Y ACTIVIDAD QUIMICA

aw = pv / pw

pv: Presin vapor de agua del alimento

pw: Presin vapor de agua pura

Mezcla aire-vapor agua:

Si la HR = aw slido y atmsfera estn EQUIILIBRIO

A la misma

temperatura

pv

La disponibilidad de agua en un alimento se relaciona con ACTIVIDAD DE AGUA

Fenmeno de

histresis

aW

Hu

med

ad

de e

qu

ilib

rio

del

s

lid

o (

bs)

A: molculas fuertemente ligadas al slido (enlaces H, in-dipolo). Agua constitucional, no

disolvente, no congela a -40C, no contribuye actividad microbiologica o qumica. Valor monocapa. aw:0-0,35 - Humedad: 0,05-0,11 kg/kg ss

Difcil de eliminar por secado (alta energa) no recomendable

La relacin entre los contenidos de humedad de equilibrio del alimento y la humedad

relativa del ambiente para una temperatura dada, se obtienen a partir de las:

ISOTERMAS DE SORCIN

Daos trmicos que alteran los

grupos polares (hidroxilos,

aminas, carbonilos,)

Prcticamente la isoterma de adsorcin de un producto representa la cintica con la que adsorbe

la humedad del medio que la rodea y con la que se hidrata

aW

Hu

me

dad

de

eq

uili

bri

o d

el s

lid

o (

bs)

C: Agua libre o atrapada. Disminucin Pv por razones estructurales (atrapada en

macro- capilares) y por efectos de disolucin (contiene solutos de bajo PM). Fcil

de congelar. Agua libre: Pv prxima a la del agua pura, disponible para reacciones

y como solvente (Agua < 1 kg/kg ss). Representa 95% del agua

ISOTERMAS DE SORCIN

B-C: agua ligada menos fuertemente. Distincin dudosa. la disminucin de Pv se

debe a enlaces dbiles, fuerzas capilares en la estructura del slido y presencia

de SS en disolucin.

B: regin multicapas, agua localizada en capas estructuradas y en microcapilares.

La mayor parte no congela a 40C, propiedades solvente reducidas. Movilidad reducida

Efecto de la Temperatura La cantidad de agua absorbida a

cualquier valor de Aw disminuye al

aumentar la temperatura

Velocidad de estabilidad mxima en los lmites entre zona A y B

(0.2-0.3). Oxidacin de lpidos es la excepcin

El conocimiento de caractersticas de sorcin facilita la prediccin de su vida til

Relacin entre la aw, estabilidad de los alimentos e isotermas

El contenido de humedad de equilibrio depende de la

naturaleza del solido y de su temperatura.

La humedad de equilibrio es el lmite inferior del gradiente para laeliminacin del agua del producto.

La humedad de equilibrio y la Aw determinan la estabilidad del productoalmacenado.

Mayores temperaturas implican menores humedades de equilibrio ymayores gradientes de humedad para el flujo de agua.

Es el contenido de humedad limitante en ciertas condiciones dehumedad y temperatura. Si el material se seca a un contenido de

humedad inferior al que posee en equilibrio con el aire atmosfrico, volver

a su valor de equilibrio al almacenarse, a menos que se tomen

precauciones especiales

Este valor es especialmente importante en la deshidratacin:

ISOTERMA DE ADSORCIN de un producto representa la cintica con la

que adsorbe la humedad del medio que la rodea y con la que se hidrata

Es muy importante conocer estas curvas, ya que con base en ellas se

pueden:

disear sistemas de almacenamiento, secado, rehidratacin (prediccin de

tiempos de secado y enega necesaria para estos procesos)

determinar la estabilidad de un gran nmero de alimentos, tales como

granos, frutas, hortalizas, crnicos, etctera.

Ejemplo.

Refleja el comportamiento de la leche deshidratada almacenada en

atmsferas hmedas; de manera semejante, la isoterma de desorcin

equivale al proceso de deshidratacin.

Modelos matemticos para aproximar las isotermas experimentales

M = contenido de humedad en equilibrio en base seca (g agua/g slidos secos).

Xm = humedad de la monocapa seca (g agua/g slidos secos).

C, K, A y B = constantes.

aw = actividad de agua.

aw < 0,9

Alimento Agua % aw Grado de proteccin requerida

Carne fresca 70 0.99Envasar para prevenir prdida de humedad

Pan 40 0.96

Queso 55 0.95

Arroz 15-17 0.80

Envasado mnimo

Harina de trigo 14.5 0.72

Pasas 27 0.60

Macarrn 10 0.45

Avena 10 0.65

Nuez 18 0.65

Caramelos duros 3.0 0.30

Envasar para prevenir hidratacin

Galletitas 5.0 0.20

Leche 3.5 0.11

Chips 1.5 0.08

Especias 5-8 0.50

Vegetales secos 5 0.20

Cereal desayuno 5 0.20

SECADO-DESHIDRATACIN

Secado Concentracin

Prolongar Vida til (reduccin de Aw)

Reduccin costo (packaging, transporte y almacenamiento)

Conservacin de atributos sensoriales

Conservacin de valor nutricional

Objetivos

Trmico: cuando el medio es gas o vaco

Osmtico: cuando una solucin o solvente sirve para remover agua

Mecnico: fuerza o presin (centrifugacin, filtracin-separacin por membranas)

Clasificacin

La deshidratacin es una operacin en la que la mayor parte del agua presente en

un alimento es eliminada por evaporacin o sublimacin bajo condiciones

controladas

Secado con aire caliente (conveccin)

Secado por contacto directo con una superficie caliente (conduccin)

Secado mediante el aporte de energa por una fuente radiante, por

microondas o dielctrica.

Liofilizacin

Principales mtodos de secado utilizados en la industria de

alimentos

Mecanismo de secado: incluye dos procesos

fundamentalesy simultneos

TRANSMISIN DE CALOR EN EL INTERIOR DEL ALIMENTO T con el exterior:

calentamiento del slido (calor sensible)

evaporacin del lquido (calor latente vaporizacin)

TRANSMISIN DE MASA (agua y vapor):

Movimiento de lquido dentro del slido impulsado por un gradiente de concentracin

Movimiento de vapor dentro del slido impulsado por un gradiente de Pv

Transporte de vapor desde la superficie del slido al aire (Pv)

La velocidad de secado ser proporcional

al mas lento de los procesos mencionados

Mecanismos internos mas importantes de transporte del agua

DIFUSIN

DIFUSIN de vapor. El gradiente de temperatura crea un gradiente de

presin de vapor que impulsa la vaporizacin y la difusin de vapor.

DIFUSIN de lquidos. Impulsado por gradientes de concentracin.

En slidos monofsicos con estructura coloidal y geliforme (gelatinas, pastas,

jabones, gomas)

FLUJO CAPILAR. La humedad contenida en intersticios de los slidos se

desplaza por gravedad y capilaridad cuando existen pasadizos para un flujocontinuo.

En slidos porosos (textiles, papel pieles), y polvos finos y slidos granulados

(pigmentos, arcillas, leche en polvo).

En muchos casos ambos mecanismos participan en una misma operacin de

secado, en las primeras fases, el agua se desplaza por capilaridad y, cuando

el contenido de agua es bajo, por difusin

Otros mecanismos menos importantes: flujo provocado por gradiente de

contraccin y presin, flujo producido por gravedad y flujo generado por una

secuencia de vaporizacin y condensacin

SECADO POR AIRE

CONVECCIN

Aire caliente (temperatura y humedad constante).

Aire = Qsensible + Qlatente + elimina vapor de agua que se

forma en el alimento

Cambio en el contenido de

agua del slido

La curva representa el caso general en que los slidos

mojados pierden humedad:

Evaporacin desde una superficie saturada de agua delslido

Evaporacin desde la superficie saturada que tiene unrea que decrece gradualmente

Por ltimo, evaporacin del agua en el interior del slido

Considere: un slido inerte, humedecido con agua pura, se seca en una corriente de aire,

que fluye paralelamente a la superficie de secado. Temperatura y humedad del aire sobre la

superficie de desecacin son constantes. Todo el calor se aporta por conveccin.

CURVAS DE SECADO: determinan experimentalmente

y representan el comportamiento del material durante el

secado. Son vlidas slo para las condiciones de

ensayo y a partir de ellas se puede determinar:

Tiempos de secado Tasa de evaporacin Perodos de secado

A-B: ESTABILIZACIN:

Las condiciones de la superficie del slido se

equilibran con la temperatura del aire. La

temperatura de la superficie del alimento

incrementa hasta alcanzar la temperatura de

bulbo hmedo del aire.

Velocidad de cambio en el contenido de agua

B-C: VELOCIDAD CONSTANTE:

Velocidad desplazamiento del agua hacia la superficie es mayor que la velocidad de remocin

desde la superficie La superficie del alimento permanece saturada con agua.

Velocidad de secado controlada por la velocidad de transmisin del calor a la superficie

de evaporacin.

La temperatura de la superficie es constante e igual a la temperatura de bulbo hmedo (s).

Humedad crtica

(Wc)

Fuerza impulsora del movimiento de vapor a travs de la capa de aire

esttico (saturado en vapor de agua) es el gradiente de Pv entre la superficie

de desecacin y la corriente del aire de secado

Capa de aire

estancado

Aire de secadoDifusin de

vapor

Superficie del

alimento (saturada

con agua)

Mecanismo de secado

El secado se desarrolla por difusin de vapor desde la superficie saturada del slido,

pasando por una capa de aire estancado hasta el medio que lo rodea

La velocidad de transferencia de masa desde la superficie es:

Velocidad de secado =

(dw/dt)c = - Kg A (ps-pa) [kg agua/s]

w masa de agua/masa de slidos secos [Kg/Kg]

Kg coeficiente de transferencia de masa [kg/(s.m2.atm)]

A superficie de secado [m2]

ps presin de vapor del agua en la superficie (pv a la temperatura de

la superficie [atm]

pa presin de vapor del agua en el aire [atm]

Humedad absoluta = masa de agua/de masa de aire seco [kg agua/kg aire seco]

H = Mw pv / Ma (P-pv)

Mw masa molecular agua

Ma masa molecular aire

P presin total, pv presin parcial de vapor de agua en el sistema

Ya que pv

La velocidad de transferencia del calor desde el aire de secado hacia la

superficie del alimento es:

(dQ/dt)c = hc A ( a - s )

hc coeficiente de transferencia del calor por conveccin [J/(m2.s.K)]

A superficie de secado [m2]

a temperatura del aire de secado (temperatura de bulbo seco)

s temperatura de la superficie de secado (temperatura de bulbo hmedo cuando

slo se transfiere calor por conveccin)

Puesto que todo el calor transferido hacia la superficie de secado es usado para

producir la evaporacin de agua desde la superficie:

(dW/dt)c L = - (dQ/dt ) L = Calor latente de evaporacin a s [J/kg]

Combinando: (dW/dt)c = - (hc A/L) (a - s)

En trminos de velocidad de cambio de humedad (W) [kg agua/kg ss]

(dW/dt)c = - (hc A / L ) (a - s) [Kg agua/(s.kg ss)]

A' es la superficie efectiva de secado por unidad de masa de

slidos secos en el alimento [m2/kg ss]

Para una bandeja de material de profundidad d [m], se asume que la evaporacin se produce desde su superficie superior y que no se produce contraccin del material durante el

secado. La velocidad de cambio en el contenido de humedad de los slidos secos se expresa

como:

(dW/dt)c = - (hc /s d L ) (a - s)

s es la densidad a granel del material seco [kg/m3]

El tiempo de secado puede ser estimado integrando esta ecuacin para las siguientes

condiciones W: (W0Wc) y t: (0tc) [s]

tc = (W0 Wc) s L d / [hc (a - s)]

Factores que controlan (dW/dt)c rea de la superficie de secado T o contenido de agua entre el

aire y la superficie de desecacin

Hc y Kg

El hc esta relacionado con la velocidad de flujo msico del aire, por lo que se puede

aplicar las siguientes ecuaciones:

Flujo paralelo hc = 14,3 G08

Flujo perpendicular hc = 24.2G037

G [kg/(m2 .s)] flujo msico del aire por unidad de rea

(dW/dt)c afectada velocidad del aire y las dimensiones del sistema

C-E: VELOCIDAD DECRECIENTE: El movimiento de

agua dentro del material no es suficiente para mantener

la superficie del alimento saturada de agua y comienza a

secarse.

Wc = migracin evaporacin deshidratacin y

aumento de temperatura superficial hasta aproximarse a

la temperatura de bulbo seco del aire a medida que el

alimento se acerca a la sequedad.

Humedad crtica

(Wc)

Humedad de equilibrio (We)

Desecacin de la superficie saturada de agua

(disminucin del rea de evaporacin,

contraccin)

El plano de evaporacin de desplaza al

interior. Velocidad de secado depende de la

transmisin de masa en el interior del solido y

pierden influencia las variables externas

La velocidad de secado esta determinada por la

velocidad en que se desplaza el agua en el solido

Normalmente el perodo de velocidad decreciente da

cuenta de la mayor parte del tiempo total de secado

La velocidad de secado en esta fase se puede expresar como:

(dW/dt)f = - K (W - We)

W humedad del producto al tiempo t [kg agua/kg ss]

We humedad del producto cuando est en equilibrio con el aire de secado con un

aire a a y Ha

La K est relacionada con el periodo de velocidad constante:

K = (-dW/dt)c / (Wc - We)

Sustituyendo: (dW/dt)f = -hc ( a - s ) (W - We) / s L d (Wc- We)

s es la densidad del material seco [kg/m3]

La expresin de velocidad de secado depende del mecanismo

interno de desplazamiento del agua:

FLUJO EN VIRTUD DE FUERZAS CAPILARES. En slidos

porosos, polvos finos y slidos granulados.

El tiempo de secado en el periodo de velocidad decreciente puede determinarse

integrando esta expresin desde t=0, W=Wc y hasta t=tf, W=We

Si el secado se produce desde ambas superficies d es igual a la mitad del espesor de la placa de secado.

Para una bandeja de material de profundidad d [m], se asume que la evaporacin se produce desde su superficie superior y que no se produce

contraccin del material durante el secado.

tf = s L d (Wc- We) / -hc ( a - s ) ] ln [(Wc- We)/ (W - We)]

DIFUSIN DEL LIQUIDO en slidos homogneos continuos. Slidos monofsicos con estructura coloidal o geliforme.

Expresin sugerida:

(W - We)/(Wc- We) = 8/2 { [1/(2n+1)] e - (2n+1) 2 D t (/2d)

2] para n=0 a n=

D difusividad del liquido [m2/s]d espesor de la placa de secadoW humedad del producto al tiempo t [kg agua/kg ss] We humedad de equilibrio [kg agua/kg ss]

Se supone:

D = constante (normalmente varia con la humedad y la temperatura)Largos tiempos de secadoPlacas cuyo espesor es relativamente pequeo con respectos a las otras dimensiones

(W - We)/(Wc- We) = 8/2 [e -D t (/2d)

2]

Para slidos cortados en rodajas, desecacin tiene lugar por una de las dos caras y los movimientos de agua estn controlados por difusin

Si el secado se produce desde ambas superficies d es igual a la mitad del espesor de la placa de secado.

Diferenciando:

-(dW/dt)D = 2 D/(4d2) (W - We) [kg/s]

La ecuacin aproximada es vlida para valores de (W - We)/(Wc- We) < 0,6

Integrando para el perodo de velocidad decreciente se obtiene el tiempo de

secado en el periodo de velocidad decreciente:

tf = 4d2/(2 D) ln (Wc - We) / (W - We) [s]

PRINCIPALES INCONVENIENTES EN LA DESHIDRATACIN DE ALIMENTOS:

Complejidad de composicin: sistemas complejos y heterogneos deprotenas, carbohidratos, grasas, sales inorgnicas; fuertemente hidratados, no

agua pura sino formando soluciones, geles y emulsiones aw, We, mecanismo de

secado.

Los tejidos vegetales y animales son de naturaleza celular: membranassemipermeables. Resistencia al flujo de materia mecanismo de secado.

Movimiento de solutos

El agua fluye a la superficie conteniendo material soluble: acumulacin de solutos en la superficie

Existe migracin hacia el interior de la pieza debido al gradiente de concentracin que se establece entre la superficie (seca) y el centro hmedo, lo

que provoca la difusin de solutos al interior.

Estos procesos se dan en alimentos, la prevalencia de uno de ellos depende del

proceso de secado y el tipo de alimento.

Generalmente: acumulacin de solutos en la superficie al evaporarse el agua

cambios estructurales, s

Contraccin del alimentos: es grande al principio del secado y continua hasta larigidizacin de la estructura (antes del final del secado).

Altas velocidades iniciales de secado: la rigidizacin se logra antes por lo que el volumen final es mayor. Al avanzar el secado se rompen los tejidos internos,

generando estructuras abiertas, provocando menor densidad de producto y

mayor rehidratabilidad.

A bajas velocidades iniciales de secado: la retraccin rinde un producto de mayor densidad (menor volumen).

La contraccin genera gradientes de presin internos (transferencia de agua y solutos)

Cambios s, d, rea secado (afecta la velocidad de secado) , porosidad,

rehidratabilidad, textura final

Formacin de corteza: la deshidratacin de vegetales y carnes suele formar unapelcula impermeable y dura en la superficie, lo que frena el secado. Factores que

provocan la formacin de corteza:

Migracin de slidos solubles a la superficie

Elevadas temperaturas que se alcanzan en la superficie al final del secado que inducen cambios fsicos y qumicos

Cambios: reduccin de la velocidad de secado, rehidratabilidad, textura final

Fuente: Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2003, 20:

306-319

Velocidad del aire: 11 m/s, Carga de trabajo 0,5 kg

repartidas en cuatro bandejas de aluminio de de rea

0,022 m2). El espesor del rea de secado fue de 0,5 cm

Cambios de la humedad del slido durante el proceso de

deshidratacin en bandeja del brcoli a 60, 70 y 80C

Humedad del slido

Deshidratacin en bandeja del brcoli

Secador de armario o bandeja

EQUIPOS DE SECADO POR AIRE

CALIENTE

Flujo transversal: 2-5 m/s. Flujo ascendente: 0,5-1,25 m3/s

Capacidad 1-20 t/dia. Escala piloto.

Baratos, flexibles, bajo costo mantenimiento

Principalmente frutas y hortalizas

Calentadores de aire:

Directo a gas natural Indirecto: serpentines (vapor, gas natural, fuel-oilo resistencia elctrica).

Producto se coloca en bandeja y carros

Ventilacin forzada

Flujo horizontal entre bandejas (2,5-6,0 m/s)

Flujo ascendente (menos comn)

Hasta 24 m + 2x2 m

Alta capacidad

Baratos, flexibles, bajo costo mantenimiento

Para frutas y hortalizas en forma semicontinua

Secador de tnel

Secador

contracorriente

Velocidad secado es relativamente baja en la parte inicial del tnel

Buenas condiciones en el final de tnel - aire seco y caliente - permiten

conseguir contenidos de humedad bajos

Existe riesgo de sobrecalentamiento

Generalmente ms econmico en el uso del calor que el concurrente

Secador concurrente

Elevada velocidad de evaporacin inicial

Temperatura del aire relativamente altas con bajo riesgo de

sobrecalentamiento

Menor dao en el producto (aire mas frio a medida que avanza)

Pobres condiciones de desecacin al final del tnel (aire fro y alta humedad)

OPCIN: Tnel concurrente + Tnel contracorriente

Aprovechamiento de altas velocidades iniciales de secado + condiciones

apropiadas al final (acabado mas rpido y menor humedad

Secador con salida de aire central

Ventilador arrastra aire caliente por ambos extremos

Aire parcialmente recirculado (expulsado)

Seccin concurrente: temperaturas y velocidades altas

Seccin contracorriente: aire fresco y seco, pero mas frio

Secadero de flujo transversal

Buen control, dispone de calentadores de aire entre las distintas fases

Humedad uniforme (frecuencia con que cambia la direccin del aire)

Mayor costo de funcionamiento y mantenimiento

Ms complejos y mayor costo

Secador de cinta transportadora

Similar a tnel pero el producto es conducido sobre una cinta transportadora

Sistema de flujo de aire: el ms comn es el flujo a travs en cual el aire atraviesa la

cinta transportadora y la capa de producto (levantamiento de producto).

Tambin contracorriente y concurrente.

Partculas solidas que formen lecho poros (permitir paso aire)

Altas velocidades de desecacin, alta transferencia de Q

Costosos (pre-secado)

Secador Atomizador

Tipo de alimentos: disoluciones y papillas

Nebulizacin (gotas 10-500 m) del producto, gran rea

superficial por unidad de volumen

Contacto intimo con la corriente de aire caliente, tiempos

cortos de contacto (1-20 s)

Temperaturas de producto relativamente bajas

Bajo riesgo de sobrecalentamiento (si hay control del

tiempo de residencia)

El secado por roco comprende tres procesos

unitarios fundamentales:

(1) la atomizacin del lquido,

(2) la mezcla de las gotitas y del gas, y

(3) el secado de las gotitas del lquido.

Es factible utilizar este proceso cuando el agua no puede evaporarse por medios

mecnicos, el producto es sensible a altas temperaturas o no puede ser expuesto mucho

tiempo a elevadas temperaturas, o se tratan de partculas ultra finas

Caractersticas del proceso:

Componentes principales:

Sistema de calentamiento y circulacin de aire

Atomizador

Cmara de secado

Sistema de recuperacin de producto

Secador Atomizador

Partes:

1. Quemador

2. Horno

3. Bomba dosificadora

4. Medidor de temperatura de entrada

5. Dispersor del flujo de aire

6. Atomizador

7. Cmara de secado

8. Medidor de temperatura de salida

9. Cicln de recuperacin de slidos

10. Ventilador- exhaustor

Componentes Opcionales:

Lavador de gases efluentes

Aislamiento trmico

Automatizacin

Cmara de almacenaje

Homogeneizador

Concentrador al vaco

Colector de polvo

Transportador neumtico

Enfriador del polvo

Puerta de explosin

La alimentacin lquida es convertida en una cantidad enorme de pequeas gotas (reasuperficial especfica se incrementa) (atomizador) las que son dispersadas en el aire (cmara). El

gas atomizante se expande adiabticamente de la boquilla a la cmara de secado, (efecto Joule-

Thomson) y su temperatura disminuye. El slido se aglomera en el centro de la partcula

Las gotas formadas viajan a travs de la cmara para convertirse en materia seca. Durante estafase el solvente se evapora y el dimetro de la gota decrece. La evaporacin del lquido enfra el

slido y lo protege del choque trmico. Las condiciones favorecen el proceso a velocidad constante

(T apenas se eleva por arribade Tbh)

Recuperacin del producto del aire

Fases del secado

Trayectoria de las partculas Humedad

Las condiciones favorecen el proceso a velocidad constante por lo que la

temperatura apenas se eleva por la Tbh

Presin ligeramente negativa en la cmara de secado por efecto del ventilador

extractor

SISTEMA DE CALENTAMIENTO:

Serpentines (vapor, gas, fuel-oil, resistencia elctrica)

Calentamiento directo con gas natural

CIRCULACIN DE AIRE:

Ventiladores centrfugos

ubicados en la salida aire o/y

entrada

PRESIN LIGERAMENTE

NEGATIVA EN LA CAMARA DE

SECADO

Centrfugo

Alimentacin por eje central (a baja presin)

Alta velocidad de giro (3500-50000 rpm)

Aceleracin de lquido hasta velocidad lineal de la periferia

No sufren obturaciones ni ensanchamiento por slidos

Productos viscosos a bajas presiones

Mayor desgaste

Distribucin uniforme de tamao de gotas

Posee alto costos de mantenimiento

Produce una gran cantidad de partculas finas (problema de contaminacin importante)

Dificultad con materiales de gran viscosidad

www.bete.com

La alimentacin es introducida en el centro de la rueda para fluir a la

periferia, desintegrndose en gotas a medida que va circulando.

Tamao deseado y uniforme de gota y buena distribucin en el aire

caliente

ATOMIZADORES

Boquilla a presin

Alimentacin a alta presin

Producto ms grueso y libre de polvos que los atomizadores rotatorios

Ncleo acanalado imparte movimiento de giro al lquido (cono de nebulizacin hueco)

Diseo ranurado: obturaciones o ensanchamiento orificio por slidos

Alta flexibilidad en el tamao de las partculas y velolcidad de flujo (250 10000 PSI)

El fluido en rotacin permite a la boquilla convertir la

energa potencial del lquido bajo presin en energa

cintica, formando una pelcula fina y de alta velocidad

en la salida de la boquilla.

Esta pelcula, inestable, sale de la boquilla y se

desintegra, formando primero filamentos y luego gotas

Boquilla de dos fluidos

Obturaciones/ensanchamiento orificio

Capacidad baja

Tamao de gota variable

Atomiza lquidos altamente viscosos y produce finas partculas

Mayor costo de operacin debido a la utilizacin de aire comprimido

Utilizada en laboratorio o en plantas a escala piloto debido a su capacidad de trabajar en un amplio rango de

flujos y tamaos de gotas.

Posee 2 alimentaciones paralelas: lquido y aire comprimido.

Este diseo utiliza la energa de compresin del gas para

atomizar el lquido.

CMARA DE SECADO

Cmaras de secado con flujo en paraleloMs usadas

Flujo de aire rotatorio

e inclinado, esto se

logra por una entrada

tangencial o por aspas

inclinadas

el aire no crea rotacin

por el uso de platos

perforados o aspas

rectas

Diseos: Recuperacin de los productos en la base, o transporte de los productos con el aire de

salida (y recuperacin posterior en otra unidad, como cicln).

El tamao ptimo de la cmara y su forma dependen del tamao de la gota y del patrn de spray

producido por la boquilla de aspersin.

Es de especial importancia que las gotas no toquen las paredes de la cmara cuando todava

estn hmedas

Flujo de aire opuesto

que permite que las

partculas secas se

depositen en la base

de la cmara.

Aire debe prevenir

que las partculas

secas se asienten

cuando el flujo est

dirigido hacia arriba.

CMARA DE SECADO

Menos usado: contracorriente (riesgo

de dao trmico

Cmara de secado con flujo en contracorriente

(a) El flujo de aire tiene dos direcciones, mientras que el de producto es nico.

(b) La alimentacin tiene dos direcciones y el aire de secado una sola

Cmaras de secado con flujo mezclado

CMARA DE SECADO

SISTEMA DE RECUPERACIN DE PRODUCTO

Producto en el fondo de la

cmara:

Rastrillos

Tornillos sin fin

Vlvulas rotatorias

Producto arrastrado (purificacin del aire):

Separadores de cicln seco

Depuradores hmedos (corriente de alimentacin) para lavar y purificar aire, y

calentar alimentacin

Filtros de tela

Precipitadores electrostticos de polvo

Combinacin de los anteriores

Separadores de cicln

http://www.youtube.com/watch?v=BicR3JGlE5M

Ventajas

Amplio rango de aplicaciones (desde frmacos aspticos hasta polvos cermicos)

Puede ser utilizado a cualquier capacidad (unos pocos kg/h hasta 100 tn/h)

La calidad de la partcula permanece constante a lo largo del proceso de secado

La operacin es continua y puede ser adaptada a control automtico

Existe una gran variedad de tipos de spray

Puede ser utilizada con productos resistentes al calor o sensibles

La alimentacin puede estar en solucin, mezcla, pasta, gel, suspensin o en forma fundida

La densidad del producto puede ser controlada (tamao de gota)

El material no tiene contacto con las superficies metlicas hasta ser secado (menor corrosin)

Proceso de alto rendimiento, realizado en segundos

Permite usar altas temperaturas sin afectar las cualidades del producto

Requiere de pocos operarios

Homogeneidad de la produccin

Desventajas:

Altos costos de instalacin

Manejo del aire agotado (puede ser necesario tratar el aire utilizado)

Calor residual producido

USOS:

Lcteos: leche, suero, caseinatos.

Farmacuticos: Vitaminas, enzimas, antibiticos.

Huevos: Huevo entero, yema, clara de huevo.

Subproductos del matadero: Sangre, extracto de carne, gelatina.

Extractos de carne y levaduras

Zumos de frutas y verduras

Cereales: Almidn, gluten, protenas.

Plsticos: Melanina, resinas.

Otros: Fertilizantes, cermica, caf, detergentes, minerales, curtientes.

Microcpsulas de aceite de cha

Secador de lecho fluidizado

Contacto ntimo entre el slido y el gas, altos coeficientes de transferencia de calor

Tipos de alimentos: arveja, zanahoria, cebolla, cubos de carne, harina, cacao, caf,sal, azcar

Para aglomerar partculas secadas por atomizacin

Aire calefaccionado es forzado a travsde un lecho de slidos que lo mantiene en

suspensin

La cada de presin en el gas que pasapor el lecho debe equilibrar su peso, si el

flujo se aumenta, el lecho se expande y las

partculas no estn en contacto esttico

sino se han fluidizado

FLUIDIZACION

Proceso se logra por una corriente de gas desde

el fondo de un lecho de slidos en partculas

A velocidades bajas de gases el lecho es esttico

El lecho de partculas se est sobre una placa

distribuidora de gas (uniformidad)

La cada de presin a travs del lecho aumenta

a medida que incrementa la velocidad del gas

Velocidad mnima de fluidizacin: flujo de

gas soporta el peso del lecho

P a travs del lecho se mantiene casi contante, incluso si la velocidad del gas incrementa

FLUIDIZACION aparicin de burbujas y canales

Expansin y distribucin

uniforme de

Los factores ms importantes a considerar en este proceso son:

TEMPERATURA: factor crtico, constante. Control para neutralizar perturbaciones del ambiente (cambios de

humedad y de temperatura) mediante una aislacin o constitucin adecuada del equipo

TAMAO DE PARTCULA: desde unas cuantas dcimas de mm hasta ~ 4mm. Este factor se encuentra

relacionado con la densidad de partcula

VELOCIDAD DEL GAS: doble o triple de la mnima velocidad de fluidizacin.

TIEMPO DE SECADO: Para procesos continuos, de 1 a 2 minutos; para secadores discontinuos el tiempo es

mayor. Algunos productos requieren de 2 a 3 horas como el caso de productos farmacuticos.

TIPO DE CICLO:

Ciclo Cerrado: solventes orgnicos que no pueden ser liberados al ambiente o se busca recuperarlos.

Ciclo Abierto: si la sustancia a liberar no requiere una manipulacin especial o no se desea su recuperacin.

Continuo / Discontinuo

Secador rotatorio Para materiales granulares de flujo libre que pueden arrojarse sin temor de romperlos

Elevadores que se extienden desde las paredes del cilindro en la longitud total del

secador levantan el slido y lo riegan en una cortina mvil a travs del aire; as lo exponen

completamente a la accin secadora del gas.

Slidos no pegajosos (adhesin a las paredes del secador

o tendera a apelotonarse)

Calor directo o indirecto

Flujo paralelo o a contracorriente

FASE DE VELOCIDAD CONSTANTE

La temperatura del slido similar al punto de ebullicin del agua a la

presin de trabajo

Superficie saturada de lquido, migracin evaporacin

FASE DE VELOCIDAD DECRECIENTE

VELmigracin de agua VELevaporacin de agua deshidratacin

y aumento de temperatura superficial acercndose hasta la

temperatura de la superficie caliente.

A presin atmosfrica supera los 100C, riesgo de alteraciones

(vaco)

SECADO POR CONDUCCIN

Qsensible + Qlatente se aportan por

conduccin en contacto con una

superficie caliente

Tiene

lugar en

dos fases:

Ventajas:

Mayor rendimiento trmico

No se necesita de aire y en caso de alimentos oxidables se puede eliminar

Principales inconvenientes:

Movimiento de solutos

Retraccin, disminucin de transferencia por mal contacto

Formacin de costra

Excesiva elevacin de temperatura (trabajar a presiones negativas)

Costos altos de instalacin (productos sensibles al calor)

Suponiendo que el secado tienen lugar por una sola cara, que es despreciable el cambio

de volumen por contraccin, la velocidad de secado global es:

dW/dt = (Wo - Wf) M /t = Kc A (w - e)

Wo humedad del producto inicial, Wf humedad del producto final [kg agua/kg ss]

M masa extracto seco [kg]

Kc coeficiente global de transferencia del calor [J/(m2.s.K)]

A rea de superficie de secado [m2]

w temp de la superficie calentada, e temp de la superficie de evaporacin [K]

EQUIPOS DE SECADO POR CONDUCCIN

Secador de armario

Secador de tambor

Secador a vaco de cinta

Para productos sensibles al calor se utilizan cmaras hermticas y se trabaja a presiones bajas

Cilindros metlicos huecos calentados internamente con

vapor o agua

Se aplica una pelcula uniforme de alimento lquido (papilla o

dispersiones) sobre la superficie

Producto desprendido por cuchillas

Sopas, leches cereales desayuno

Alto costo de instalacin

Productos sensibles al calor (vacio)

Alto rendimiento

Altas velocidades de secado

Velocidad de secado depende de velocidad de rotacin,

temperatura del medio y grosor

de pelcula

Tipos de secadores: esquemas

SECADO POR APLICACIN DE ENERGA PROVENIENTE DE

UNA FUENTE RADIANTE

Fuente radiante

- Secador de cinta con calentamiento IR bajo vaco

Combinada con conveccin y conduccin (secador de armario)

Bajo rendimiento debido a pobre penetracin

Absorcin diferencial debido a la naturaleza heterognea de los alimentos: calentamiento/secado no uniforme

Sobrecalentamiento: control de las fuentes de alta temperatura

Sin problemas de contacto

Rpida respuesta cambios de T

Trozos de pan, almidones, almendras, especias, mezclas en polvo

LIOFILIZACIN

1- Congelacin: separacin del agua en forma de hielo o mezclas eutcticas

2- Sublimacin: eliminacin del agua

3- Evaporacin: el agua no congelable (elevando temperatura o secando en

otro equipo)

Ventajas

Producto ligero, poroso

Conserva forma del producto

Mnima retraccin

Movimiento de solutos limitados

Calentamiento mnimo

Rpida reconstitucin

Alta retencin voltiles

Desventajas

Daos por congelacin de estructura

celular (depende de velocidad congelacin)

Producto frgil y quebradizo

Costo instalacin alto

Costo funcionamiento alto

La sublimacin produce un gradiente de

presin de vapor entre el entorno inmediato

del alimento y el frente de hielo del interior

del alimento

Velocidad de secado es afectada por :

Velocidad de transferencia de vapor de agua desde la superficie de hielo hacia el entorno, a travs de la capa porosa del solido seco

Velocidad de transmisin de calor hacia el frente de hielo

Velocidad de flujo del vapor a travs del solido:

dW/dt = A b (pi pD)/ l

dW/dt = velocidad de flujo msico del vapor a travs de la capa seca

A superficie de secado [m2]

b permeabilidad de la capa seca

pi presin de vapor del hielo a la temperatura de trabajo

pD presin de vapor del agua en la superficie de la capa seca

l espesor de la capa seca [m]

Para conseguir la mxima velocidad de secado, la temperatura del hielo

debe ser la ms alta posible, por lo que se debe aportar calor al frente de

sublimacin (hielo) ya que este proceso (endotrmico) hace descender la

temperatura y por tanto la velocidad de secado

Ls A b (pi pD) = KD A (D - i)l se anula por lo que la relacin es independiente de la

extensin del secado

Ls calor latente de sublimacin

dW/dt = A m (W0 We) dl/dt

Si se supone: slido plano se liofiliza por una cara, el contenido de agua de la capa seca es Wey que el frente de hielo retrocede formando un plano uniforme, se puede describir la velocidad

de secado como:

m densidad del solido seco

W0 contenido inicial de agua del solido

Combinando las dos ecuaciones e integrando entre los limites t=0, l=0, t=t y l=l:

En sistemas que el calor se aporta a travs de la capa seca y que la desecacin

solo tiene lugar a partir de la superficie calentada, la velocidad de aporte del

calor es:

(dQ/dt)c = KD A ( D - i ) / l

KD conductividad trmica de la capa seca

D temperatura de la superficie seca

i temperatura de la superficie del hielo

t = m (W0 We) lt2 / {2b (pi pD)} = Ls m (W0 We) / {2KD A (D - i)}

El balance de energa combinando las ecuaciones

t l2 Muy importante

EQUIPOS DE SECADO POR LIOFILIZACIN

1- Cmara de vaco

2- Sistema de produccin vaco

3- Sistema de calentamiento

4- Sistema de eliminacin del vapor de agua

Presin de trabajo

1) 1-5 torr (0,001-0,007 atm) / 10 min

2) 1 torr

-Discontinuos: normalmente cilindros horizontales

- Unidades de mltiples cmaras x 2 sistemas de vacio

- 100-1500 kg / batch

-Unidades grandes poseen dos condensadores (trabajo alternado)

Continuos: antecmaras hermticas de carga y descarga en los

extremos del tnel cilndrico, unidas con compuertas especiales para

romper vacio y admitir carga o descarga

Alimentos: comida para montaistas, para

las misiones espaciales, las raciones de

campaa de los ejrcito.

Productos liofilizados que son ms

fcilmente aplicables a las formulaciones:

sopas instantneas, gelatinas con pulpa,

compotas para nios, yogures con fruta, y

dems bebidas lcteas

+ AGUAAgitacin

Bibliografia

J. C. Brenan LAS OPERACIONES DE LA INGENIERA DE LOS ALIMENTOS Ed. Acribia 1998

R. Earle INGENIERA DE LOS ALIMENTOS Ed. Acribia 1998

P. Singh , D.R. Heldman. 1997. Introduction to Food Engineering. 2nd Edition