Definición de secado (2)

5/16/2018 Definición de secado (2) - slidepdf.com

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UniversidadAutónoma del

CarmenOperaciones Unitarias I

Dra. Rosa María Cerón Bretón

2011

Equipo 2: Meredith Moha Magallon, Luis Enrique Ché Citalán, Yimmer

Villarreal Guzman

DES: DACQYP

07/06/2011



Introducción

El estudio del secado es de trascendental importancia en Ingeniería Química, debido a quees una operación unitaria básica, para el manejo de productos sólidos. Entre las operacionesunitarias, el secado, en su forma más primitiva es la primera de todas, pues el hombre desde

que fue nómada, secó frutos utilizando la energía solar, no obstante, formas más elaboradasdel secado han surgido. Aún así, el secado por energía solar, es una forma alternativa,utilizada en procesos de gran volumen y poca velocidad como el secado de granos, sobretodo de café.

En términos generales, el término secado se refiere a la eliminación de líquidos, encantidades grandes, de un material sólido, por medio de vapor arrastrado por un gas. Ellíquido a remover, es generalmente agua, no obstante hay otros.

Existen procesos químicos industriales importantes en los cuales conviene el secado, entre

otros, está el secado de la sal, la cual es pasada, una vez cristalizada por un túnel de aire,para eliminar el exceso de humedad en la misma, también se puede mencionar el secado delcarbón, de productos alimenticios, de arena, entre otros.

Es usual el uso del secado como medio de preservación de materiales biológicos, enocasiones, se llega hasta el límite de deshidratación, para disminuir la actividad bacterianao microbiológica en general. Esto se debe, a que la actividad microbiológica cesa a nivelesde humedad menores del 10%.



Definición de secado

El secado de sólidos se puede definir de distintas maneras, según el enfoque que se deseeadoptar.

En los estudios más teóricos se pone el énfasis en los mecanismos de transferencia de

energía y de materia. Así, el secado se puede definir como un proceso en que hayintercambio simultaneo de calor y masa, entre el aire del ambiente de secado y el sólido.

Dos procesos ocurren simultáneamente cuando un sólido húmedo es sometido a un secadotérmico.

1.- Hay transferencia de energía (calor) de los alrededores para evaporar la humedad de lasuperficie.2.- Hay transferencia de la humedad interna hacia la superficie del sólido.

De estos dos procesos dependerá la rapidez con la cual el secado se lleve a cabo.

Para que el secado se ejecute, la humedad debe ganar calor de sus alrededores y de estamanera poder evaporarse, para ser liberado por un gas transportador.

La acumulación de vapor sobre la superficie de secado influye en la velocidad de secado yel manejo adecuado de estas condiciones es determinante para lograr un procesosatisfactorio.

Secadores

Substancias húmedas pueden ser secadas mediante la transferencia de calor, utilizandogases secos a través del material húmedo.

Independientemente de que el material a secar pueda o no ser fluidizable, un suministro decalor, comúnmente de gases secos es necesario.

En algunos casos el producto a ser secado va a tolerar ser secado por gases calientes paraprocesos de combustión, mientras que otros productos son menos tolerantes y requieren degases no contaminantes como lo es el aire caliente.

Sistemas de lecho fluidizado han sido desarrollados como suministradores de gas calientepara realizar el secado, como en la manufactura del cemento, etc.

Algunos tipos de sistemas proveen fluidos calientes de combustión mientras que otrosproducen aire limpio y caliente.

Reay dio a causa de los fundamentos en los procesos de secado que utilizan técnicas defluidización, discutió las facciones de algunos tipos de secadores y de procesos de diseño.Si el producto es capaz de ser fluidizado en el estado de humedad, e.g. material granular,entonces un buen contacto entre la partícula y el gas se puede llevar a acabo.



Además de tener una generosa manejabilidad y que las partes del sistema no se necesitantrasladar de un lugar a otro todo el tiempo, hacen a este proceso realmente atractivo paracualquier industria.

Métodos de secado

Existen dos métodos para quitar la humedad de un sólido y son la evaporación y lavaporización, el primero ocurre cuando la presión del vapor de la humedad en la superficiedel sólido iguala la presión parcial del gas en el aire. Esto sucede por el aumento detemperatura de la humedad hasta el punto de ebullición.

Pero si el material es sensible al calor, entonces la temperatura a la cual la evaporaciónocurre, puede ser disminuida, bajando la presión (evaporación a vacío). Si la presióndisminuye y baja mas allá del punto triple, entonces la fase liquida no tendría lugar y lahumedad en el producto estaría congelada.

Por otro lado, en la vaporización, el secado es llevado a cabo por convección, haciendo

pasar aire caliente sobre el sólido húmedo. El aire es enfriado por el sólido y la humedad estransferida hacia el aire y en este caso la presión del vapor de la humedad sobre el sólido esmenor que la presión parcial del gas en el aire.

Fases de secado

Observaciones experimentales han llevado a la división de dos fases de secado, 1-lavelocidad constante y 2- la velocidad decreciente de secado. El contenido de humedaddurante estas dos fases ocurre en el punto de transición y se llama punto crítico conocidocomúnmente como humedad critica Xcrit. Y se le conoce como periodo inicial a la etapaconstante.

La figura 6.1 nos muestra el comportamiento de la humedad con respecto al tiempo duranteel proceso de secado. La parte uniforme corresponde al periodo de velocidad constante y lano uniforme a la velocidad decreciente.

La humedad de equilibrio Xeq, es función de la humedad relativa y de la temperatura parauna determinada sustancia.



La figura Muestra la curva de secado contra la humedad en exceso (X-Xeq) y de esta formaobserva la velocidad del proceso.

Condiciones externas

Durante la transferencia de calor en la cual se pretende eliminar el agua en forma de vaporde la superficie de la partícula, algunas condiciones toman un papel importante como son:la temperatura, flujo del aire y humedad, área de superficie expuesta al calor y presión. Yaque estas condiciones durante la etapa inicial del secado son importantes para remover lahumedad de la superficie.

En algunos materiales el exceso de evaporación en la superficie, puede causarencogimiento, esto después de que la humedad inicial ha sido removida dando lugar a altosporcentajes de humedad del interior hacia la superficie, formando tensiones dentro delmaterial ocasionando deformaciones.

Condiciones internasLos factores que pueden determinar la rapidez de secado, son: la temperatura, su contenidode humedad y la naturaleza física dentro de la partícula. Durante la transferencia de calorhacia un material húmedo, un gradiente de temperatura se genera dentro del materialmientras la evaporación de la humedad ocurre en la superficie.

La evaporación hace que la humedad del material vaya desde el interior hacia la superficie,lo cual sucede a través de mecanismos como son: difusión, flujo capilar, presión internacausada por el encogimiento durante el secado.

Influencia del tamaño de partícula

En los experimentos con gel silica, se encontró que al incrementar el diámetro de partículadp de 106 a 2247 μm se obtiene un incremento pequeño en la velocidad de secado. Cabedestacar que los experimentos se realizaron a la misma velocidad de gas, altura del lecho ytemperatura.

En otros experimentos realizados por Venecek y Picka, pero con fertilizante NPK,encontraron que si el tamaño de la partícula era aumentado al cuadrado en su diámetro, eltiempo para la eliminación de humedad era proporcional a este.



Eficiencia térmica del secado

El consumo de energía en un secador no se debe medir solamente en unidades decombustible usadas en el proceso. Es importante que se relacione este consumo con lacantidad correspondiente de agua evaporada, de ahí la necesidad de definir un elemento que

sirva de término de comparación entre diferentes o incluso entre diferentes secadores.Ese término, bien aceptado ya entre la comunidad científica, es el que aquí se denominaeficiencia térmica de secado y se define así: "relación entre la cantidad de energía destinadaal secado y la cantidad de agua evaporada durante el proceso”.

El consumo de energía por unidad de agua evaporada varía con diversos parámetros. Deellos, los más importantes son: la variación de la humedad del producto durante el secado(tasa de secado), las condiciones ambientales y el tipo de secador empleado.

La tasa de secado de cierto tipo de sólidos, a su vez, es función de la temperatura y del flujo

de gas de secado, del contenido de humedad inicial y de equilibrio de los sólidos, de latemperatura y, cuando corresponda, de la velocidad de las partículas dentro del secador.

El tipo de secador que se utilice ejerce gran influencia sobre el rendimiento térmico desecado. Cada producto se seca a una tasa diferente y cada uno presenta exigencias más omenos precisas respecto a la calidad.

Existe así la necesidad de perfeccionar diferentes secadores por tipo de partícula, pues lascondiciones de secado (temperatura, flujo de gas, velocidad del paso de producto por elsecador, contenido inicial de humedad, etc. del arroz son distintas de las del maíz, fríjol oporoto soya, es decir que el secado del maíz en un secador apropiado para poroto soya yaindica que el procedimiento no será térmicamente eficiente.

Componentes de un secador

La configuración básica de un secador consiste de un sistema que genere aire caliente; elcual puede estar compuesto de un ventilador y de una serie de hilo de resistencias eléctricasde Nicrom (Níquel-Cromo) para generar calor, también debe deco ntar con un colector y unalimentador. Sin embargo para propósitos educacionales son comunes los secadores sinalimentador ya que las cantidades de alimento a deshidratar son menores.

El arreglo final de estos componentes es característico de cada tipo de secador. La figura1.1 muestra el esquema básico de un secador.



Generador de Aire: Los secadores de aire deben de contar con un sistema que permita laentrada de aire a diferentes velocidades de flujo, por eso se utilizan ventiladores o motoresque se utilizan en los sistemas de refrigeración y también extractores de aire los cuales son

polarizados de manera inversa para trabajar como generadores de aire.

Calefactor: En calefactores directos el aire es calentado cuando se combina con gases decombustión de escape. En calefactores indirectos en aire o producto es calentado a través deplacas de resistencias eléctricas. El costo de los calentadores directos es mas bajo que losindirectos, pero algunos productos se llegan a dañar o contaminar debido a los gases .

Alimentador: Los alimentadores o “feeders” más comunes utilizados en los secadores parasólidos húmedos son los transportadores de tornillo, mesas rotantes y bandejas vibratorias.En algunos casos se tienen que utilizar alimentadores especiales en secadores de camaancha para asegurar la expansión uniforme del alimento.

Otros componentes que son utilizados en los secadores para verificar el estado dentro delmismo son: termómetros de mercurio, medidores de presión y humedad, y básculas quesensan la pérdida de agua del alimento.

Por lo general los secadores que se utilizan en los laboratorios de investigación cuentan contodos estos elementos con el propósito de hacer pruebas y de monitorear el comportamientodel secador y del alimento que se está deshidratando.

Tipos de secadores

A continuación se describen de manera simplificada algunos tipos de secadores que se

utilizan en procesos de secado, así como sus ventajas y desventajas.

Secador de Horno

Granos, frutas y vegetales pueden ser procesados usando este tipo de secador. Este consisteen una construcción de dos secciones con un piso con ranuras que separa la sección desecado con la sección de calefacción.



La figura 1.2 muestra un ejemplo de un secador de este tipo. El producto es colocado sobrela placa ranurada y el aire caliente es llevado de la sección baja hacia la sección de secado através de la placa.

Configuración Típica de un Secador de Horno

Secador de Cabina o BandejaEste tipo de secador se caracteriza por tener una serie de bandejas en donde es colocado elalimento. Las bandejas se colocan dentro de un compartimiento del secador en donde esexpuesto al aire caliente. El secador cuenta con un ventilador y una serie de resistenciaseléctricas a la entrada que permiten generar aire caliente el cual es llevado a través de lasección de bandejas. La figura 1.3 muestra un ejemplo de secador de bandeja.

Arreglo Típicos de un Secador de Bandeja

Secadores de Túnel

Este tipo de secadores, los cuales se caracterizan por tener arriba de 24 metros de largo yuna sección rectangular de casi 2 metros * 2 metros, consiste de una cabina equipada conrieles para mover unas cajoneras a lo largo de la cámara de secado. Un sistema decalefacción calienta el aire que entra a la cámara y este circula a través de las cajoneras conalimentos. En la figura se puede observar el funcionamiento de este tipo de secador.



Secadores tipo Túnel

Secadores con Cinta Transportadora

Tal y como se muestra en la el principio de un secador con cinta transportadora es similar al

del secador tipo túnel, excepto porque el producto es transportado por medio de un sistemasobre una cinta. La configuración más comúnmente usada en la práctica consiste en pasar elaire caliente directamente a través de la cinta y capas del producto.

Configuración de Secador con Cinta Transportadora

Secador de Bandeja para Laboratorio

Este secador de alimentos al igual que los anteriores tiene como función principal eldeshidratar el producto y llevar el vapor de agua fuera del mismo.

La diferencia de este con los demás radica en el tamaño y la facilidad con que se puedemanipular ya que el propósito de estos es netamente educacional.

El objetivo es que se puedan utilizar en laboratorios y universidades para realizar pruebasexperimentales con cantidades de producto muy pequeñas. En la figura 1.6 se observa unsecador construido a partir de un tubo de no más de metro y medio que se encuentra en laplanta piloto del departamento de Ingeniería en Alimentos de la Universidad de lasAméricas Puebla.



En uno de sus extremos se encuentra acoplado un motor de corriente alterna que fungecomo generador de aire, inmediatamente después se localizan unas placas con arreglos deresistencias eléctricas para poder calentar el aire.

Secador de Alimentos, Ventilador y Placas resistivas

A un lado del secador se tiene un panel de control, en el cual se puede modular la velocidaddel motor y así determinar el flujo de aire, y la intensidad de corriente en las resistenciaspara ajustar la temperatura del aire.

También cuenta con una puerta abatible para poder introducir el alimento y una baseacoplada a una báscula para colocar el producto a secar.

A los costados hay un par de orificios que permiten colocar termómetros de mercurio con elobjetivo de conocer la temperatura antes y después de pasar por el alimento.

Panel de Control, Bandeja, Báscula y Orificio para Termómetro del Secador.

Según los requerimientos del departamento de Ingeniería en Alimentos, este tipo de secadortiene las características adecuadas para ser un secador con fines experimentales, de maneraque el estudiante o investigador pueda realizar secado y balances de masa y energía.



La ventaja de poder manipular el flujo de aire y temperatura, así como sensar variables detemperatura, humedad y peso le permiten al interesado obtener resultados experimentales ycompararlos con datos ideales de balances de materia y energía.

VentajasEl secado en lechos fluidizados ofrece ventajas importantes sobre los demás métodos desecado de los materiales en gránulos. La fluidización de los materiales en gránulos permiteuna mayor facilidad en el transporte de los materiales, altas velocidades de intercambio decalor con una gran eficiencia térmica, a la vez que evita el sobrecalentamiento de laspartículas.

Las propiedades de los productos se determinan basándose en la información derivada desu velocidad de secado, por ejemplo, la forma en que el contenido de partículas volátilescambia con el tiempo en un lote en lecho fluidizado que opera en condiciones controladas.

Otras propiedades importantes son la velocidad del gas de fluidización, el punto defluidización (es decir, el contenido de partículas volátiles bajo el cual se logra lafluidización sin agitación mecánica o vibración), el contenido de partículas volátiles enequilibrio y el coeficiente de transferencia de calor para las superficies de calentamientoinmersas.

El secado en lechos fluidizados resulta adecuado para polvos, gránulos aglomerados ypastillas con un tamaño de partícula promedio entre 50 y 500μm. Es muy probable que lospolvos muy finos y ligeros o las partículas altamente elongadas requieran vibración paralograr con éxito el secado en lechos fluidizados.

Secadoras solares

Los dos elementos básicos de una secadora solar son: el colector, donde la radiacióncalienta el aire y la cámara de secado, donde el producto es deshidratado por el aire quepasa. Estos elementos pueden diseñarse de diferentes formas para integrarse a diferentesequipos de secado solar.

Tipos de Circulación

El aire circula dentro del secador con el fin de eliminar la humedad evaporada del producto.Esta circulación se logra por dos métodos: circulación forzada y por convección natural.

Circulación forzada:El aire es movido por un ventilador que consume energía mecánica o eléctrica. Este tipo decirculación facilita el diseño en el caso de los equipos de tamaño grande, además defacilitar el control del proceso de secado.

Usando este tipo de circulación se pueden obtener velocidades de circulación de aire entre0.5 y 1 m/s. La principal desventaja de la circulación forzada es el hecho de que se debedisponer de una fuente de energía eléctrica.



Circulación por convección natural:El aire es movido por las diferencias de temperatura entre las distintas partes del equipo,que promueven la convección térmica del aire.

Este tipo de circulación se hace más difícil de incorporar con equipos grandes. Para equipos

pequeños o medianos se pueden lograr velocidades de aire de 0.4 a 1 m/s al interior de lacámara, pero en equipos grandes esta velocidad no sobrepasa los 0.1a 0.3 m/s.

Tipos de Secadores Solares:

Indirecto:El colector y la cámara de secado están separados. El aire es calentado en el colector y laradiación no incide sobre el producto colocado en la cámara de secado.

La cámara de secado no permite la entrada de la radiación solar. Este secador esesencialmente un secador convectivo convencional sobre el cual el sol actúa como fuente

energética.Los secadores directos difieren de los indirectos en la transmisión de calor y la separaciónde vapor. A continuación se dan varias características de operación que definen a este tipode secadores.

Los secadores indirectos que utilizan fluidos de condensación como medio decalentamiento son, en general, económicos desde el punto de vista del consumo decalor, ya que suministran calor sólo de acuerdo con la demanda hecha por elmaterial que sé esta secando.

El calor se transfiere al material húmedo por conducción a través de una pared deretención de sólidos, casi siempre de naturaleza metálica.

Las temperaturas de superficie pueden variar desde niveles inferiores al decongelación, hasta mayores de 550°C, en el caso de secadores indirectos calentadospor medio de productos de combustión.

Su funcionamiento se caracteriza por algún método de agitación para aumentar elcontacto entre el material húmedo y la superficie metálica caliente, así como paraefectuar un cambio continuo de material húmedo en la superficie caliente. Lanaturaleza de dicho contacto determina la velocidad de secado total de los secadoresindirectos. Los materiales granulares pesados dan mayor coeficiente detransferencia de calor de contacto que los materiales sólidos voluminosos.

A continuación en la figura se muestra un secador solar indirecto.



Fig. 1. secador solar indirecto.

Directo:En este tipo de secador, el colector y la cámara de secado, pueden juntarse, en cuyo caso lacámara que contiene el producto también cumple la función de colector recibiendo laradiación solar.

En los secadores solares directos la radiación solar es absorbida por el propio producto,

resultando más efectivo el aprovechamiento de la energía para producir la evaporación delagua. Esto se debe a que la presión de vapor en la superficie del producto crece por laabsorción de radiación solar.

Por lo tanto el gradiente de presiones de vapor entre producto y aire se hace mayor y seacelera el secado.

La combinación de colector y cámara en una sola unidad puede ser más económica enmuchos casos, especialmente en los secadores de menor tamaño. Este tipo de secadores escasi siempre con circulación de aire por convección natural. Esto hace que a veces elcontrol del proceso sea poco confiable.

Para algunos productos la acción de la radiación solar puede destruir algún compuestoorgánico que lo compone y que tiene interés comercial. Las características generales deoperación de los secadores directos son:

• El agente de secado puede ser aire calentado por vapor, gases de combustión, gas inerte

calentado (nitrógeno por ejemplo), o vapor de agua sobrecalentado.

• El secado se efectúa por transferencia de calor por convección entre los gases calientesy el sólido mojado, en donde el flujo de gases extrae el líquido vaporizado y separa elvapor.

• Un secador directo consume más combustible por kilogramo de agua evaporada,mientras más bajo sea el contenido de humedad.

• La eficiencia mejora al aumentarse la temperatura del gas de entrada a una temperatura

de salida constante.

A continuación en la figura se muestra un secador solar directo.



Mixto:Son aquellos donde la colección de radiación se realiza tanto en el colector solar

previo a la cámara de secado como en la misma cámara de secado.

El Secador solar mixto presenta varias ventajas; en primer lugar el control del proceso esmás simple (sobre todo en el caso de secadores con circulación forzada de aire). Es fácil deintegrar una fuente auxiliar de energía para construir un sistema híbrido.

El tener una cámara de secado separada de los colectores facilita la manipulación delproducto y las labores de carga y descarga. Dado que la cámara no permite la entrada de laradiación solar, este sistema permite secar en forma conveniente productos que se puedandañar o perder su calidad de aspecto por una exposición directa al sol.

Una desventaja de este tipo de secadores es el hecho de que al añadir el colector previo a la

cámara para recolectar energía solar, el tamaño del equipo y sus costos aumentan. Unasegunda desventaja es que para evaporar la misma cantidad de agua se necesita mover máskilogramos de aire a mayor temperatura que en el caso de los secadores directos.

A continuación en la figura 3 se muestra un secador solar mixto.

Secador solar mixto.



Forma de OperaciónLa forma de operar un secador da lugar a dos alternativas:

Secado en tandas:El producto es cargado en una sola tanda y la misma no se retira hasta que esté

completamente seca.

Todo el producto dentro del secador va pasando de un estado húmedo a un estado seco enforma paulatina. Permite un diseño más sencillo del proceso de carga y movimiento delproducto dentro del equipo, por lo que resulta apropiado en secadores pequeños ymedianos.

Secado continuo:El producto se va cargando y descargando en tandas parciales. Dentro del mismo secador seencuentra una parte de producto húmedo y otra casi seca. El período entre cargas de lastandas varía de acuerdo al diseño.

En algunos casos la carga y descarga parcial se realiza una vez por día. En otros casos sepuede llevar a cabo varias veces en el mismo día. Estos secadores pueden ser de convecciónnatural o forzada.

Capacidad de Producción.

La capacidad de producción se define con relación al peso del producto fresco total que sealimenta para ser secado.

En general, cada tipo de secador solar tiene un funcionamiento más apropiado en ciertorango de capacidad de producción. Enseguida se describen las características de algunos

tipos de secadores más comunes según la capacidad de su producción.

Tiempos de Secado

En el tiempo total de secado deben de considerarse tres períodos distintos:

Primer Período:



Es este período de calentamiento inicial del producto en el cual la velocidad de secado enfunción del tiempo aumenta.

Segundo Período:Es este lapso la velocidad de secado permanece constante y es independiente del sólido, demodo que para las mismas condiciones externas, el proceso es similar al que se daría en lasuperficie de una masa de agua.

Tercer Período:Una vez que la humedad superficial ha sido eliminada, la humedad interna remanentecomienza a ser eliminada pero, en consecuencia, la velocidad del secado decrece a medidaque se va perdiendo humedad interna por evaporación en la superficie.

Las duraciones de los períodos de secado varían de un secador a otro y de un producto a

otro, de tal forma que es en la práctica donde se fijan estos valores.

Al disminuir la cantidad de humedad a evaporar también disminuye el tiempo de secado;otra opción de disminuir el tiempo de secado es la de aumentar la energía térmica, para queaumente la temperatura del aire y así aumente la tasa de transferencia del calor necesariopara evaporar la humedad del producto.

Si se quiere disminuir el tiempo de secado se debe tener cuidado de que la temperatura delaire no sea demasiado alta, ya que puede ocasionar daños al producto a secar.

Contenido de Humedad de un Producto

Contenido de Humedad:Es la cantidad de agua evaporable existente en un producto y se expresa con relación a sumasa total o a su masa seca (esto es sin contar la masa de agua evaporable que contiene).

Existen diferentes métodos para medir el contenido de humedad de un producto.

La determinación directa del contenido de humedad implica medir la masa del producto y

la masa seca correspondiente. Para medir la masa seca de un alimento generalmente se lesomete a 104°C, hasta que llegue a un peso constante.

En el caso de productos que se descomponen por efecto de altas temperaturas, éstos sesecan poniéndolos en una estufa de vacío a 60°C y a una presión mayor de 700 Pa, hastaque lleguen a un peso constante.

Contenido de Humedad de Equilibrio:



Una variable importante en el secado de materiales es la humedad del aire en contacto conun sólido de determinada humedad. Supóngase que a un sólido húmedo se le aplica unacorriente de aire con humedad y temperatura constantes. Supóngase, también, que se usauna gran cantidad de aire, por lo que las condiciones permanecen invariables.

Después de haber expuesto el sólido por tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio,llegará un momento en que éste tendrá un contenido de humedad definido. A este valor sele conoce como contenido de humedad de equilibrio del material, bajo las condicionesespecíficas de humedad y temperatura del aire.

Si el material contiene más humedad que su valor de equilibrio en contacto con un gas adeterminada humedad y temperatura, se secará hasta alcanzar su valor de equilibrio.

Si el material contiene menos humedad que su valor de equilibrio, absorberá agua hastaalcanzar dicho valor de equilibrio.

Humedad Inicial Óptima:

Es de particular interés el efecto que ejerce el ambiente sobre el producto a secar durante elalmacenamiento previo al secado; si el producto es almacenado en un ambiente húmedo, serecomienda acomodarlo de tal manera que se propicie un secado natural, para quefavorezca un nivel óptimo de humedad inicial.

Existen diferentes métodos de secado alternativos, los que pueden disminuir el contenidode humedad de un producto, antes de introducirlo a un secador de convección.

Estos métodos pueden ser de separación mecánica, e incluso por otro tipo de secadortérmico, ya que comparativamente con la energía gastada por un secador convectivo, estamedida redunda en un ahorro.

Humedad Final Óptima:

El secado puede considerarse como exitoso cuando el contenido de humedad del sólido quesale del secador se ha reducido lo suficiente para que pueda pasar a otros procesos o paraque pueda salir a la venta inmediatamente.

La importancia del contenido de humedad con el uso eficiente de la energía, no puede pasar

desapercibido. Además, no tiene caso secar más allá de la humedad de equilibrio, ya que elmaterial tendría a recuperar humedad hasta que se estabilice con la atmósfera que la rodea.

Por lo anterior, se concluye que la humedad óptima de salida es la humedad de equilibriodel material con la atmósfera donde se va a almacenar.

Es muy importante recordar que la humedad de equilibrio de un material varía de acuerdo alas condiciones atmosféricas que lo rodean, en especial de la humedad relativa y de latemperatura de bulbo seco.



Flujo de Aire

La optimización del flujo requerido de aire es importante, ya que es el aire en contacto conel producto el encargado de extraer su humedad. La temperatura inicial de la corriente deaire desciende conforme avanza en el secador.

A lo largo de su recorrido en el secador el aire aumenta su humedad relativa.

Para un proceso de secado ideal, esta humedad relativa debe llegar a ser lo más próximaposible a la humedad de saturación.

En un proceso eficiente y dado que la circulación de aire lleva un costo, es necesariodeterminar el flujo másico de aire óptimo para secar el producto en el menor tiempoposible, el cual va a depender de la naturaleza del producto, tipo de secador, etc.

Si se conocen las temperaturas existentes en diversos puntos del secador, se puededeterminar aproximadamente qué tan correctamente está trabajando la corriente de aire deentrada.

La corriente de aire óptima para el secado será alcanzada cuando, en el punto final delsecador, la humedad del aire sea cercana a la humedad de saturación; esto sucederá cuandola temperatura en la salida del secador sea igual a la temperatura de bulbo húmedocorrespondiente a las condiciones de la temperatura del flujo de aire y de humedad inicialesen la entrada del secador.

En la figura se muestran los diferentes tipos de flujo de aire a través de un secador solar.

Dos tipos de flujo de aire.

Construcción y operación de una secadora solar

La Figura 5 muestra una vista general del gabinete de la secadora, en la cual se observa lacámara de secado y la chimenea, ambas hechas de lamina galvanizada y pintadas de negro.



Vista general del gabinete de la secadora solar.

Las medidas de la cámara de secado son: 34cm de largo, 34cm de ancho y 72.5cm de alto ylas medidas de la chimenea son: 52cm de altura y un diámetro de 10cm.

La chimenea es un tubo de lámina galvanizada (empleado para la salida del humo de loscalentadores de agua caseros, llamado “yarda”). En la figura se muestra la chimenea del

gabinete.

Chimenea del gabinete de la secadora solar.

En el interior de la cámara de secado se encuentran 5 charolas de 3cm de espesor, conmallas plásticas, que es donde se coloca la fruta a secar. En la figura 7 se observan variascharolas de fuera.



Charolas de la secadora solar

La secadora se encierra en un bastidor, con el cual se produce un efecto invernadero quefavorece al secado. El bastidor fue construido a partir de madera y vidrio, cuyas medidasson: 43cm de ancho, 42cm de largo y 1.24m de alto. Este tiene una puerta de maderaforrada de unicel por dentro, para disminuir las perdidas de calor.

La puerta permite el acceso a la cámara de secado sin dificultad, facilitando la carga-descarga de las charolas y la limpieza del interior. En la figura 8 se muestra el bastidordonde se puede observar el forro de unicel de la puerta.

Bastidor donde se encierra la secadora solar



La parte superior de la chimenea se deja fuera del bastidor, que es por donde saldrá el airehúmedo al operar la secadora, En la figura 9 se muestra la tapa del bastidor que es pordonde sale la chimenea del gabinete de la secadora.

También se puede observar el agujero que tiene esta tapa, que es por donde sale la

chimenea.

Tapa del bastidor.

El gabinete tiene un respiradero debajo de la parte delantera, de 17cm por 34cm, por el cualentra el aire ambiente. El mismo respiradero lo tiene el bastidor pero con medidas de 9cmpor 40cm. En la Figura se muestra el respiradero del gabinete.

Respiradero del gabinete

Cuando la secadora opera, la radiación entra a través de las cubiertas de vidrio, y esabsorbida por las superficies interiores del gabinete y así convertida en calor. Las



superficies interiores de este elevan la temperatura del aire en su interior, lo que produceque este ascienda por convección natural, pasando a través de las charolas.

El aire húmedo sale finalmente del secador a través de la chimenea ubicada en el extremosuperior del gabinete de la secadora.

Esta acción reduce la presión dentro del gabinete y el aire ambiente que se mueve afueradel bastidor es conducido hacia el respiradero de este y así se establece un flujo continuodel aire. Variando el tamaño de los respiraderos se puede regular el flujo de aire.

La forma de operar de la secadora solar se muestra en figura 11, donde se observa lasecadora encerrada en el bastidor, y en la figura 12 se muestran en conjunto todos loselementos que componen la secadora solar.

Secadora lista para operar



Todos los elementos de la secadora solar

La forma de preparar la fruta a secar es la siguiente: Se cortan rebanadas no muy gruesas dela fruta a secar (aproximadamente 1cm. de ancho), la fruta cortada se sumerge en agua delimón, esto con el objeto de evitar la oxidación (obscurecimiento de la fruta), y se colocande manera uniforme en cada una de las charolas.

En la figura se observa la manera de distribuir la fruta sobre las charolas.

Forma de distribución de la fruta en una charola.



Cabe mencionar que al momento de preparar la fruta las charolas deben estar perfectamentelavadas. Las charolas no deberán estar completamente llenas de fruta, porque de este modose obstruiría el flujo de aire a través de las charolas.

De esta manera se muestra el funcionamiento, la forma de secar y todos los elementos quecomponen la secadora solar utilizada.

Cabe mencionar que el costo de los materiales que componen esta secadora solar es bajo así como el armado de esta es sencillo y fácil de realizar. Una de las ventajas de esta secadorasolar es que no requiere un gran espacio para colocar la secadora y el material del que estahecha es fácil de conseguir.

Conclusión

El secado de fruta permite disminuir el desperdicio de alimentos y con ello las pérdidaseconómicas de los productores, pues en el caso del plátano, cuando éste es deshidratadoestando en etapa de madurez 6 y 7 a condiciones variables, se obtiene un producto de buenaapariencia.

Las características de madurez, así como el buen empleo de pretratamiento en lapreparación del plátano antes del proceso, son factores importantes que contribuyen en lacalidad del producto final. El pretratamiento con ácido cítrico al 1%, disminuye elobscurecimiento durante el secado y retarda las reacciones de obscurecimiento enzimáticodurante el almacenamiento.

Definición de secado (2)

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