MODELACIN DE UN SECADOR ROTATORIO DE QUINUA

1. Objetivos La operacin de secado analizando los distintos mecanismos por los que el proceso puede tener lugar. Se deducirn las expresiones necesarias para disear los equipos donde se llevan a cabo procesos de secado en condiciones de aire constantes, lo que implica un estudio de la cintica del proceso. 2. Introduccin Quinua el grano de oro La quinua, qunoa o kinwa (Chenopodium quinoa) es un pseudocereal perteneciente a la subfamilia Chenopodioideae de las amarantceas. Es un cultivo que se produce en los Andes de Argentina, Bolivia, Chile, Colombia, Ecuador y Per adems de los Estados Unidos, siendo Bolivia el primer productor mundial seguido del Per y de los Estados Unidos. Se le denomina pseudocereal porque no pertenece a la familia de las gramneas en que estn los cereales "tradicionales", pero debido a su alto contenido de almidn su uso es el de un cereal. La quinua fue cultivada en los Andes bolivianos, peruanos, ecuatorianos y los del Noroeste argentino desde hace unos 5000 aos. Al igual que la papa, fue uno de los principales alimentos de los pueblos andinos preincaicos e incaicos. Se considera que fue utilizado en el pasado tambin para usos cosmticos en la zona del altiplano peruano boliviano. Crece desde el nivel del mar en el Per, hasta los 4000 msnm en los Andes, aunque su altura ms comn es a partir de los 2500 msnm. Descripcin La quinua es una planta alimenticia de desarrollo anual, dicotilednea que usualmente alcanza una altura de 1 a 3 m . Las hojas son anchas y polimorfas ( diferentes formas en la misma planta), El tallo central comprende hojas lobuladas y quebradizas. El tallo puede tener o no ramas, dependiendo de la variedad o densidad del sembrado. Las flores son pequeas y carecen de ptalos. Son hermafroditas y generalmente se autofertilizan. El fruto es seco y mide aproximadamente 2 mm de dimetro (de 250 a 500 semillas/g), circundando al cliz, el cual es del mismo color que el de la planta.

Variedades Per y Bolivia tienen la mayor diversidad en variedades, siendo Bolivia el principal foco de diversidad con ms de 3.000 muestras de ecotipos. Se destacan las siguientes variedades:y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y y

Sajama (Patacamaya, Bolivia) Real (Llica, Bolivia) Kaslala (Bolivia) Toledo Iri (Bolivia) Pasancalla (Bolivia) Kuli negra (Bolivia) Wila coimini (Bolivia) Kata-mari (Bolivia) Kanccolla (Cabanillas, Puno, Per) Cheweca (Puno, Per) Blanca de Juli (Lago Titicaca, Per) Blanca de Chuquito (Per) Blanca de Junn (Per) Rosada de Junn (Per) Ccoito (Per) Choquetipo (Per) Chullpi (Per) Witulla (Per) Amarilla de Marangam (Sicuani, Cuzco, Per) Chaucha (Cayambe y Cotopaxi, Ecuador) Dulce de Quitopamba (Nario, Colombia) Catentoa (Concepcin, Chile) Regalona (Temuco, Chile)

El altiplano boliviano es el principal cultivador mundial de quinua. El cultivo de quinua es muy importante para los agricultores de este pas; principalmente para las ms de 70.000 unidades campesinas y pequeos agricultores, de Potos y Oruro. La superficie cultivada en Bolivia asciende a las 55.000 ha, produciendo ms de 26.500 t al ao.

El segundo pas productor es Per, con un rea sembrada de 30.000 ha, el 80 por ciento de las cuales se encuentran en Puno. En Ecuador unas 1700 ha se dedican a la produccin de quinua y en Colombia, unas 700 ha, casi todas al sur de Nario. En las zonas de cultivo de estos cuatro pases, es ms comn encontrar la quinua sembrada en asociacin con maz, frijol y haba o como cercado alrededor de sementeras de papa. Usos Alimentacin: la quinua es un alimento rico ya que posee los 10 aminocidos esenciales para el humano, esto hace que la quinua sea un alimento muy completo y de fcil digestin. Tradicionalmente los granos de quinua se tuestan y con ellos se produce harina. Tambin pueden ser cocidos, aadidos a las sopas, usados como cereales, pastas e incluso se le fermenta para obtener cerveza o chicha, bebida tradicional de los Andes. Cuando se cuece toma un sabor similar a la nuez. La harina de quinua es producida y comercializada en el Per, en Bolivia y -en menor cantidad- en Colombia, sustituyendo muchas veces a la harina de trigo, enriquecido as sus derivados de panes, tortas y galletas, en la actualidad (ao 2007) se est desarrollando su cultivo y consumo en el noroeste de Argentina y el norte de Chile. Uno de sus platos tpicos de la zona del Cusco es el pesqu o pesk, que se prepara con leche, quinua, queso y se puede combinar con huevo frito e incluso con un trozo de churrasco de carne, tambin se utiliza cada vez ms para relleno de empanadas. Un problema para la masificacin de la produccin de qunoa es que posee una toxina denominada saponina y que le otorga un sabor amargo caracterstico. Esta toxina suele sacarse a travs de mtodos mecnicos (pelado) y por lavado en abundante agua.y

Medicinales: la quinua es considerada ancestralmente tambin como una planta medicinal por la mayor parte de los pueblos tradicionales andinos. Entre sus usos ms frecuentes se pueden mencionar el tratamiento de abcesos, hemorragias, luxaciones y cosmtica. Rituales: como grano madre la quinua forma parte de diversas ceremonias y rituales andinos, que fueron prohibidos por los europeos durante la conquista espaola, este fue un motivo por el que el cultivo de quinua y de la kiwicha fueron prohibidos al considerarlos asociados a rituales paganos.

y

Nutricin La quinua posee un excepcional balance de protenas, grasa, aceite y almidn, un alto grado de aminocidos, entre los aminocidos estn la lisina (importante para el desarrollo del cerebro) y la arginina e histidina, bsicos para el desarrollo humano durante la infancia. Igualmente es rica en metionina y cistina, en minerales como hierro, calcio y fsforo y vitaminas, mientras que es pobre en grasas, complementando de este modo a otros granos y/o legumbres como las vainitas. El promedio de protenas en el grano es de 16%, pero puede contener hasta 23%. Esto es ms del doble que cualquier otro cereal. El nivel de protenas contenidas es muy cercano al porcentaje que dicta la FAO para la nutricin humana.

La grasa contenida es de 4 a 9%, de los cuales la mitad contiene cido linoleico, esencial para la dieta humana. Tambin contiene un alto nivel de calcio, fsforo, hierro. En contenido nutricional de la hoja de quinua se compara a la espinaca. Los nutrientes concentrados de las hojas tienen un bajo ndice de nitrato y oxalato, los cuales son considerados elementos perjudiciales en la nutricin.y

Nota: el nombre kiwicha tambin es dado a otro vegetal alimenticio que crece naturalmente en las mismas regiones, el Amaranthus caudatus L..

El exito global de la Quinua crea hambre en casa: New York Times, 19 de Marzo del 2011, por Simon Romero y Sara Shahriari Cuando hace varias dcadas los cientficos de la NASA buscaban un alimento ideal para las misiones espaciales tripuladas de larga duracin, descubrieron una planta andina llamada quinua. Dicha planta presenta un equilibrio excepcional de protenas y aminocidos y, segn dicen, prcticamente no tiene rival en el reino vegetal o animal por el sustento que aportan sus nutrientes. Pero ahora que los consumidores estadounidenses y europeos han descubierto la cosecha de perdida de los incas, la demanda de quinua se est disparando. Este incremento ha contribuido a elevar los ingresos de los agricultores de Bolivia, donde ha sido un alimento bsico durante siglos. Sin embargo, se ha producido una contrapartida importante: ahora menos bolivianos pueden permitrselo. Aunque los precios de la quinua casi se han triplicado durante los ltimo cinco ao, el consumo en Bolivia de este producto de primera necesidad cay un 34% en ese mismo periodo, segn el Ministerio de Agricultura. Esto ha sembrado el miedo a la desnutricin en uno de los pases ms pobres del hemisferio. Este giro brinda una perspectiva sobre las consecuencias del aumento de los precios de los alimentos en todo el mundo y del cambio de los hbitos alimenticios tanto en naciones prsperas como en pases en vas de desarrollo. La quinua pertenece a la familia chenopodium, relacionada con especies como la remolacha y la espinaca. Sus semillas tienen un ligero sabor a nueces y cuando se cocinan son casi translcidas. El reciente inters de los mercados extranjeros ha alterado la vida en lugares aislados en el sur de Bolivia, donde se produce buena parte de la quinua del pas. Los lderes agrcolas afirman que el incremento en las exportaciones de la planta ha mejorado el nivel de vida all y en otras zonas donde se cultiva. El aumento de precios tambin ha animado a los habitantes de las ciudades a regresar a sus terrenos en el campo durante las temporadas de siembra y cosecha. Y optar, de esta manera, a cultivarla y prepararla a mano. Lo que incluye eliminar con agua el recubrimiento de saponina, la resina que protege las semillas.

Las autoridades del Gobierno que preside Evo Morales aseguran que el cambio de preferencias alimentarias y la mayor capacidad para comprar comida procesada son las causas del descenso del consumo nacional de quinua. Aun as, el presidente Morales anunci que piensa ofrecer ms de 10 millones de dlares en prstamos a los productores de quinua orgnica y las autoridades sanitarias estn incorporando la planta en un paquete de comida suministrada cada mes a miles de embarazadas y madres nodrizas. Quinua Real La quinua real llega del altiplano sur con una humedad de 6 a 8% , est presenta alto contenido en saponina el cual se la quita por dos procesos va seca y hmeda en las empresas generalmente lo realizan por los mtodos mencionados : la primera se realiza con un escarificador la segunda por centrifugacin el caudal en la centrifugadora en variable dependiendo del contenido de saponina de la quinua. Del centrifugadora sale con una humedad inmediatamente al secado. de20 a 27% esta es sometida

3. Fundamento Terico El trmino secado se refiere generalmente a la eliminacin de humedad de una sustancia. En este sentido es un trmino algo vago y, a veces, se aplica de forma inconsistente, de modo que es necesario hacer algunas precisiones. Por ejemplo, un solido hmedo tal como la madera, tejido o papel puede ser secado por evaporacin de la humedad de un corriente de gas o por medios mecnicos como el exprimido o centrifugacin estos ltimos procedimientos no se consideran normalmente como secado. Una solucin puede desecarse por dispersin o nebulizacin en finas gotas en una corriente de gas caliente, que produce la evaporacin del lquido del lquido. Sin embargo, la evaporacin de unadisolucin en ausenciade una corriente de gas que elimine la humedad no se considera normalmente como secado. Un liquidocomo el benceno puede

ser secado de pequeas cantidades de agua que contenga por medio de una operacin que en realidad es una rectificacin, pero la eliminacin de pequeas cantidades de agua pueden ser secados por adsorcin. En general, lo distintos mtodos para llevar a cabo la desecacin de solidos o lquidos pueden ser de tipo mecnico o fisicoqumico. Los ms importantes son los siguientes: Mecnicos: a) Prensado: consiste en separar un lquido de un sistema solido- lquido, por compresin del sistema en condiciones que permitan que el lquido escape mientras que el solido quede retenido entre las superficies que los comprimen. b) Centrifugacin: consiste en aplicar una fuerza centrifuga suficientemente elevada, de forma que el liquido se desplaza en la direccin de la fuerza producindose la separacin. Fisicoqumicos a) Evaporacin superficial: cuando el producto hmedo se somete a la accin de una corriente de aire caliente, el lquido se evapora aumentando la humedad del aire. b) Liofilizacin: el lquido a eliminar, previamente congelado, se separa del producto que lo contiene mediantesublimacin, por aportacin de calor y vaco. Se aplica sobre todo a alimentos. c) Absorcin: este trmino se aplica a los gases hmedos, de los que se elimina el vapor de la mezcla gaseosa solubilizndolo en un lquido, como por ejemplo la disecacin de gases por tratamiento sulfrico. d) Adsorcin: consiste en la separacin de la humedad por retencin sobre un solido adsorbente, como por ejemplo la desecacin de aire con gel silica. e) Congelacin: separacin de la humedad de un liquido por cristalizacin de la misma, que se separa en forma solida. Tambinconviene establecer la diferencia entre dos conceptos similares que suelen confundirse: Desecacin, que consiste en la eliminacin de agua de un material hasta que su contenido este en equilibrio con el aire que lo rodeo, y deshidratacin, que consiste en la eliminacinprcticamente total de lagua que puede contener. La diferencia entre estos dos conceptos es, bsicamente cuantitativa. En este tema nos ocuparemos de la eliminacin de humedad de solidos o lquidos por evaporacin de una corriente gaseosa. En la prctica, la humedad es frecuentemente agua y el gas aire, de forma que nos referiremos principalmente a este sistema, aunque las consideraciones realizadas, as como los equipos descritos, sern aplicables a otros tipos de sistemas similares. El secado es una operacin que suele estar presente en todas las industrias qumicas. Las razones para su empleo son de diversos tipos:

y y y y y y

Facilitar la manipulacin en etapas posteriores. Reducir gastos de transporte. Facilitar la conservacin, sobre todo en alimentos y medicamentos. Aumentar el valor del producto. Aprovechar subproductos. Reducir volumen y aumentar la capacidad de aparatos en otras etapas del proceso, etc.

4. Equilibrio La humedad contenida en un solido hmedo o en un solido hmedo o en una solucin ejerce una presin de vapor dependiente de la naturaleza de la humedad, de la naturaleza del solido y de la temperatura. Si el solido hmedo se expone a una corriente de gas con una presin parcial del vapor p, el solido perder humedad por evaporacin, o la ganara a expensas del gas hasta que la presin de vapor de la humedad del solido iguales a la presin parcial de dicha corriente gaseosa. El solido y el gas se encuentran, entonces en equilibrio, y la humedad del solido se denomina humedad de equilibrio. 5. Balances de materia y energa. La siguiente figura muestra un esquema del proceso y la nomenclatura empelada. Un balance de materia en el elemento de control conduce a:

GdY=SdX Balance entorno de A G(Y Y1)=S(X X1) y para todo secador: G(Y2 Y1)=S(X2 X1)

El perfil de temperaturas delaire y del solido dentro del secador se muestra esquemticamente en la figura. El aire se enfra desde tg1 hasta tg2 y el solido desde tm2 a tm1. El aire de entrada, ms caliente, entra en contactocon el solido de salida, tambin el ms caliente. Dado que la circulacin es en contracorriente tanto la temperatura del aire como la del solido disminuyen con la longitud del secador en cada seccin del mismo (si se toma como origen el de la entrada del aire), de este modo se puede mantener una diferencia de temperatura relativamente constante a lo largo del secador. Se pueden distinguir los tres periodos de secado, el de induccin (a), el de velocidad constante (b) y el de velocidad decreciente (c). Para el clculo de estas temperaturas seria necesario realizar un balance de entalpia en el secador del tipo planteado en la ecuacin 15. Las

trayectorias del aire y el solido en un diagrama de Mollier se mostraron en la figura. A partir de un balance energtico: UdA(t ts) = UaAn(t ts)dz = GAncsdt

z = HOTNOT Para secadores rotatorios el clculo de HOT, empleamos la ecuacin de Friedman y Marshall:

El numero de unidades de transferencia NOT:

Para el primer periodo de secado.

Para el segundo periodo de secado.

El tiempo de secado, para la primera zona de secado

Para la segunda zona de secado.

6. Caractersticas de la materia prima. La simulacin del secador rotatorio requiere la siguiente informacin: y y y y Densidad de la quinua: aprox 0.68 g/ml (aprox al aparente) Densidad aparente: 0.7289 g/ml Humedad critica. 10% Humedad de equilibrio: 8 10%

La informacin de partida para la simulacin del secador rotatorio ser la siguiente. Densidad = 0.68 g/ml Densidad aparente = 0.7289 g/ml Humedad critica = 10% Humedad de equilibrio = 8% Humedad inicial = 38% (la quinua es fresca) Humedad final 10.7%

7. Manual del software de simulacin de secador rotatorio

8. Conclusiones y El programa modela los resultados de los productos y El programa muestra resultados que se pueden imprimir en forma de texto. y Las ecuaciones deducidas en clases fueron usadas para la simulacin de este secador rotatorio para el caso particular de la quinua.

9. Bibliografa y y y Problemas de Ingeniera Qumica Ocon Tojo OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA Treybal http://es.wikipedia.org/wiki/Chenopodium_quinoa

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS IV

INTEGRANTES: y y y y Chambi Ramos Yamel Solangel Figueroa Callejas Claudia Vernica Huallpa Mamani Tomasa Choque Montao Marcelo

DOCENTE: Ing. Jorge Vsquez FECHA: 20 de junio 2011