y

INFORME

“Deshidratador de Frutas y Hortalizas”

INGENIERIA EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL & ENERGIAS RENOVABLES

PRESENTA:

VO.BO VO.BO

ING. JOSE ALBERTO BALDERAS OLMO ING. CARLOS GELASIO VARGAS CUANALO

Tecamachalco, Pue., agosto de 2013

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TECAMACHALCO

Organismo Público Descentralizado del Estado de Puebla

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN.......................................................................................................

CAPÍTULO I : GENERALIDADES

1.1HISTORIA............................................................................................................

CAPÍTULO II : PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO

2.1 JUSTIFICACIÓN..................................................................................................2.2 OBJETIVO...........................................................................................................2.3 METAS................................................................................................................

CAPÍTULO III : DESARROLLO DEL PROYECTO

3.1 RESUMEN DE DESCRIPCIÓN...........................................................................3.2 LEVANTAMIENTOS DE DATOS.........................................................................

CAPÍTULO IV : APARTADOS FINALES

4.1 CONCLUSIONES................................................................................................4.2 RECOMENDACIONES........................................................................................4.3 BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................4.4 ANEXOS..............................................................................................................

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INTRODUCCIÓN

En la actualidad, buscar nuevas alternativas que permitan la obtención de energías

puras destinadas para su aplicación en procesos productivos requiere de saber ser

innovador, tener claro lo que se desea lograr y los fines a los que se pretende llegar.

Muchas industrias requieren el desarrollo de proyectos que logren abatir los nuevos

retos globales en cuanto al uso y aprovechamiento de las nuevas fuentes de energías

alternas con la intención de hacer así nuevas formas de trabajos, que garanticen la

supervivencia de las industrias, pero que también sean un nuevo medio de desarrollo

sustentable.

Al desarrollar un proyecto se tienen que cuantificar y medir cuáles serán sus

alcances, determinar el destino al que va dirigido o implementado, etc., con la

finalidad de hacer de tal proceso y producto una aplicación innovadora.

Con la aplicación de la ingeniería en mantenimiento industrial y energías renovables,

el fin común, es hacer uso y aplicación de la ingeniería para el aprovechamiento de

nuevas fuentes energéticas al servicio y aplicación a procesos productivos. El

proyecto como tal consiste en construir un deshidratador de hortalizas, que cumpla

con especificaciones requeridas por el cliente, el desarrollo de el trabajo se da por las

necesidades de cubrir un mercado de nuevas aplicaciones de las energías alternas,

pero con el plus de garantizar el nuevo cambio en el uso de las fuentes energéticas

que en esencia son minimizar el uso de medios convencionales o reducirlos

significativamente ante el aumento en los precios o en su defecto la disminución en

los yacimientos, así como el principio de evitar emisiones y residuos que contaminen

el medio ambiente.

El proyecto contempla un objetivo, una justificación, etc., pero también un desarrollo

del proceso realizado, hasta obtener el producto listo para el cliente.

Desde la implementación del problema o la necesidad a cubrir se establecerá u

avance en el cual se irá mencionando como se le va dando forma al deshidratador de

hortalizas.

3

4

9° “C”

Asesor :Ing. Carlos G. Vargas Cuanalo

PABLO BENITO AGUILARRICARDO ENRÍQUEZ GONZÁLEZALFREDO CASTILLO BAROJASCESAR SÁNCHEZ SÁNCHEZMARIELA ROJAS PARRAMARTIN TOBÓN CRUZELEAZAR TAPIA FLORESGERARDO DE JESÚS DOMÍNGUEZ

CAPÍTULO I GENERALIDADES

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1.1 HISTORIA

Las energías alternas han logrado fijar la mirada hacia una nueva forma de obtener

procesos productivos limpios y con fines de dejar a un lado aquellas energías

convencionales, altamente contaminantes y promoviendo un futuro más limpio y

provechoso al garantizar medios energéticos para fines del trabajo humano.

Hoy día su campo de aplicación está en constante crecimiento ofertando opciones y

perspectivas que generan beneficios a corto, mediano y largo alcance. Por citar

algunos son el viento, el agua, el sol, las mareas, la biomasa, geotérmica, etc.

Las aplicaciones son diversas sin embargo aún el camino es largo para estas nuevas

oportunidades.

Energía solar

La Energía Solar Fotovoltaica está basada en el efecto fotoeléctrico, que consiste en

la transformación directa de la luz en electricidad. Las instalaciones fotovoltaicas se

componen generalmente de módulos fotovoltaicos (paneles solares), un sistema de

baterías, (para asegurar el suministro en las horas sin sol) y los elementos

electrónicos de control tanto para la captación, la regulación y el consumo. Existen

principalmente dos sistemas fotovoltaicos: el sistema DC y el sistema AC.

En el sistema DC, las celdas fotovoltaicas cargan una batería durante el día (según la

disponibilidad de sol), y esta proporciona energía a una carga según se requiera.

El sistema AC cuenta con un generador de apoyo a las celdas fotovoltaicas, y este se

acciona para satisfacer la carga o bien para cargar la batería que es alimentada por

las celdas.

Al momento de establecer la forma mécanica o expresado de otro modo, le método

con el cual vamos a energizar nuestro sistema por medios solares, nos avocamos a

establecer los alcances y necesidades de la aplicación, orientada en nuestro caso a la

industria alimenticia.

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“La deshidratación solar de alimentos es una práctica que tiene miles de años de

antigüedad. Los deshidratadores solares modernos son más eficientes, protegen de la

lluvia, de la tierra y de los insectos y con ellos se puede integrar el secado de

alimentos y ropa, así como del calentamiento de la casa en una aplicación de

helioarquitectura.” 1

Nuestro diseño será una combinación de una torre eólica tipo chimenea con flujo

forzado mediante ventiladores los cuales moverán el flujo de aire encerrado. El aire

frío exterior es succionado el interior de nuestro diseño a través de la adaptación de

un ventilador para realizar el movimiento con mayor eficiencia. El funcionamiento de la

torre depende de la hora, el día y el viento, éste último no nos afectará ya que

tenemos medios mecánicos para el proceso.

1 La casa ecológica. Jorge Calvillo Unna. México 1999. P 23

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CAPÍTULO IIPLANTEAMIENTO DEL PROYECTO

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2.1 JUSTIFICACIÓN

El proyecto del deshidratador de frutas y hortalizas se ha realizado en primera

instancia para hacer uso y aplicación de las energías renovables en la Ingeniería de

Mantenimiento Industrial, en segundo, para satisfacer a un cliente, en este caso la

carrera de Procesos Alimentarios, al ofrecer un equipo nuevo e innovador para el

proceso de deshidratado en diversos productos, para así hacer frente a las

oportunidades de innovar y contar con equipos para el desarrollo del programa

enseñanza- aprendizaje de la carrera.

El proyecto como tal consiste en desarrollar un deshidratador de frutas y hortalizas

que permita la aplicación de las nuevas fuentes de energéticas en este caso Energías

Renovables Área Solar, para el desarrollo de procesos productivos capaces de cubrir

una demanda.

De la misma manera el proyecto se realiza para hacer más profundo el aprendizaje de

nuevas enseñanzas en la carrera de Ingeniería en Mantenimiento Industrial.

2.2 OBJETIVO

Proyectar, diseñar y construir un deshidratador de frutas y hortalizas con la aplicación

de la energía renovable, que contribuya al aprendizaje de los alumnos de la carrera

de procesos alimentarios.

Dicho equipo se desarrollará con recursos de los estudiantes utilizando material

residual para poder establecer un reproceso o reciclaje de materia prima ya sin uso o

aplicación ya para los que estaba destinado.

Debido a que utilizaremos productos alimenticios, al final de la maquila, y con el

debido proceso, podremos utilizarlo para el secado final de frutas y hortalizas.

El desarrollo mediante un algoritmo o diagrama de flujo nos permitirá analizar los

problemas y necesidades para así, poder llegar al diseño óptimo con los recursos a la

mano.

Las ecuaciones de ingeniería nos darán la oportunidad de establecer formas y normas

con las cuales podamos generar un desarrollo adaptable a múltiples servicios y

opciones no únicamente para el deshidratado, sino para poder simular habitáculos y

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sistemas helioarquitectónicos tales como Muros Trombe, torres de calentamiento y

enfriamiento y túneles de viento.

Las opciones son muchas y solamente con la aplicación y adaptación a varias

opciones, se entenderán otras vías de aprovechamiento.

2.3 METAS

Conocer la aplicación de las energías alternas

Lograr el producto de aprendizaje

Contribuir a mejoras de aplicación de las energías alternas

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CAPÍTULO III

DESARROLLO DEL PROYECTO

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3.1 RESUMEN DE DESCRIPCIÓN

El deshidratador de frutas y hortalizas se ha realizado bajo la supervisión del Ing.

Carlós G. Vargas Cuanalo, que en conjunto con nosotros, se desarrollo de la mejor

forma para obtener los resultado esperados.

El deshidratador tendrá como fin principal ser un equipo nuevo de vanguardia, ya

desarrollado en la industria por decirlo así y que proveerá de energía pura y limpia

obtenida de los rayos del sol que trabajara en acción con el panel fotovoltáico y los

ventiladores de admisión de aire, con el fin de deshidratar hortalizas procesadas en la

carrera de industrias alimenticias.

El proyecto contribuirá para fines académicos relacionados con la aplicación y

conjugación de las Ingenierías de Mantenimiento Industrial y Energías Renovables

Área Solar.

3.2 MARCO TEÓRICO

“Deshidratación” o “desecación” de alimentos es la operación unitaria en la que se

elimina por evaporación o sublimación casi toda el agua presente en los alimentos,

mediante la aplicación de calor bajo condiciones controladas.

El estudio del secado es de trascendental importancia en Ingeniería Química, debido

a que es una operación unitaria básica, para el manejo de productos sólidos. Entre las

operaciones unitarias, 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 elaboradas del 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, sobre todo de café.

En términos generales, el término secado se refiere a la eliminación de líquidos, en

cantidades grandes, de un material sólido, por medio de vapor arrastrado por un gas.

El líquido 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 del carbón, de productos alimenticios, de arena, entre otros.

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Es usual el uso del secado como medio de preservación de materiales biológicos, en

ocasiones, se llega hasta el límite de deshidratación, para disminuir la actividad

bacteriana o microbiológica en general. Esto se debe, a que la actividad

microbiológica cesa a niveles de humedad menores del 10%.

Al eliminar una parte de agua, el desarrollo de los microorganismos se bloquea. La

cantidad de agua que se excluye dependerá de la variedad de la fruta u hortaliza con

la que se trabaje.

Existen tres métodos de deshidratado para frutas y hortalizas que son: el secado

natural, el deshidratado con calor artificial y la deshidratación congelada.

Nuestro caso será el deshidratado con calor artificial, donde en una torre metálica

tipo chimenea se concentrará el calor gracias al color negro con el cual estará pintado

por el exterior. Dicho color permite modificar el espectro de la luz, permitiendo que se

absorban los rayos infrarrojos, los cuales tienen la más alta concentración de calor. La

temperatura de dicha chimenea en forma de gabinete, alcanzará los 60°C y al ser

metálica, el calor dentro de nuestro gabinete se concentrará empezando a generar la

vaporización.

El secado es un método de conservación de alimentos consistente en extraer el agua

de estos, lo que inhibe la proliferación de microorganismos y dificulta la putrefacción.

El secado de alimentos mediante el sol y el viento para evitar su deterioro ha sido

practicado desde antiguo. El agua suele eliminarse por evaporación (secado al aire, al

sol, ahumado o al viento) pero, en el caso de la liofilización, los alimentos se congelan

en primer lugar y luego se elimina el agua por sublimación.

Las bacterias, levaduras y hongos necesitan agua en el alimento para crecer. El

secado les impide efectivamente sobrevivir en él.

La fruta cambia completamente su carácter cuando se seca, como es el caso de las

uvas, las ciruelas pasas, los higos y los dátiles. El secado rara vez se utiliza para las

hortalizas, ya que elimina las vitaminas que contienen, pero bulbos tales como el ajo y

la cebolla se secan a menudo. También son frecuentes los pimientos chiles secos. En

Italia son típicos los tomates secados al sol, que se suelen consumir como antipasto.

Secadores indirectos al vacío con anaqueles.

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Este tipo de secador, es un secador por lotes, que funciona de manera similar al

secador de bandejas. Este secador está formado por un gabinete de hierro con

puertas herméticas, de modo que se trabaje al vacío. Los anaqueles están vacíos

dónde se colocan las bandejas con los materiales húmedos. En términos generales,

se trabaja con aire calentado con vapor. Esto no es siempre cierto, pues es posible

utilizar agua caliente, para operaciones a temperaturas suficientemente bajas.

Cabe recordar, que este tipo de secadores, puede ser utilizado para el secado de

materias termolábiles, como lo son algunos materiales biológicos y en ocasiones los

farmacéuticos, aunque el secado de estos no es tan común.

La conducción de calor en este tipo de secadores es por radiación desde las paredes

metálicas del secador. La humedad extraída del material es recogida por un

condensador dispuesto en el interior.3

Secadores continuos de túnel.

Este tipo de secador está formado por un túnel, por el cual pasan bandejas o

carretillas con el material a secar, dentro del túnel, se hace fluir, generalmente a

contracorriente, aire caliente, el cual sirve para secar los sólidos. Este tipo de secador

es típico de la industria alimenticia.

A diferencia de los secadores de bandejas, en este caso, el área superficial, no es tan

importante, debido a que la velocidad del aire y el tiempo de estadía dentro del

secador pueden variar en un rango muy amplio, por ende, estos secadores son muy

utilizados para materiales grandes.

El secado de verduras, frutas e incluso carnes puede realizarse artesanalmente, con o

sin la ayuda de deshidratadores eléctricos.

En la siguiente imagen se describe el proceso de deshidratación por energía solar,

similar al que se ha desarrollado:

IMPORTANCIA DE LAS FRUTAS Y HORTALIZAS

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Composición variada:

El contenido de agua oscila entre un 12% (cereales), a un 95% (hortalizas de

hoja o algunas frutas).

El pH en las frutas oscila entre 2,5 a 4,5. Éste dato nos indica que estamos en

un rango altamente ácido, por lo tanto es necesario tomar las precauciones

debidas para que los alimentos no acaben generando corrosión en los

anaqueles mientras que los demás vegetales se aproxima a la neutralidad (pH

de 6,0 -7,0).

La perecibilidad de las frutas se debe a su contenido de agua y sólidos solubles

(azúcares entre 6 y 25%, expresado en sacarosa).

Un manejo inadecuado o un grado avanzado de madurez en las frutas favorece

la contaminación microbiológica, pero no patógena para el consumidor

promedio (pH < 4 dificulta su crecimiento).

Actividad del agua

ALIMENTO = SUSTRATO + AGUA

HUMEDAD = CONTENIDO DE AGUA DEL ALIMENTO

Base de peso seco

HUMEDAD

Base de peso seco

Diagrama de humedad del aire

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Curvas de secado

Disminución del contenido de humedad en el tiempo

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

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El deshidratador solar, tiene una capacidad de 20 bandejas de 50cm x 70 cm, carga aproximada por  carro:

8 Kgs. de hongos frescos fileteados, por carro.

4 Kgs de tomates frescos, por carro.

carga total : 2 carros

total 6 kgs de hongos fileteados, Rinde 2 Kgs aproximadamente de hongos

secos fileteados.

total 8 kgs de tomates frescos. Rinde 2 Kgs. de tomates secos.

Tiempo de desecación 6 hs, a temperatura de + 38ºC. para los hongos

fileteados. (los tiempos pueden variar)

Tiempo de desecación 12 hs, a temperatura de + 45ºC. Para los tomates. Con

picos de 80°C.

Control de temperatura, con sensor de humedad del aire, y control de

tiempo programable con alarma.

Funciona automáticamente, y los ciclos de deshidratado se controlan por un

temporizador que avisa cuando está finalizado.

Posee turbinas de alta contrapresión, para simular el aire natural de la

atmósfera (o sea gran caudal y presión) .

Ventila el aire húmedo (renueva) automáticamente por "dampers".

El sistema de  calefacción es indirecto en todos los casos, evitando que los

gases de combustión afecten el producto a desecar.

Tener en cuenta que todos estos datos son orientativos, y depende mucho de

las condiciones atmosféricas y el grado de humedad ambiente, de la forma de

estibar, tamaño del producto, etc.

Nota: Observar para calcular la capacidad en Kgs de carga fresca a

deshidratar , la superficie de deshidratado para cada modelo.

Dimensiones generales

LARGO TOTAL 1.50 m. ANCHO TOTAL 50 cm.

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La clave de un buen desecado es la temperatura del proceso y una buena ventilación.

Lo más apropiado es que sea en temperaturas de 55 a 65 ºC. A esta temperatura

bastarán de 2 a 4 días dependiendo de la fruta y del tamaño de los trozos para

obtener una fruta deshidratada que conservará todas sus propiedades nutritivas y que

se conservará por largo tiempo.

Secador solar

Está integrado por tres partes fundamentales: a) colector solar de aire caliente; b)

cámara de secado y c) bandejas.

El colector solar tiene como objetivo básico capturar la energía del sol en una placa

metálica que puede ser lisa o corrugada, de color negro mate o cubierta con un vidrio

de 4 mm de espesor o en su defecto, con cualquier superficie transparente que pueda

soportar arriba de 100°C de temperatura y transformarla en energía calórica. La

cámara de secado es un sitio cerrado, ubicado en la parte alta del colector solar y

debe ser cubierta con un material que sea mal conductor de calor y llevar una

pequeña chimenea que permita el flujo de aire entre el interior y el exterior. Las

bandejas pueden ser construidas con marcos de hierro y malla de tela metálica,

donde va colocado el producto a procesar.

A continuación describimos los principios básicos necesarios que debemos conocer

para realizar un proceso de secado:

-El secado de cualquier producto implica un consumo de energía para evaporar el

agua que se necesita eliminar, por ejemplo, para evaporar:

1 Kg. de agua en cebolla requiere 1035 Btu

1 Kg. de agua en maíz requiere 2552 Btu

1 Kg. de agua en forrajes requiere 2420 Btu

-En el proceso de secado es importante conocer la cantidad de agua inicial que tiene

el producto y el remanente de agua sobrante después de finalizado el secado.

-Conocer la radiación global de la localidad donde se va a instalar el secador solar.

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-Calcular el balance de energía y para ello es necesario conocer el peso del agua que

queda en el producto (paf), peso de la materia seca (pms) y humedad final del

producto (hf).

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La utilización de un secador solar proporciona varias ventajas desde el punto de vista

práctico y económico.

Si se cuenta con un medio para conservar los alimentos, el desperdicio que se puede

tener a causa de una sobreproducción se ve reducido; se pueden comprar productos

en temporada, cuando son más baratos, y conservarlos deshidratados para utilizarlos

cuando estén fuera de época; deshidratando frutas se pueden obtener golosinas

nutritivas, saludables y económicas evitando el consumo de productos chatarra.

Desde el punto de vista de una sociedad igualitaria este proyecto fomenta el trabajo

en equipo, mejora la alimentación y la economía, y reduce el consumismo de

productos chatarra o embasados por empresas transnacionales, las cuales utilizan

una gran cantidad de conservadores. Además, se promueve el consumo de los

productos de la zona y se ayuda a los productores a mejorar el aprovechamiento de

sus cosechas.

Este tipo de proyectos fortalece la cohesión de grupos y propicia una mayor relación

entre productores e instituciones educativas que pudiesen apoyar en el mejoramiento

De los diseños, fomentando la colaboración y solidaridad de estudiantes con las

iniciativas ciudadanas.

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No

Diagrama de flujo del proceso

21

SI

NO

Inicio

DESHIDRATADOR DE FRUTAS Y HORTALIZAS

Si

REALIZAR LA COMPRA DE MATERIAL

APROBAR PRESUPUESTO

REALIZAR LISTA DE MATERIAL, Y PRESUPUESTO

REALIZAR Y AJUSTAR NUEVO PRESUPUESTO

ESTUDIO DE FACTIBILIDA

D DEL PROYECTO

PLANTEAR NUEVAMENTE EL PROYECTO

COMENZAR TRABAJAR

PROCESAR EL MATERIAL DE TRABAJO HASTA ADQUIRIR LOS RESULTADOS

CAPÍTULO IV

APARTADOS FINALES

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4.1 CONCLUSIÓN

Con la finalidad de hacer posible innovaciones a través del uso de las Energías

Alternas, el deshidratador de frutas y hortalizas es parte de este nuevo concepto de

aprovechar las nuevas fuentes de generación de las denominadas energías limpias o

verdes.

El proyecto ha sido desarrollado con la finalidad de que su aplicación sea para la

carrera de procesos alimentarios, que permita ser parte del proceso de enseñanza de

los alumnos.

El desarrollo de este producto ha traído como consecuencia entrar y comprender por

parte de los alumnos de la Ingeniería de Mantenimiento Industrial el hacer uso y

aplicación de este nuevo campo de la ciencia; las Energías Alternas demuestran el

por qué de su opción hacia el campo laboral, donde este proyectó garantiza y hace

énfasis en seguir cosechando más productos, para hacer de los procesos productivos

una nueva forma de trabajo con sustento ecológico.

El aprendizaje que se ha logrado en este tipo de trabajo deja como conclusión final un

gran aprendizaje para nosotros como estudiantes de la carrera de Ingeniería en

Mantenimiento Industrial.

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4.2 WEBGRAFÍA

http://web.ing.puc.cl/~power/alumno98/rural/pagina9.html

http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?Temaclave=1080

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4.3 AnexosLas siguientes imágenes representan el desarrollo del proyecto:

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