i DECLARACIN Yo, Christian David Guachamn Velsquez, declaro bajo juramento que el trabajo aqudescritoesdemautora;quenohasidopreviamentepresentadapara ningngradoocalificacinprofesional;y,queheconsultadolasreferencias bibliogrficas que se incluyen en este documento. Atravsdelapresentedeclaracincedomisderechosdepropiedadintelectual correspondientesaestetrabajo,alaEscuelaPolitcnicaNacional,segnlo establecidoporlaLeydePropiedadIntelectual,porsuReglamentoyporla normativa institucional vigente. _______________________________ Christian David Guachamn Velsquez ii CERTIFICACIN CertificoqueelpresentetrabajofuedesarrolladoporelseorChristianDavid Guachamn Velsquez, bajo mi supervisin. ____________________ Ing. Patricio FloresDIRECTOR DE PROYECTO iii DEDICATORIA Dedicadoatodamifamiliaportodala confianza, que han depositado en m. EspecialmenteparatiMnicaportodoel apoyo,amorycomprensinquemehas transmitido. iv AGRADECIMIENTO A Dios por permitirme llegar a esta instancia de mi vida. AlaFacultaddeIngenieraMecnica, PersonalDocenteyAdministrativoporla acertada colaboracin. Amisamigosycompaeros,portodoel tiempocompartido,enlaMejorFacultaddel Mundo v CONTENIDO RESUMEN........................................................................................................XV PRESENTACIN................................................................................................XVI NOMENCLATURA..............................................................................................XIX CAPTULO I 1 1GENERALIDADES DEL CACAO..................................................... 1 1.1ORIGEN DEL CACAO....................................................................... 1 1.2LA ECONOMA MUNDIAL DEL CACAO ........................................... 1 1.3EL CACAO EN EL ECUADOR........................................................... 1 1.4ZONAS DE CULTIVO........................................................................ 2 1.5CLASIFICACIN COMERCIAL E INDUSTRIAL DEL CACAO. ......... 2 1.5.1Cacao Ordinario................................................................................ 2 1.5.2Cacao Fino o de Aroma .................................................................... 2 1.6CLASIFICACIN DE ACUERDO A LA CALIDAD.............................. 2 1.7FISIOLOGA DEL CACAO................................................................. 3 1.8ESTRUCTURA DEL CACAO ............................................................ 4 1.8.1Cotiledn........................................................................................... 4 1.8.2Cscara............................................................................................. 5 1.8.3Tegumento........................................................................................ 5 1.9COMPOSICIN DEL CACAO........................................................... 5 1.9.1Grasa ................................................................................................ 5 1.9.2Pigmento del cacao........................................................................... 6 1.9.3Teobromina....................................................................................... 6 1.9.4Albmina ........................................................................................... 6 1.9.5Almidn ............................................................................................. 6 1.9.6Celulosa ............................................................................................ 6 1.9.7Sales Minerales................................................................................. 6 1.10AROMA CHOCOLATE...................................................................... 6 1.11PODER ALIMENTICIO DEL CACAO................................................. 7 1.12VARIEDADES DE CACAO EN EL ECUADOR.................................. 7 1.12.1Criollo................................................................................................ 7 vi 1.12.2Forastero Amaznico ........................................................................ 8 1.12.3Trinitario ............................................................................................ 9 1.12.4Nacional .......................................................................................... 10 1.13COMBATE DE ENFERMEDADES Y MANEJO DE INSECTOS PLAGA............................................................................................ 10 1.14BENEFICIO DEL CACAO................................................................ 11 1.14.1Cosecha.......................................................................................... 11 1.14.2Desgrane......................................................................................... 11 1.14.3Fermentacin .................................................................................. 11 1.14.4Secado............................................................................................ 11 1.14.5Almacenamiento ............................................................................. 12 1.15ELABORACIN DE PRODUCTOS DERIVADOS DEL CACAO...... 12 1.15.1Cadena de Elaboracin del Cacao.................................................. 13 CAPTULO II ........................................................................................................ 15 2FERMENTACIN Y SECADO........................................................ 15 2.1FERMENTACIN............................................................................ 15 2.1.1Proceso de la Fermentacin ........................................................... 15 2.1.2Tipos de Fermentacin.................................................................... 15 2.1.3Diferencia entre Putrefaccin y Fermentacin ................................ 16 2.1.4RequisitosPara la Fermentacin ................................................... 16 2.1.5Proceso de Fermentacin del Cacao.............................................. 16 2.1.6Fases de la Fermentacin del Cacao.............................................. 17 2.1.7Variacin de Temperatura en la Fermentacin del Cacao.............. 17 2.1.8Tiempo de Duracin de la Fermentacin del Cacao ....................... 17 2.1.9Tcnicas de Fermentacin del Cacao............................................. 18 2.1.10Propsito del Volteo de los Granos de Cacao................................. 21 2.1.11Recomendaciones al Fermentar el Cacao ...................................... 22 2.2SECADO......................................................................................... 22 2.2.1Introduccin..................................................................................... 22 2.2.2Ventajas del Secado ....................................................................... 23 2.2.3Mtodos Utilizados para el Secado de Alimentos ........................... 23 2.2.4Parmetros Involucrados en el Secado........................................... 23 vii 2.2.5Velocidad de Secado ...................................................................... 31 2.2.6Curvas Fundamentales de Secado. ................................................ 33 2.2.7Tiempo Total de Secado ................................................................. 34 2.2.8Isoterma de Sorcin........................................................................ 35 2.3SECADO DEL CACAO.................................................................... 39 2.3.1Secado Natural ............................................................................... 39 2.3.2Secado Artificial .............................................................................. 39 2.4FERMENTACIN, SECADO Y CALIDAD....................................... 40 CAPTULO III ....................................................................................................... 41 3PRINCIPIOS QUE RIGEN EL FUNCIONAMIENTO DE LOS SECADORES ................................................................................. 41 3.1SECADORES.................................................................................. 41 3.1.1Modo de Operacin......................................................................... 41 3.1.2Eficiencia Trmica........................................................................... 41 3.1.3Flujo de Aire.................................................................................... 41 3.1.4Tasa de Secado.............................................................................. 42 3.2CLASIFICACIN DE LOS SECADORES........................................ 42 3.2.1De Acuerdo al Origen de la Energa................................................ 42 3.2.2De Acuerdo a la Alimentacin del Elemento a Secar...................... 43 3.2.3De Acuerdo al Modo de Operacin................................................. 43 3.3SELECCIN DEL SECADOR......................................................... 43 3.3.1Tipo de materia tratada ................................................................... 43 3.3.2Caracterstica de los alrededores:................................................... 43 3.3.3Costos e Instalaciones .................................................................... 44 3.4PARTES DE UN SECADOR............................................................ 44 3.4.1Cmara de Acondicionamiento de Aire........................................... 44 3.4.2Cmara de secado.......................................................................... 45 3.4.3Ventilador ........................................................................................ 45 3.5COMBUSTIBLES............................................................................ 45 3.5.1Gas Licuado de Petrleo................................................................. 46 3.6PODER CALRICO DE COMBUSTIBLE........................................ 46 3.7COMBUSTIN................................................................................ 47 viii 3.7.1Reacciones en la combustin ......................................................... 47 3.7.2Temperatura de ignicin.................................................................. 48 3.7.3Composicin del aire....................................................................... 48 3.7.4Punto de Roco de los Productos.................................................... 48 3.7.5Relacin aire-combustible (A/C)...................................................... 49 3.7.6Combustin ideal y combustin real................................................ 49 3.8CANTIDAD DE AIRE NECESARIA PARA LA COMBUSTIN......... 49 3.9TOTAL DE MOLES DE AGUA EN LA COMBUSTIN..................... 50 3.10ENTALPA DE REACCIN ............................................................. 50 3.11ENTALPA DE FORMACIN .......................................................... 50 3.12ENTALPA DE COMBUSTIN........................................................ 51 3.13TEMPERATURA ADIABTICA DE LLAMA..................................... 51 3.14INTERCAMBIADORES DE CALOR................................................ 51 3.15ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE................................................ 52 3.15.1Calefaccin ..................................................................................... 52 3.15.2Humidificacin................................................................................. 52 3.15.3Deshumidificacin........................................................................... 53 3.15.4Enfriamiento evaporativo................................................................. 53 3.15.5Conceptos Involucrados en el Acondicionamiento del Aire............. 53 CAPTULO IV....................................................................................................... 56 4PARMETROS DE DISEO Y ALTERNATIVAS.......................... 56 4.1CARACTERSTICA DE LOS ALREDEDORES ............................... 56 4.2TIPO DE MATERIA TRATADA........................................................ 56 4.3CAPACIDAD (C).............................................................................. 57 4.4ISOTERMA DE SORCIN.............................................................. 58 4.4.1Anlisis de la Isoterma de Sorcin. ................................................. 58 4.5ALTERNATIVAS DE SECADO........................................................ 60 4.5.1Alternativa I. Secador de Bandejas o por Lotes .............................. 60 4.5.2Alternativa II. Secador Rotatorio ..................................................... 61 4.6TIEMPO DE SECADO..................................................................... 62 4.6.1Tiempo de secado a velocidad constante ....................................... 63 4.6.2Tiempo de secado a velocidad decreciente .................................... 67 ix 4.6.3Tiempo Total de Secado ................................................................. 69 4.7ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE................................................ 70 4.8FUENTE DE ENERGIA................................................................... 73 4.8.1Combustible .................................................................................... 73 4.9CALEFACCIN ELCTRICA.......................................................... 76 CAPTULO V........................................................................................................ 77 5SELECCIN DE LA ALTERNATIVA ............................................. 77 5.1PRODUCTO A TRATAR ................................................................. 77 5.2CONDICIONES DEL PROCESO..................................................... 77 5.3RESTRICCIONES........................................................................... 78 5.4VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA ALTERNATIVA.............. 78 5.5TIEMPO DE SECADO Y SELECCIN DE LA ALTERNATIVA........ 79 5.6COSTOS DE OPERACIN............................................................. 79 5.7CARACTERSTICAS DEL SECADOR SELECCIONADO............... 80 5.8FUNCIONAMIENTO DEL SECADOR SELECCIONADO................ 81 CAPTULO VI....................................................................................................... 82 6DISEO DEL SECADOR ............................................................... 82 6.1CONSIDERACIONES PRELIMINARES.......................................... 82 6.2PROPIEDADES DEL PRODUCTO................................................. 82 6.3CARACTERSTICAS DEL SECADOR ............................................ 82 6.4ELEMENTOS DEL SECADOR........................................................ 83 6.5DIMENSIONAMIENTO DE SECADOR. .......................................... 83 6.5.1Cmara de Secado ......................................................................... 83 6.6VELOCIDAD DE GIRO DEL AGITADOR Y TIEMPO DE PERMANENCIA DEL SLIDO EN EL SECADOR........................... 86 6.7TRANSPORTADOR........................................................................ 87 6.8CLCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA Y SELECCIN DEL MOTOR........................................................................................... 88 6.9SELECCIN DEL REDUCTOR DE VELOCIDADES....................... 92 6.10SELECCIN DE BANDA, POLEAS Y CATALINAS......................... 93 6.10.1Motor Reductor ............................................................................ 94 x 6.10.2Motor Ventilador........................................................................... 96 6.10.3Reductor - Transportador ................................................................ 97 6.10.4Reductor Eje Bastidor .................................................................. 98 6.11DISEO DE LOS EJES................................................................... 99 6.11.1Eje Bastidor..................................................................................... 99 6.11.2Eje Transportador.......................................................................... 107 6.12DISEO DE LAS PESTAAS ....................................................... 111 6.13DISEO DEL VOLANTE ESTATICO............................................. 114 6.13.1Perfil Rolado.................................................................................. 114 6.13.2Radio volante estatico. .................................................................. 116 6.14DISEO DEL VOLANTE GITATORIO........................................... 118 6.15ACOPLES PARA LA ENTRADA Y SALIDA DEL AIRE.................. 119 6.16SELECCIN DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR...................... 120 6.17CADA DE PRESIN EN EL SISTEMA......................................... 124 6.17.1Prdidas por friccin o esttica. .................................................... 124 6.17.2Prdidas dinmicas....................................................................... 126 6.18SELECCIN DEL VENTILADOR.................................................. 127 6.19CALENTADOR DE AGUA............................................................. 127 6.20MONTAJE Y MANUAL DE FUNCIONAMIENTO........................... 128 6.21PROTOCOLO DE PRUEBA.......................................................... 128 6.22PUESTA EN MARCHA DEL SECADOR........................................ 128 CAPITULO VII.................................................................................................... 130 7CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................ 130 7.1CONCLUSIONES:......................................................................... 130 7.2RECOMENDACIONES: ................................................................ 130 REFERENCIAS BIBLIORFICAS..................................................................... 132 ANEXOS...................................................................................................... 135 xi NDICE DE TABLAS Tabla 1-1 Clasificacin del cacao en grano de acuerdo a la calidad.................. 3 Tabla 1-2 Composicin de las semillas de cacao............................................... 4 Tabla 1-3 Composicin de las semillas de cacao............................................... 5 Tabla 2-1 Tiempos recomendados al fermentar en montones ......................... 19 Tabla 2-2Valores de las constantes de la ecuacin de Henderson modificada.37 Tabla 2-3 Parmetros de la ecuacin de Halsey para el cacao ....................... 37 Tabla 2-4 Parmetros de la ecuacin de Cheng-Post de diversos productos.. 38 Tabla 2-5 Caractersticas entre almendra bien y mal fermentadas. ................. 40 Tabla 3-1 Composicin qumica del GLP......................................................... 46 Tabla 3-2 Propiedades del Punto Crtico del Propano y Butano ...................... 47 Tabla 3-3 Temperatura de ignicin de algunas sustancias .............................. 48 Tabla 4-1ALTERNATIVA I. Secador de bandejas. Tiempo de secado a velocidad constante....................................................................... 65 Tabla 4-2 ALTERNATIVA II. Secador rotatorio. Tiempo de secado a velocidad constante....................................................................................... 67 Tabla 4-3 ALTERNATIVA I. Secador de bandejas. Tiempo de secado a velocidad decreciente.................................................................... 68 Tabla 4-4 ALTERNATIVA II. Secador rotatorio. Tiempo de secado a velocidad decreciente.................................................................................... 68 Tabla 4-5 ALTERNATIVA I. Secador de bandejas. Tiempo total de secado.... 69 Tabla 4-6 ALTERNATIVA II. Secador rotatorio. Tiempo total de secado ......... 70 Tabla 4-7Caractersticas del aire de los alrededores ....................................... 73 Tabla 4-8 Caractersticas del aire de secado ................................................... 73 Tabla 4-9 Valores de entalpa de formacin de los compuestos involucrados en la combustin ................................................................................ 75 Tabla 4-10 Propiedades de los productos.......................................................... 76 Tabla 4-11 Cantidad de combustible para generar 7,17 KW.............................. 76 Tabla 5-1 Ventajas / Desventajas de las alternativas....................................... 78 Tabla 5-2 Costo de operacin al utilizar combustible como fuente de energa 80 Tabla 5-3 Costo de operacin al utilizar potencia elctrica como fuente de energa .......................................................................................... 80 xii Tabla 6-1 Tiempo de permanencia de los granos en el secador, dependiendo del ngulo de cada ....................................................................... 87 Tabla 6-2 Dimensiones del transportador......................................................... 88 Tabla 6-3 Valores de mdulo de seccin (Z=I/c) ............................................ 113 Tabla 6-4 Cada de presin en la cmara de secado..................................... 126 Tabla 6-5 Cada de presin en los componentes del secador........................ 126 Tabla 6-6 Cada de presin dinmica............................................................. 127 Tabla 6-7 Capacidad del ventilador................................................................ 127 Tabla A-1 Tiempo hora/hombre al realizar las actividades en el secado ....... 167 Tabla A-2 Costo de la mquina...................................................................... 168 xiii NDICE DE GRFICOS Grfico 2-1Proceso de la fermentacin.......................................................... 15 Grfico2-2 Fermentacin del Cacao............................................................... 17 Grfico3-1 Balance de masa en la combustin.............................................. 51 Grfico4-1 Humedad de equilibrio Vs Humedad de equilibrio........................ 59 Grfico4-2 Alternativa I. Secador de bandejas o por lotes ............................. 60 Grfico4-3 Alternativa II. Secado Rotatorio .................................................... 62 Grfico4-4 Velocidad de Aire de Secado Vs Tiempo total de secado ............ 71 Grfico6-1 Diagrama de cuerpo libre de la cmara de secado ...................... 84 Grfico6-2 Sistema de movilidad.................................................................... 93 Grfico6-3 Fuerzas que actan en el Eje Bastidor ....................................... 100 Grfico6-4 Diagrama de cuerpo libre de Eje Bastidor. Plano XY ................. 101 Grfico6-5 Diagramas de: Cortantes (Vy),Momento (Mz) y Torsor (Tx) del eje bastidor........................................................................................ 102 Grfico6-6 Diagrama de cuerpo libre del Eje Bastidor. Plazo XZ................. 103 Grfico6-7 Diagramas de: Cortantes (Vy),Momento (Mz) y Torsor (Tx) del eje bastidor........................................................................................ 104 Grfico6-8 Diagrama de cuerpo libre del Eje Transportador ........................ 107 Grfico6-9 Diagramas de: Cortantes (Vy),Momento (Mz) y Torsor (Tx) del eje bastidor........................................................................................ 109 Grfico6-10 Diagrama de cuerpo libre del eje transportador. Plano XZ......... 109 Grfico6-11 Diagramas de: Cortantes (Vy),Momento (Mz) y Torsor (Tx) del eje bastidor........................................................................................ 110 Grfico6-12 Diagrama de cuerpo libre de lapestaa.................................... 112 Grfico6-13 Dimensiones de perfil de la pestaa........................................... 112 Grfico6-14 Diagrama de cuerpo libre del perfil rolado. ................................. 115 Grfico6-15 Columna con ambos extremos empotrados ............................... 117 Grfico6-16 Diagrama de cuerpo libre de la pestaa..................................... 118 Grfico6-17 Diagrama de cuerpo libre del radio del volante giratorio............. 118 Grfico6-18 Variacin de seccin transversal del ducto................................. 119 Grfico6-19 Distribucin de temperaturas para el intercambiador de calor en contraflujo. ................................................................................... 121xiv NDICE DE ANEXOS Anexo 1 CADENA DE ELABORACIN DEL CACAO.................................... 136 Anexo 2 FERMENTACIN EN MONTONES................................................. 137 Anexo 3 FERMENTADOR EN CAJAS (A) TIPO TRINITARIO, (B) TIPO ESCALERA ................................................................................. 138 Anexo 4 FERMENTADOR ROHAN................................................................ 139 Anexo 5 OTRAS TECNICAS PARA FEMENTAR .......................................... 140 Anexo 6 MANUAL WEG................................................................................. 141 Anexo 7 MANUAL REDUCTORES SITI......................................................... 145 Anexo 8 MANUAL DAYCO............................................................................. 148 Anexo 9 MANUAL FILTROS FLANDERS...................................................... 157 Anexo 10 MANUAL VENTILADORES COMEFRI ............................................ 158 Anexo 11 MANUAL MARTIN............................................................................ 160 Anexo 12 COSTOS.......................................................................................... 166 Anexo 13 CACAO FERMENTADO Y SECO (NGULO DE INCLINACIN).... 171 Anexo 14 CACAO AFECTADO (CON MOHO)................................................. 172 Anexo 15 DIMENSIONES DEL CACAO........................................................... 173 Anexo 16 PRODUCCION DE CACAO EN GRANO A NIVEL NACIONAL Y EN EL MERCADO MUNDIAL............................................................ 174 Anexo 17 PLANOS........................................................................................... 175 xv RESUMEN La gran exigencia de productos de calidad obliga a los productores a mejorar las tcnicas ocupadas para la obtencin de cacao fino. El Ecuador no poda quedarse almargen,porelloserealizaelpresenteproyectotituladoDISEODEUN SECADORDEGRANOSDECACAOFINO,queminimizaeltiempoocupado durante el secado, muestra tambin algunas recomendaciones para la realizacin deunadecuadofermentadoysecado.Generandomayoresingresosalpas,en especial a las personas involucradas directamente en este campo. Asegurando la permanencia del Ecuador en el mercado mundial. Laprincipalmotivacinparalaelaboracindeestetextoeselextensotiempo ocupado por los cacaoteros ecuatorianos para la obtencin de granos listos para almacenar,queenocasionesllegaadurarhastasietedas.Especialmente,por lascondicionesclimticasadversasquecomplicanylimitanlaobtencindeun productodecalidad.MediantelautilizacindelSECADORROTATORIOse obtieneunaadecuadaaireacinyvolteo,quefavorecennotablementela extraccin del exceso de agua del producto logrando obtener cacao con humedad del8%ensolosietehoras.Adems,elusodetcnicasyequiposadecuados minimizan la intervencin de la mano del hombre. LoselementosdiseadosyseleccionadosqueformanpartedelSECADOR ROTATORIO, son de fcil adquisicin en el mercado nacional y de acuerdo a las especificaciones de los fabricantes y/o proveedores. xvi PRESENTACIN Desde que fue descubierta la pepa de oro en el Ecuador se convirti en una de las principales fuentes de ingreso para un gran nmero de familias de diferentes lugares de las tres regiones del pas. Elfermentadoyelsecadosonlosprocesosmsimportantesduranteel tratamiento poscosecha de los granos de cacao y ha formado parte esencial en la realizacin del presente proyecto. Latecnificacindelosprocesosrealizadoporlosagricultoresecuatorianos tambin se convirti en uno de los principales objetivos. Adems de presentar el gran potencial que existe en el pas al realizar este tipo de proyectos. Despus de una exhaustiva interpretacin de los textos ya existentes y con ayuda del director de tesis y los colaboradores se lleg a la conclusin que el proceso al quesepuedeaccedercondispositivosmecnicoseselsecado,puesel fermentadorequieredelareaccinnaturaldelasalmendrasylaintervencin disminuye completamente el aroma y la calidad del producto. Para el fermentado sepresentanlosmtodosmsutilizadosconsuscaractersticas,ventajasy desventajas. Definidocualeselprocesoalquesevaaaccederseplanteeltemayse determin el proyecto, que se titula DISEO DE UN SECADOR DE GRANOS DE CACAO FINO. En el mercado se pueden encontrar varios dispositivos para el secado de granos, perodebidoalascaractersticaspropiasdelcacaoesnecesarioparticularizarel diseo,entoncessepresentanvariasalternativas.Luegodeunanlisisdelas ventajas y desventajas de cada uno se determina que el secador a disear es tipo ROTATORIO con las siguientes caractersticas: xvii Elproductoobtenidopresentahomogeneidaddebidoalpermanente volteo durante el secado. Elespacio fsicoocupado porelsecadoresreducidocomparado con las dems alternativas. Suversatilidadestalquepuedeserocupadoparatratarotros productos. El manejo del secador es muy simple y la intervencin de la mano de obra se reduce al control de los parmetros involucrados en el secado. Conrespectoalosconceptos bsicospresentados, estoshansidoseleccionado de tal manera que pueda ser entendidos todos los fenmenos que intervienen en el secado de granos. El contenido est desglosado de la siguiente manera: CAPITULOI.GeneralidadesdelCacao.Conceptosintroductoriosdelproductoa tratar.Zonasdecultivo.VariedadesenelEcuador.Clasificacin. Beneficio. CAPITULOII.FermentacinySecado.Conceptosinvolucradosenlosprocesos. Tcnicas de fermentacin. Parmetros involucrados en el secado. CAPITULOIII.Desarrollodelasecuacionesyprincipiosquerigenel funcionamientodelossecadores.Partesdeunsecador. Acondicionamiento de aire. CAPITULOIV.Anlisisdelosparmetrosdediseoydelasalternativas planteadas. CAPITULO V. Seleccin de la alternativa idnea para el proceso.CAPITULO VI. Diseo de los elementos mecnicos del secador y seleccin de los elementos normalizados. CAPITULO VII. Conclusiones y recomendaciones Ladisminucindeltiempoylatecnificacindelprocesofueronlosprincipales objetivosquesetrazaronaldesarrollarelpresenteproyecto.Luegodela culminacindelmismoymediantelaaplicacindelosconceptos,definicionesy xviii principiosexpuestoseneltemario,sedetermineltiempoenelcualsepuede obtener el producto con altos niveles de calidad. Es importante resaltar la gran cantidad de cacao fino que se produce en el pas, msdel90%delcacaoproducidoenelEcuadoresconsideradocomofinoyes exportadohaciaEuropa,peroporlafaltadeunadecuadotratamientoes compradocomocacaoordinario.Elcacaoecuatoriano,porsuexcelentearoma, es ocupado principalmente para mejorar el aroma del cacao ordinario. Por ello el inters de conseguir cacao de calidad que se convierta en mayores ingresos para los productores de la pepa de oro. xix NOMENCLATURA Area de transferencia de calor por conveccin [m2] Ai:reas de las secciones del perfil [m2] m:Aceleracin angular media [rad/s2] Atrea transversal [m2] AT:rea total de transferencia de calor [m2] b, hBase y altura de la seccin [m] Ce Distancia al centroide [m] CCapacidad [Kg.] CcCapacitancia trmica del fluido [J/K] ci:Distancia de los centroides de las secciones al centroide del elemento [m] CpCalor especfico a presin constante [J/Kg.K] CttCapacidad de transportacin terica [m3/h] DDimetro exterior tornillo [m] DcDimetro de la columna [mm] De Dimetro del ducto circular equivalente [m] dmDimetro medio [m] dDiferencial del ngulo descrito por ds [rad] DsDimetro del secador [m] dsDiferencial de sector circular [m] Diferencia de temperatura media logartmica [C] EMdulo de elasticidad. 207 [MPa] Eb:Potencia emisiva superficial [W /m2] er:Espesor del radiador f:Factor de exceso de aire FsFactor de servicio G:Velocidad msica del aire de secado [Kg. / s. m2] H:Entalpa[KJ / Kmol] hcCoeficiente de transferencia de calor por conveccin [W / m2.K] Hc:Entalpa de combustin [KJ / Kmol] HfgCalor latente de vaporizacin a la temperatura de bulbo hmedo [KJ/Kg] xx IMomento de inercia [m4] iRelacin de velocidades I:Momento de inercia [m4] I:Inercia del perfil [m4] IB:Inercia del bastidor [Kg.m2] Ic:Inercia del pin o catalina [Kg.m2] Ie:Inercia del eje [Kg.m2] Ig:Inercia de los granos [Kg.m2] Io:Inercia del rea con respecto a su centro de gravedad [m4] kFactor de conversin unidades K:Coeficiente de transferencia de calor por conduccin [W /m .K] kcConstante de condicin de extremos lPaso [m] L:Calor latente de vaporizacin del agua contenida en los granos [J/ Kg.] La:Longitud de cada aleta LcLongitud de la cadena [mm] Ld Longitud del ducto [m] lc:longitud de la columna [m] Le:Longitud del eje [m] LsLongitud del secador [m] MMomento flector [Kg.m] maMasa de aire seco [Kg.] ma:Masa de aire seco [Kg.] me:Masa del eje [Kg] msMasa seca del material [Kg.] Ms:Masa seca de producto [Kg.] mv:Masa de vapor [Kg.] mwMasa del agua contenida en los granos [Kg.] mRazn de cambio de la masa de agua extrada de los granos [Kg./s] NRevoluciones por minuto de giro del secador [rpm] Na:Nmero total de aletas. NDNmero de dientes del pion nH2OMoles de agua [Kmol] xxi nN2Moles de nitrgeno [Kmol] nO2Moles de oxgeno [Kmol] npr:Moles de productos [Kmol] NtVelocidad de giro del transportador [rpm] nv:Moles de vapor [Kmol] P:Presin atmosfrica [Kpa.] P:Carga de diseo Pa:Presin de aire seco [Kpa.] PcrCarga crtica [N] Pd Prdidas dinmicas de presin [Pa] Pf Prdidas de presin por friccin [Pa] Pg:Presin de saturacin a T [Kpa.] PM:Peso molecular [Kg. / Kmol] Poti:Potencia para vencer la inercia del bastidor [Hp] PotreqPotencia requerida [HP] PotTPotencia total [Hp] Pott:Potencia del transportador [Hp] Potv:Potencia del ventilador [Hp] Ppr:Presin de los productos [atm] Pv:Presin de vapor [Kpa.] Pv:Presin de vapor [atm] qTransferencia de calor [W] Q":Flujo de calor por unidad de rea [W / m2] Q:Flujo de calor [W] qmxTransferencia de calor mximo [W] RVelocidad de secado por unidad de tiempo [Kg. de vapor /sKg. de aire seco] r Radio del perfil rolado [m] :Densidad [Kg/m3] :Densidad del aire [Kg/m3] c:Densidad del acero, 7850 Kg/cm3 Rc:Velocidad constante de secado [Kg. / s. m2] Rd:Velocidad decreciente de secado [Kg. / s. m2] xxii re:Radio del eje [m] SyResistencia a la fluencia [Pa] TTemperatura del producto [C] T:Temperatura de la corriente libre [C] Talr*Temperatura de los alrededores[K] TcTemperatura del fluido fro [C] TgTemperatura de los granos [C] ThTemperatura del fluido caliente [C] Ti:Torque necesario para vender la inercia [N-m] Ti,oTemperatura del fluido caliente [C] TsTemperatura de secado [C] tTiempo [s] tc:Tiempo de secado a velocidad constante [s] td:Tiempo de secado a velocidad decreciente [s] tgTiempo de giro [s] ti,oTemperatura del fluido fro [C] ttotal:Tiempo total de secado [s] uCoeficiente global de transferencia de calor [W/m2K] U:Energa elstica de deformacin VaVelocidad del aire de secado [m/s] VFuerza cortante [Kg] Ve:Volumen del eje [m3] W:Peso total soporta el perfil Wc:Peso del cacao [Kg] We:Peso del eje [Kg] Wm:Peso de la madera [Kg] we:Velocidad angular del eje [rad/s] XHumedad del material en base seca [fraccin] XEHumedad de equilibrio [fraccin] XhContenido de humedad en base hmeda [fraccin] XLHumedad libre [fraccin] ZMdulo de la seccin [m3] z:Espesor de secado [m] xxiii :Humedad absoluta [Kg. de vapor / Kg. de aire seco] Incremento :Absortividad [adimensional] :Difusividad [m2/s] Eficiencia :Humedad relativa [adimensional] ngulo de rosca [] ngulo de inclinacin del secador [] Esfuerzo normal [Pa] Esfuerzo cortante [Pa] ngulo de hlice [] :Peso especfico del slido [Kg. / m3] Factor de seguridad Rugosidad de la superficie interior 1 CAPTULO I 1GENERALIDADES DEL CACAO 1.1ORIGEN DEL CACAO SecreequeelrboldecacaotuvoorigenenlacuencadelAmazonas,desde dondesepropaghaciaelesteyhaciaelnortedeMxico.Losespaoles extendieron su cultivo al Caribe e introdujeron el consumo del cacao en Europa. En la actualidad el cacao se cultiva principalmente en frica occidental, Centro y Sudamrica, Asia y Oceana. Casi el 55% de la produccin mundial esta a cargo de frica, siendo los principales pases productores Cte dIvoire, Ghana, Nigeria yCamern.Otro36%procededeAmricaCentralydelSurdondeaparecen como principales proveedores Brasil y en menor proporcin, el Ecuador. El resto se cultiva en Asia y Oceana. 1.2LA ECONOMA MUNDIAL DEL CACAO El cacao ha sido un producto bsico importante de comercio desde que, en 1.876, seinventlaelaboracindelchocolateabasedeleche.Elmercadoha evolucionadoenlaformatpicaquecaracterizaamuchosproductosbsicos originarios del mundo en desarrollo; lo ms destacable es que aunque el cacao se consumeprincipalmenteenlospasesindustrializados,lagranpartedesu produccinprocededepasesendesarrollo.Estacaractersticahaconducidoa undesequilibrioenlacantidadyenlacalidaddeinformacindisponiblea productores y consumidores. 1.3EL CACAO EN EL ECUADOR Elcacaoenelpastieneengeneralunrendimientode4a6quintalespor hectreaalaoporelpredominiodeplantacionesviejasymalmanejadas;sin embargo,usandomaterialadecuadoybuenmanejovade20a30quintaleso msdeacuerdoalsuelo,lascondicionesdecultivoymaterialempleado.Una plantacin bien manejada en buen terreno puede tener una vida til de ms de 20 aos y se puede prolongar an ms con una rehabilitacin mediante resepa. 2 La mayor demanda de cacao procede del exterior pues en lo nacional es poca su industrializacinporelbajoconsumodelapoblacinecuatoriana;lamayor elaboracindebombones,caramelos,chocolates,bebidas,etc.,serealiza preferentementeenlospaseseuropeosqueaprecianelsaboryaromade nuestro cacao. 1.4ZONAS DE CULTIVO Para el cultivo del cacao es necesario realizarlo principalmente en zonas desde el nivel del mar hasta alrededor de 1.000 msnm, con temperaturas de 17 a 31 C y con suelos profundos, frtiles y con buena humedad o facilidades de riego. 1.5CLASIFICACIN COMERCIAL E INDUSTRIAL DEL CACAO. En el mercado mundial el cacao se suele clasificar en dos categoras. 1.5.1 CACAO ORDINARIO La primera es la de los granos utilizados en la fabricacin de manteca de cacao y de productos con gran cantidad de chocolate. 1.5.2 CACAO FINO O DE AROMA Enestegruposeencuentranlosgranosquedancaractersticasespecficasde aromaocolorenchocolatesfinosyrevestimientos.Ademsseutilizanpara producircacaoenpolvoqueseloaprovechacomoaromaenlasrecetas domsticas y en la preparacin de diferentes productos y bebidas. 1.6CLASIFICACIN DE ACUERDO A LA CALIDAD DeacuerdoalanormaINEN176:2006,CuartaRevisinCacaoenGrano, Requisitos. Los cacaos del Ecuador por la calidad se clasifican, de acuerdo a lo establecido en la tabla 1-1, en Arriba y CNN51 3 Tabla 1-1 Clasificacin del cacao en grano de acuerdo a la calidad1 Arriba REQUISITOSUnidad A.S.S.P.S.A.S.S.S.A.S.S.A.S.N.A.S.E. CCN51 Cien pepas pesang135-140130-135120-125110-115105-110135-140 Buena fermentacin (min.) %7565604426 ***65 Ligera fermentacin* (min.) %10105102711 Violeta (mx.)%101521252518 Pizarroso (pastosos) (mx.) %491218185 Moho (mx.)%112341 TOTALES ( anlisis sobre 100 pepas) %100100100100100100 Defectuosos (anlisis sobre 500 gramos) (mx.) %0013 **41 TOTAL FERMENTADO (min.) %857565545376 A.S.S.P.SA.S.S.S. A.S.S. A.S.N.A.S.E. Arriba Superior Summer Plantacin Selecta. Arriba Superior Summer Selecto. Arriba Superior Selecto. Arriba Superior Navidad Arriba Superior poca * Coloracin violeta ** Se permite la presencia de granza solamente para el tipo A:S:E: *** La coloracin vara de marrn a violeta 1.7FISIOLOGA DEL CACAO Lasemillaestarevestidadeunaenvolturaotegumentodelgado,resistente,de colorrosado.Todoelvolumeninternoestaocupadopordoscotiledones fuertementeplegados,connumerososlbuloscuyocolorvaradeblancoa prpura intenso. Los cotiledones y el embrin estn cubiertos por una membrana translucidabrillante.Elembrin,diferenciadoenradculayplmula,estenla base de los cotiledones. La madurez fisiolgica de la semilla se alcanza antes que ladelfruto,peropierdesupodergerminativorpidamenteunavezsacadade este.

1 CACAO EN GRANO. REQUISITOS; NTE INEN 176:2006; Norma Tcnica Ecuatoriana, Instituto Ecuatoriano de Normalizacin, Cuarta Revisin; Primera edicin, Quito; Ecuador; 2006, Pgina 3 4 1.8ESTRUCTURA DEL CACAO Constituido por cuatro elementos que a continuacin se describen. Tabla 1-2 Composicin de las semillas de cacao2 ELEMENTO % EN UN GRANO CON 6.5% DE HUMEDAD Cotiledn 87.1% Cscara .12.0 Germen 0.9 Tegumento - Grfico 1.1Fisiologa de las semillas3. 1.8.1 COTILEDNLoscotiledonesllenanporcompletolacscarasondeaspectobrillantegraso, gris, castao oscuro y violeta. Se encuentran dos cotiledones en cada grano.

2GAVILNEZL.,SARMIENTOS.;DiseoyConstruccindeunPrototipodeMolinodeRodillos paraCacao;TesispreviaalaobtencindelttulodeIngenieroMecnico;EscuelaPolitcnica Nacional; 2001, Quito; Ecuador; pp 22. 3 www.wikipedia.com/fisiologiadelasemilladecaf Estructuradelfrutoy del grano:1. Almedras2. Endosperma3. Tegumento4. Endocarpio5. Muclago6. Mesocarpio7: Pericarpio 5 1.8.2 CSCARALacscararecubreloscotiledones,tieneformaplanayesquebradizade apariencia rojo pardo. La cscara tiene un espesor comprendido entre 200 y 250 m.1.8.3 TEGUMENTOEsuna membranatransparenteincoloraqueseencuentra entrelosplieguesdel cotiledn. 1.9COMPOSICIN DEL CACAO Los granos de cacao estn constituidos por sustancias alimenticias bsicas como grasas,hidratosdecarbonoyprotenas.Enlasiguientetablaseindicala composicin de los granos. Tabla 1-3 Composicin de las semillas de cacao4 SUSTANCIA % EN LA SEMILLA % EN LA CASCARA Agua7.9311.73 Protena14.1913.95 Teobromina1.430.73 Grasa45.574.66 Algodn y sustancias extractiva23.9243.29 Celulosa4.7816.02 Ceniza4.6110.71 1.9.1 GRASA Se encuentra aproximadamente en un 50% en los cotiledones de la semilla. Esta esunamezcladeglicridosdeloscidosgrasos.Ademsdelcotiledn,la cscara tambin contiene manteca de cacao, entre 4-5%.

4GAVILNEZL.,SARMIENTOS.;DiseoyConstruccindeunPrototipodeMolinodeRodillos paraCacao;TesispreviaalaobtencindelttulodeIngenieroMecnico;EscuelaPolitcnica Nacional; 2001, Quito; Ecuador; pp 8. 6 1.9.2 PIGMENTO DEL CACAO Eselencargadodeproporcionarengran parteelsaboryelaromaalosgranos de cacao. La coloracin de los granos depende del fermentado y secado que se haya dado. 1.9.3 TEOBROMINA Es un alcaloide del cacao semejante a la cafena. Causa excitacin del corazn, cerebroylosriones.Lateobrominaeslaqueproduceelamargorenlas semillas. 1.9.4 ALBMINA Es una de las sustancias de soporte de valor nutritivo del cacao. Se presenta en forma de globulina* y en gran cantidad en los granos no fermentados. 1.9.5 ALMIDN Parteimportantedeloscomponentesnutritivos,sepresentacomoharinaysus propiedades son similares al almidn comn. 1.9.6 CELULOSA Formalasparedescelularesylostejidosfibrovasculares,constituidospor anhdridos, hexosas y pentosas 1.9.7 SALES MINERALES El cacao es rico en sales minerales principalmente magnesio y fsforo. 1.10 AROMA CHOCOLATE Lasconsecuenciasmsimportantesdelasmodificacionesqueocurrenenlos cotiledonesalolargodelafermentacinsonlaaparicindelosprecursoresdel aromachocolate.Sustanciatodavamalconocidaqueseformadesdeel momento que mueren las habas, al tiempo que se produce la rpida destruccin

* Globulina. Protena vegetal y animal 7 de las antocianinas* solo ellas son capaces de dar a las habas de cacao despus de la torrefaccin** el sabor y el aroma caracterstico que la gente busca en este producto. 1.11 PODER ALIMENTICIO DEL CACAO El poder alimenticio del cacao es notable, dependiendo de la cantidad de manteca que desde 3 850 caloras/Kg. hasta 6 000 caloras/kg. Tieneunaltondicededigeribilidadquevariasegnelelemento.Conun80% para las protenas, 96% para las grasas y 85% para los hidratos de carbono. 1.12 VARIEDADES DE CACAO EN EL ECUADOR Loscacaoscultivadospresentanunavariedadgrandeenloreferentealas caractersticas del color, forma y dimensiones de las distintas partes de la flor, del fruto o de la semilla. Durante miles de aos el cacao ha sido cultivado en Amrica ytodoslostiposqueseencuentrannosonmsquevariedadesdelosque apenas es posible conocer su origen e historia.Sehanproducidomutaciones,sehanhechoseleccionesyhanintervenido numerososcruzamientosnaturales.Sinembargo,esposibledescribiruna clasificacinaceptadaporlamayoradeautoresydistribuirlosenlossiguientes grupos5 Criollo Forastero amaznico Trinitario Nacional1.12.1CRIOLLO Las caractersticas principales del cacao criollo son Estaminodios de color rosa plido.

* Antocianinas. Principio colorante azul de las plantas y flores ** Torrefaccin. Tostadura 5 BRAUDEAU, J; El Cacao; Primera edicin; Editorial Blume; Espaa; 1970, Pginas 17-20. 8 Mazorca de color rojo o verdeantes de la madurez, de forma alargada conunapuntaacentuadaenelextremoinferior,ymarcadoscon surcos profundos. Pericarpio*rugoso,delgadoyfcildecortar;elmesocarpio,delgado, esta poco lignificado Granos gruesos de seccin casi redonda, con los cotiledones frescos de color blanco o ligeramente pigmentados Grfico 1.2 Cacao Criollo6 1.12.2FORASTERO AMAZNICOPertenecen todos los cacaos corrientes del Brasil y del oeste de frica as como el cacao nacional del Ecuador y numerosos cultivos encontrados en los diferentes pasesdeAmricaCentralydelNortedeAmricadelSur.Lascaractersticas botnicas son: Estaminodios pigmentados de violeta. Mazorcadecolorverde(amarilloenlamadurez),demorfologa variablequeabarcadesdelaformadelcriollohastalaforma amelonado. Pericarpioespesoydifcildecortaracausadelapresenciadeun mesocarpio fuertemente lignificado. Granos ms o menos aplastados con los cotiledones frescos de color prpura subido.

* Pericarpio. Parte exterior del fruto, que cubre las semillas. 6 http://www.infoagro.go.cr/Agricola/indexagric.htm 9 Grfico 1.3Cacao Forastero6 1.12.3TRINITARIOEsta denominacin esta reservada a las formas hbridas de los cacaos importados de Trinidad o Venezuela. Los caracteres botnicos de los trinitario son difciles de definirlosdeunapoblacinhbridapolimorfadondesepuedeobservartodoslos tipos intermedios entre los Criollo por una parte y los Forastero por otra. Grfico 1.4Cacao Trinitario1 Una disyuncin grande de caracteres puede observarse en los descendientes de Trinitario. Cacao menos uniforme e inclua rboles que producan mazorcas ms cortas y relativamente ms anchas que las del cacao criollo, menos punteadas o enalgunoscasosnopunteadasdeltodos,visiblementemenosrugosasy surcadas, o an en enteramente lisas. 10 1.12.4NACIONAL Grfico 1.5Cacao Nacional6 Es el nombre dado al cacao tradicional que crece en la franja del bosque tropical aoccidentaldelosAndes(enEcuadorhastaelvalledelroGuayas)Elrbol tpico de este es en general ms alto que el rbol de criollo y forastero. Un rbol de cacao nacional suele dar un grano bastante grande (90 a 85 granos por100gramos)conuncotiledncastaoclarounavezelaboradoyunaroma caracterstico penetrante, pero agradable llamado el aroma arriba. En trminos generales como distincin precisa, puede decirse que los granos de forastero constituyen la mayor parte de cacao ordinario. Las otras tres categoras se consideran como cacao fino o de aroma 1.13 COMBATEDEENFERMEDADESYMANEJODEINSECTOS PLAGA De manera general no es recomendable el uso de pesticidas porque afectan a las poblacionesdeinsectospolinizadores.Sloencasosdeataques extremadamenteseverosserecomiendacombatirlosinsectosconaplicaciones dirigidas de pesticidas.En lo posible hay que evitarlo. Las ms comunesy que alcanzan prdidas econmicas son: la escoba de bruja, lamoniliayelmaldelmachete.Serecomiendahacerlapodasanitariaenla poca secay remover los frutos enfermos en cada cosecha. En caso de tener rboles enfermos con mal del machete quemarlos y desinfectar las herramientas con formaldehdo al pasar de un rbol a otro. 11 1.14 BENEFICIO DEL CACAO 1.14.1COSECHALa cosecha consiste en recolectar y abrir las mazorcas maduras. La mayor parte delasmazorcastomanuncolorcaractersticocuandomaduran.Esimportante quesecortensolamentemazorcasmaduras,puestoquecarecendesuficiente azcarenlapulpaparaunafermentacinsatisfactoria.Encambio,quela mazorcasdemasiadomadurastiendenasecarseypuedeninducirala germinacin de las almendras. 1.14.2DESGRANE Luegodelarecoleccinlas mazorcassonllevadascercadellugardondedeben ser fermentadas las habas. Consiste en partir las mazorcas y extraer los granos o habas. Este proceso se lo realiza por regla general a mano.1.14.3FERMENTACIN Tal como son extradas de las mazorcas, las habas frescas de cacao deben sufrir una serie de transformaciones que tiene por objeto esencialmente: Despojarlas de la pulpa mucilaginosa que las rodea. Provocarlamuertedelembrinyporconsiguienteevitarla germinacin del grano del cacao, facilitando su conservacin. Desencadenar profundas modificaciones bioqumicas en el interior de los cotiledones. 1.14.4SECADOPuededividirseendostiposnaturalyartificial.Alfinaldelafermentacinel contenidodehumedaddelgranodecacaoesde55%,paraalmacenarlocon seguridaddebeserdel7al8%.Larapidezdelsecadovaramuchosegnel mtodo que se utilice, pero existen ciertos lmites.1.14.4.1 Secado Natural. Lassuperficiesdemaderasonlasmejoresparaelsecadonatural;elprimerda sedisponeelgranoenmontculosquepermiteunaevaporacinlentadela humedad, reacomodndolo cada 2 horas. El cacao en general debe someterse a 12 secadolento;elprimerdaseexponealsolunas3horasenlamaanayotro tantoenlatarde;elsegundodaseextiendenlosgranosenlasuperficiede secadopor4horasenlamaanayenlatarde.Apartirdeltercerdasesecan continuamente para lograr 7 u 8% de humedad. 1.14.4.2 Secado Artificial.Cuando las condiciones climticas no son favorables al secado solar o cuando la importanciadelaplantacinestalquesehacenecesariosuperficies considerablesenelsecadonaturaldebenserconsideradosmtodosartificiales, ms rpidos El cacao absorbe fcilmente sabores y aromas por lo que debe evitarse el uso de equipos de secado para otros productos. Cuando se usan ciertos tipos simples de secadores, es esencial que el humo de la estufa no entre en contacto. 1.14.5ALMACENAMIENTO Aligualqueenelsecado,elalmacenamiento,debemantenerseseparadode otros productos cuyo sabor podra absorberse fcilmente. Si el piso sobre el que sevaaalmacenarelcacaoesdeconcreto,debeusarseunatarimademadera para aislarlo del piso. Lasalmendrasdecacaofermentadasysecadasconstituyenelcacaocrudo comercial y en esa forma se las empaca y embarca hacia las fbricas.1.15 ELABORACIN DE PRODUCTOS DERIVADOS DEL CACAO Existenbsicamentedosformasdeelaborarproductosapartirdelgranode cacao. Una produce artculos de consumo como tabletas, barritas y golosinas, y la otrafabricachocolateyproductosdelcacaoparasuconsumoenlaindustria alimenticia. Los elaboradores del grano de cacao pueden tambin clasificarse en fabricantesdechocolateeindustrialesprensadores.Lasegundaelabora nicamente manteca de cacao, torta de cacao y cacao en polvo. 13 1.15.1CADENA DE ELABORACIN DEL CACAO La cadena de elaboracin para obtener materia prima a base de cacao se puede observar en la pgina 136. 1.15.1.1 Descascarillado y Tostado Independiente de que los granos de cacao sean utilizados para la fabricacin de chocolateoseencaminenalaprensa,todosellosdebenpasarprimeroporel procesodedescascarilladoparalaproduccindepastadecacao.Despusde ser inspeccionados, los granos se limpian y se les retira la cascarilla.Despojados de esta, queda el cotiledn o carne de la almendra de cacao. Existen dos mtodos para la preparacin de los granos. Con el tostado previo se tuestan losgranosantesdequitarleslacascarilla.Conestemtodoescontrolablela intensidaddetostadura,yenconsecuencialosaromasresultantes.Seutilizaa menudo este para elaborara cacao fino o de aroma destinado a la fabricacin de chocolate. El segundo mtodo es el descascarillado previo: los granos se secan previamente con luz infrarroja a continuacin se descascarilla y luego se tuesta la carne hasta elpuntodeseado.Conelsecadosereduceeltamaodegranoy,alnotener cascarillaesposibletostarlosdemaneramsuniforme.Estemtodoesidneo para elaborar grandes cantidades. Algunoselaboradoressometenlosgranosdecacaoaalcalizacinantesde tostarlos. 1.15.1.2 Pasta de cacaoElprocesoconsisteenlamolturacindelosgranosdescascarilladosytostados hasta hacer una pasta, que se torna lquida por el calor producido por la friccin. Lapastapuedesometerseaotrosprocesosparaobtenerlascaractersticas requeridas,estosprocesossonremolturacin,humectacin,alcalizacin, resecado, refinacin. 14 1.15.1.3 Manteca de CacaoLamantecadecacaoseextraedelapastadecacaomedianteprensas hidrulicas, la grasa obtenida es de color claro ligeramente amarillento. Tiene un olorsuaveacacaoamenosquehayasidoobtenidadepastaalcalizada.A continuacin se filtra, despus se puede llenar directamente con la manteca cajas de cartn revestidas de plstico, o bien el producto se guarda en estado lquido en tanques calentados para ser suministrados a la industria chocolatera. 1.15.1.4 Torta de Cacao y Cacao en Polvo Latotalidaddelatortasemueleysetransformaenpolvodecacao,cuyavirtud principal es su capacidad para dar un gusto de cacao o chocolate a alimentos en que no entra este ingrediente. 15 CAPTULO II 2FERMENTACIN Y SECADO 2.1FERMENTACIN Seentiendeporfermentacinladescomposicindelassustanciasorgnicasde origen vegetal exenta de nitrgeno, preferentemente de hidratos de carbono o sus derivados por medio de bacterias, levaduras y mohos con produccin de energa.2.1.1 PROCESO DE LA FERMENTACIN Esunprocesoquecomprendelasreaccionesbioqumicasefectuadaspor microorganismos y/o enzimas. Es necesario tener en cuenta el lugar en donde se realice. De una manera esquemtica se puede representar como: Grfico 2-1Proceso de la fermentacin7 2.1.2 TIPOS DE FERMENTACIN En la fermentacin el oxgeno merece una mencin especial pues su ausencia o abundanciapermiteunaseleccintantodemicroorganismoscomodeproductos del metabolismo. Existen dos tipos de fermentacin:

7 http://www.monografias.com/trabajos14/procesodefermentacion.shtml MICROORGANISMOS ELEMENTOS NUTRIENTES CONDICIONESAMBIENTALES ADECUADAS Bacterias Levaduras HongosTejido celular C, H, O, N, S, P Metales Vitaminas pH, temperatura, viscosidad, oxigeno disuelto + + Fermentacin (microorganismos)+CO2+Productos intra y extracelulares 16 2.1.2.1Fermentacin aerbica Se denomina aerbica cuando se realiza en presencia de oxigeno molecular. 2.1.2.2Fermentacin anaerbica Cuandoelprocesoselorealizasinpresenciadeoxigenoselodenomina anaerbica. 2.1.3 DIFERENCIA ENTRE PUTREFACCIN Y FERMENTACIN La putrefaccin es una transformacin de las sustancias orgnicas nitrogenadas, sobretododelasprotenasdepesomolecularelevadoydesusfragmentosde origenanimalovegetal,casisiempredeolorrepugnante,yavecesvenenoso. Por lo general, no intervienen las levaduras.2.1.4 REQUISITOSPARA LA FERMENTACINPara que una fermentacin se realice son necesarios los siguientes requisitos: Tener un microorganismo de caractersticas idneas para el proceso. Proveerunmediodecultivoadecuado,quecontengatodoslos nutrientes y en las cantidades esenciales, ptimas de produccin Establecer y controlar las condiciones fisicoqumicas para el desarrollo de la fermentacin 2.1.5 PROCESO DE FERMENTACIN DEL CACAOLafermentacindelcacaoeliminaalmuclago,mataelembrin,mejorala aparienciadelgranodecacaoeinduceacambiosqueluegoproducirn,ensu procesamiento industrial, el sabor y aroma caracterstico del chocolate. Durante el proceso, la accin combinada y balanceada de temperatura, alcoholes, cidos,pHyhumedadmatanelembrin,queesindispensable,disminuyeel saboramargoporlaprdidadetheobromina,seproducenlasreacciones bioqumicasqueformanelchocolate.Enelprocesodefermentacindelas semillas del cacao los microorganismos juegan un papel importante. Lasalteracionesqumicasalinteriordelhabadecacao,dependendelamuerte delasclulasdelcotiledn.Susmembranascelularessedegradanypermiten queseponganencontactolosdiferentesconstituyentesqueestabanseparados 17 en el tejido vivo. La muerte, que tiene lugar durante el segundo da es producida principalmenteporelcidoactico.Latemperaturaaltaestambinunacausa contribuyente a la muerte de las clulas.2.1.6 FASES DE LA FERMENTACIN DEL CACAO La fermentacin del cacao esta compuesta de tres fases. La fase inicial consiste enunafermentacinalcohlicallevadaacaboporlaslevaduras.Seguidaala fermentacinalcohlicaseproduceunincrementoenlosrecuentosde lactobacilius,conlaproduccinasociadadecidolctico.Laterceraetapa consiste en una intensa acetificacin a cargo de las bacterias acticas.2.1.7 VARIACIN DE TEMPERATURA EN LA FERMENTACIN DEL CACAO Durantelafermentacinlatemperaturapuedesubirenlamasahasta50C aproximadamente.Cuandola temperaturallegaalos45C,losembrionesdela semilla mueren. En ese momento marca el inicio de los cambios bioqumicos que luego darn el sabor y el aroma al chocolate.

Hidratos de carbono de la pulpa

Alcohol etlicoCondiciones aerbicas (Presencia de aire)

cido actico Dixido de carbono Agua

Grfico2-2 Fermentacin del Cacao8 2.1.8 TIEMPO DE DURACIN DE LA FERMENTACIN DEL CACAOSe puede considerar entre cinco y seis das el perodo usual de fermentacin para el cacao forastero en montones o en cajas.

8 http://www.mundohelado.com/materiasprimas/chocolate/chocolate-fermentacion.htm 18 Durante los das de una fermentacin normal de forastero la actividad bacteriana contina bajo condiciones de aireacin progresiva mayor, gracias a los restos del drenaje de la pulpa desaparecen permitiendo que el aire se difunda por entre las habas. La alta temperatura se mantiene por la actividad bacteriana.El cacao criollo necesita mucha menos fermentacin y suele bastar con dos das.2.1.9 TCNICAS DE FERMENTACIN DEL CACAO Existenvariosmtodosdefermentacinparaelcacaoylosmsimportantesse describen a continuacin. 2.1.9.1Fermentacin en Montones Esquizselmtodomsusadoporlosproductoresecuatorianos,consisteen amontonar las almendras frescas sobre un piso de madera u otro material que los asledelsuelo,paraevitarlaprdidadecalor,elmontnsecubreconhojas, sacos u otro material inerte disponible. Para aumentar su eficiencia se perfora las hojas y se inclina la superficie donde est el cacao para acelerar el desbabe de la masa.Laremocindebehacersemsomenosalamitaddeltiempoempleado enelproceso.Teniendopresentedeloscuidadosquesehanvenido considerando tales como el cubrimiento del material, la remocin de cada da y el desage delosjugos delmontn,sepodraobteneruna buena fermentacin en algunos tipos de tendales. Un tipo de fermentacin especial es el utilizado en Ecuador, donde prcticamente nosehaceunafermentacinclsicasinoquelasalmendrasseamontonan durante la noche en los tendales, cubriendo los montones con hojas de pltano o con otros materiales para protegerlas del fro o conservar el calor. Las almendras debenpasarde15a24horasyluegoseextiendenlasalmendrasparaque contine el secado. La masa se debe voltear movindola de un lugar a otro. Para una mejor fermentacin y se vuelve a cubrir despus de cada volteado. Es fcil de realizar y de mnimo costo, en la unidad de produccin. Sielmaterialnoesdetiponacionalentonceselagricultordebeaprendera reconocerelmejortiempoparalafermentacin,acontinuacinalgunas recomendaciones: 19 Tabla 2-1 Tiempos recomendados al fermentar en montones9 GENOTIPOTIEMPO RECOMENDADO Mezcla venezolano con nacional2 a 4 das Hbridos entregados por el INIAP3 a 5 das Trinitario3 a 6 das Ver pgina 137. 2.1.9.2Fermentacin en Sacos Es comn que el pequeo agricultor abra sus mazorcas de cacao en el campo y pongalasalmendrasensacosdeplsticooyute,paratransportarlashaciael centrodefermentacin.Sedejanlasalmendrasendichossacosporunperiodo similar al expuesto en la fermentacin en montones. En algunas ocasiones estos sacossecuelgan,paraquetenganmejoraireacinysufranmenosataquesde animalesdainos.Tambinescostumbredealgunosagricultorescambiarde recipiente cada dos das, con el propsito que la masa se mezcle bien; quiz este detalle es el ms importante para obtener una mejor fermentacin. Si el recipiente se deja sin remover el tiempo recomendado, la fermentacin resulta deficiente y la mayora de las semillas en el centro del recipiente quedan sin fermentar. Este mtodo quiz no es el mejor mtodo para darle una buena calidad al cacao fermentado, pues es difcil manejar toda la masa en estos sacos y generalmente noseremueveelmaterialyporconsiguienteseobtieneunaspocasalmendras fermentadas y el resto no. Es importante que los sacos estn bien limpios o sean nuevos.

9 Enrquez, G.; Beneficio del Cacao; Secretaria de comunicacin del INIAP; 1995, Pgina 3 20 2.1.9.3Fermentadores en Cajas Es el mtodo ms ventajoso cuando se dispone de grandes cantidades de cacao. Construidas de madera con dimensiones variables que guardan una relacin con lacantidaddecacaoquesepuedacosecharyprocesar.Laalturaquemejores resultadosadadoes90cm.Elanchodelacajapuedevariardeacuerdoalas facilidades de manejo lateral de las almendras, pero no debe exceder de 120cm, dimensionesrecomendadasparaqueunhombredeestaturanormalpueda manejar la masa de cacao con facilidad. El fondo de la caja se provee de agujeros otablillasconunmximodeseparacinde0,5cmparapermitirelescurrimiento delmuclagoylaaireacin.Ellargodelacajapuedevariardependiendodela cantidad de cosecha que se tenga durante el pico ms importante de la cosecha. En general se estima que en un metro cbico de caja, entran al rededor de 800kg decacaohmedoounpocomsdependiendodeltamaodelasemillaydela cantidad de muclago. El sistema debe estar separado del piso aproximadamente entre15y20cm.Entrelasfacilidadesquebrindaelusodelascajasesque pueden ser colocadas en diferentes planos. Algunas fincas tienen un sistema de cajas largas, las semillas se van trasladando de un tramo a otro logrando remover las almendras y mejorando la fermentacin. Un sistema bien conocido es el fermentador trinitario, constituido por varias cajas con cierto grado de inclinacin o acopladas en escalera con tabiques separables, parafacilitarelvolteodelamasadecacaodeuncajnaotro.Paralograruna buena fermentacin el volteado es esencial. Ver pgina 138. 2.1.9.4Fermentador Rohan Enestesistemasedisponedegavetasquedebenmedir120x80x10cm.El fondoesde tablillasconunespesor entrede5y10cm,separadasalrededorde 0,5cm para permitir el desbabe y la circulacin de aire. La razn para que la altura delagavetaseade10cm,esdebidaalaaireacin.Paraobtenerbuenos resultados se apilan hasta un mximo de 12 bandejas. Cada 24 horas se cambia la posicin de las gavetas colocando debajo la que se encuentra arriba. El volteo tambinevitaelamontonamientodelosgranosylaaparicindehongos.Es 21 necesario tapar la parte superior con sacos usados o con otra caja llena de algn material inerte no contaminante, que disminuya la perdida de calor. El volteado se haceremoviendolamasadecacaocadadosdasparalograrunafermentacin homognea. Las bandejas rotan de su posicin original hacia arriba. Aunque sea unasolabandejaopila,sedebetapardenuevosupartesuperior.Tambin puede ser forrada toda la pila con sacos para reducir la prdida de calor. Sus ventajas evidentes es la facilidad de manejo, la colocacin en varias pilas de bandejasenunmenorespacioyesposibleusarlastambinparasecarlas almendras.Ver pgina 136. 2.1.9.5Otras Tcnicas Para Fermentar Sepuedenrealizarotrastcnicasparafermentarqueestnrelacionadoscon prcticasytradicioneslocales.Eselcasodelascestasfabricadasconfibra vegetal o plstica que sirven tanto para el traslado del cacao fresco, actan como fermentador y se aprovecha para almacenar el cacao beneficiado por el pequeo productor. En cada prctica la cesta debe estar seca y bien lavada. Elusodecestosplsticosharesultadotambinserunaalternativainteresante paralospequeosproductores.Sepuedeutilizaruncestoovariosdispuestos verticalmente, envueltos con sacos, plstico u otro material aislante no txico que sea til para disminuir la prdida de calor durante la fermentacin. El volteado se hacetrasladandolasalmendrasdecacaodeunrecipienteaotro,tambincon unapalapequeaseremuevelamasaysevuelveacubrirnuevamentehasta completar la fermentacin. Ver pgina 140. 2.1.10PROPSITO DEL VOLTEO DE LOS GRANOS DE CACAO Elpropsitodelvolteoesaumentarlaventilacinylograrunafermentacin homognea de toda la masa.22 2.1.11RECOMENDACIONES AL FERMENTAR EL CACAO Antes de proceder a fermentar el cacao en cajas es necesario limpiar el interior de loscajonesparadescartarlosrestosdeanterioresfermentaciones,insectosy hongos.Loshongoslogransobreviviralafermentacinysecadoenlosgranos contaminados, aunque suele ocurrir en la fermentacin en montones y cestas. S enelsecadonosereducelahumedaddelgranoa10%,loshongosproliferan, alterando la calidad del producto almacenado. LasdimensionesdelasbandejasdelfermentadorRohanydelsistemadecajas puedenvariar,sinembargo,espreferibleseleccionaraqueltamaoquepermita manipular las gavetas con comodidad. Lafermentacinfinalizacuandobajalatemperaturadelamasadecacao.Las almendrassehinchanyadquierenuncolorcontonalidadesrosadasoclaras. Otrossugierenqueenelcortelongitudinaldeungranofermentadodebera aparecer un color plido en el centro, rodeado de un crculo caf.2.2SECADO2.2.1 INTRODUCCIN Elsecadoesunaoperacinendondesereducelacantidaddeaguaque naturalmentetieneunproducto,hastaquecontengalahumedadquepermita almacenarloduranteunperiodolargoencondicionesambientalesordinarias,sin que pierda sus propiedades nutricionales y organolpticas. Elsecadomejoralaposibilidaddealmacenamientodelosmateriales,loque significa una prolongacin del tiempo de almacenamiento y una reduccin de las prdidasduranteelmismo.Eselprocesomsutilizadoparalapreservacinde los productos agrcolas. Adems,enelproductoseco,acausadequecesancasitotalmentesus actividadesmetablicas,sedancondicionesdesfavorablesparaeldesarrollode los microorganismos. 23 2.2.2 VENTAJAS DEL SECADO Laprincipalventajadesecadoencomparacinconotrastcnicascomola refrigeracin,lairradiacin,tratamientostrmicos,entreotros,eselcostoyla sencillez. Adems abarata los costos de produccin debido a tres puntos que son: Disminucin del peso a transportar Reduccin del espacio de almacenamiento El tiempo de almacenamiento es mayor Tambinsepodrahacerunamejorplanificacindelacosecha,encasode productos agrcolas, aprovechando mejor la mano de obra. 2.2.3 MTODOS UTILIZADOS PARA EL SECADO DE ALIMENTOS Los mtodos utilizados para el secado de alimentos se puede clasificar como: Secado directo Secado indirecto Secado con energa radiante Secado con congelacin Secadoporosmosis,queaprovechaelefectodeladiferenciade concentracinentreelaguadelproductoyunasolucinconcentrada (azcar o de sal) 2.2.4 PARMETROS INVOLUCRADOS EN EL SECADO Dependiendo delcaso,laimportancia decadavariablecambia, muchas de ellas interactanentresidurantetodoelproceso.Todosestosenvueltosenlos siguientes apartados: Equilibrio vapor- Lquido Transferencia de calorCondiciones externasAtmsfera de secado Tipo de grano24 2.2.4.1Equilibrio Vapor-Lquido Existenvariasformasdeexpresarelsistemaaire-agua,esdecir,lacantidadde agua presente en un slido. Pero para ello es necesario conocer el contenido de aguaenelelementoasecaryelcontenidodevapordeaguaenelaire circundante. Las grficas psicromtricas son una relacin definida de equilibrio en un sistema aire-agua. Para usar este tipo de grficas es necesario definir algunos trminos: 2.2.4.1.1Temperatura de Bulbo Seco Temperaturaobtenidaconuntermmetrocorrientedebulbo,colocadoenuna mezcla de aire y vapor de agua. Es la temperatura ordinaria del aire atmosfrico2.2.4.1.2Temperatura de Bulbo Hmedo Eslatemperaturaobtenidoalemplearuntermmetrocuyobulboestacubierto con unamechade algodnsaturadacon aguayla presenciade un flujodeaire sobreella.Laevaporacindelaguaproduceundescensodetemperatura respecto a la temperatura de bulbo seco. 2.2.4.1.3Humedad Absoluta10 Es la masa de vapor de agua presente en una masa unitaria de aire seco (Kg. de vapor /Kg. de aire seco), y se expresa como: avmm= (2-1) vvavP PPPP= = 622 . 0 622 . 0 (2-2) Donde: :Humedad absoluta [Kg. de vapor / Kg. de aire seco] mv: Masa de vapor [Kg]

10CENGEL,R.;Termodinmica;McGraw-Hill;Mxico;TomoII;SegundaEdicin;1996,pp692-695 25 ma : Masa de aire seco [Kg] Pv: Presin de vapor [KPa] Pa: Presin de aire seco [KPa] P:Presin atmosfrica [KPa] 2.2.4.1.4Humedad Relativa10 Relacin de la cantidad de humedad que el aire contiene con la cantidad mxima que el aire puede contener a la misma temperatura. Este valor, que es expresado enporcentaje,daunaideadelacantidaddevapordeaguaquecontieneuna mezcla aire-vapor de agua, en relacin con la cantidad que tendra si esta mezcla estuviera totalmente saturada a la misma presin y temperatura.gvgvPPmm= = (2-3) T sat gP P@=(2-4) En donde: Humedad relativa [adimensional] PgPresin de saturacin a T [Kpa] 2.2.4.2Transferencia de Calor11 Para secar un slido se producen dos procesos fundamentales y simultneos: Transmisin del calor para evaporar el lquido. Transferencia de masa en humedad interna y lquido evaporado. Latransferenciadecalorsedefinecomolaenergaentransitodebidoauna diferenciadetemperaturas,esdecirquesiemprequeexistaunadiferenciade temperatura entre diferentes cuerpos, debe ocurrir una transferencia de calor.

11 INCROPERA; F.; Fundamentos de Transferencia de Calor; Pearson Education; Cuarta Edicin; Mxico, pp 2-10 26 2.2.4.2.1Conveccin Latransferenciadecalorocurreentreunfluidoenmovimientoyunasuperficie, cuandoexisteunadiferenciadetemperaturaentreestos.Elmodeloparaeste fenmeno esta dado por: ) ( " = T T h qs c(2-5) q":Flujo de calor por unidad de rea [W / m2] hc:Coeficiente de transferencia de calor por conveccin [W / m2.K] Ts:Temperatura de la superficie [C] T:Temperatura de la corriente libre [C] 2.2.4.2.2Conduccin Se considera como la transferencia de energa de las partculas ms energticas a las menos energticas, debido a la actividad atmica y molecular. La ecuacin que obedece a este modo de transferencia de calor esta dado por: dxdTk q = " (2-6) k:Coeficiente de transferencia de calor por conduccin [W /m .K] dxdT: Gradiente de temperatura en la direccin x 2.2.4.2.3Radiacin Definida como la energa emitida por la materia que tiene una temperatura finita. Lavelocidadnetadetransferenciadecalorporradiacintrmicaexpresadapor unidad de superficie es: ) ( ) ( "4 * 4 * *alr s s bT T G T E q = = (2-7) :Emisividad [adimensional] :Constante de Stefan-Boltzmann [5.67x10-8 W /m2.K4] :Absortividad[adimensional]Eb:Potencia emisiva superficial [W /m2] G:Irradiacin [W/ m2] 27 Ts*:Temperatura de la superficie[K] Talr* Temperatura de los alrededores[K] Latransferenciadecalorseproducepredominantementeporconduccin (secadoresindirectos enloscuales elmaterialsesecaatravsdeunapared)y porconveccin(utilizadoensecadoresdirectosdondeel materialessecadopor una corriente que pasa a travs de el sobre el material), aunque es cierto que en todoslossecadoressetransfierecalorporradiacin,esraroqueesteseael mecanismo que predomina12 2.2.4.3Condiciones externasLosparmetrosqueintervienensonlascondicionesdeaireambiente,esdecir, temperaturayhumedadrelativa.Estasinfluyendirectamenteenlacantidadde calor que hay que suministrar al secador para realizar el secado. 2.2.4.4Atmsfera de secado Parmetros analizados en el interior del secador son: La temperatura de secado Humedad del flujo de aire Flujo de aire Flujo del producto. 2.2.4.5Tipo de grano Cita las caractersticas del producto a procesar, que son: Contenido de humedad en los granos Calor latente de vaporizacin del agua contenida en los granos Temperatura admisible de secado

12NONHEBEL,G;ElSecadodeSlidosenlaIndustriaQumica;EditorialRevertS.A.;Espaa; 1979, pp 12. 28 2.2.4.5.1Contenido de humedad en los granos Para expresar la cantidad de agua que contiene el slido a secar, es conveniente definirciertosparmetroscomo:elcontenidodehumedadenbasesecayel contenido de humedad en base humedad. Para ello se considerara que el slido hmedo est formado por una parte completamente seca llamada masa seca ms una cierta cantidad de agua. Contenido de humedad en base hmeda Definido como la cantidad de agua que contiene el slido al slido hmedos wwhm mmX+=( 2-8) Xh Contenido de humedad en base hmeda [fraccin] mw Masa del agua contenida en los granos [Kg.] ms Masa seca del material [Kg.] Contenido de humedad en base seca Es la relacin expresada en porcentaje entre la cantidad de agua al slido seco: % 100 .swmmX=(2-9) XHumedad del material en base seca [fraccin] Cuandoelproductocontengamayorcantidaddeaguaquedeparteslidaes posible obtener valores mayores al 100%. Relacionando las ecuaciones 2-9 y 2-10 se obtiene una relacin entre la humedad en base seca y humedad en base hmeda. Dada por: 1 +=XXXh(2-10) 29 Humedad de equilibrio. Cuando una sustancia se expone al aire no saturado comenzar a evaporarse o condensarse agua en l, hasta que las presiones parciales del vapor contenido en el aire y del lquido contenido en el slido se igualen. El slido y el aire estarn en equilibrio, definiendo como humedad en equilibrio, al contenido de agua en base secaquetieneelslidoenesemomentoysiemprequenocambienlas circunstancias externas. Para una temperatura dada, la humedad en equilibrio del slido depende de la humedad relativa que tenga el aire. Humedad libre. Humedadquepuedeperderunproductoalestarexpuestoasuficienteairea condicionesestables,expresadocomoladiferenciaentrelahumedadenbase seca y la humedad de equilibrio. E LX X X =( 2-11) XL Humedad libre [fraccin] XE Humedad de equilibrio [fraccin] Humedad ligada. Cantidad mnima de humedad para considerar al slido como higroscpico.Humedad desligada.Humedad que contiene una sustancia que ejerce una presin de vapor similar a la del lquido puro a la misma temperatura. Humedad crtica (Xc). Punto en el que termina la humedad ligada y empieza la humedad desligada. 2.2.4.5.2Naturaleza de la humedad. Casisiemprelahumedadcontenidaencualquierproductosepresentacomo agua, segn la naturaleza entre la humedad y la masa seca se distinguen: 30 Lquido contenido en los granos Enlosgranosexisteciertacantidaddelquidoqueformapartedeestosyque esta bien diferenciadoson: Lquido adherente o adsorbenteLquido impregnado o capilar Lquido bajo tensin osmtica Lquido adherente o adsorbenteUnapartedelaguaenelgrano,estestrechamentevinculadaconlasustancia absorbente.Secomponedeunacapamonomolecularligadaadeterminados agrupamientosmoleculares.Latensinsuperficialdellquidoadherenteo adsorbente corresponder a su valor de saturacin para cada temperatura. Lquido impregnado o capilar Esagua que se puede mantener libremente en los espacios correspondientes a losporosdelosgranosgraciasafuerzascapilares.Estacantidaddeaguase conocecomoaguadeimpregnacin.Denominadatambinagualibreo absorbida, tiene las mismas propiedades que el agua libre. La presencia de agua libreenelgranoloinhabilitaparaelalmacenamiento,puedefavorecerel desarrollodehongosybacterias.Estetipodeaguaseevaporafcilmenteenel secado. Lquido bajo tensin osmtica Losgranoscontienenademsagualiquidabajotensinosmtica.Eslquido solvente que retienen diferentes sustancias en las clulas del material. Permite las reacciones qumicas en consecuencia el desarrollo de enzinas y adems hongos. Este se reduce con el secado. 2.2.4.5.3Calor latente de vaporizacin del agua contenida en los granos (L) Elcalorlatentedevaporizacineslaenerganecesariapararealizaruncambio defaseysedefinecomounamedidadelacantidaddeenergaparasecarun determinadomaterialyeslaquepermitedimensionarlacapacidaddelafuente de energa. 31 Sehandesarrolladounsinnmerodemodelosmatemticosquepermiten dimensionar el calor latente de vaporizacin presente en los granos, uno de estos dada por: [ ] ) 25 , 28 exp( 35 , 4 1 ) 570 , 0 606 ( X T L + =(2-12) L: Calor latente de vaporizacin del agua contenida en los granos [J/ Kg.] TTemperatura del producto [C] 2.2.4.5.4Temperatura admisible de secado Dependiendodeltipodematerialatratarsedeterminalatemperaturaadmisible de secado, por ser un valor particular de cada producto.2.2.5 VELOCIDAD DE SECADO En el proceso de secado se asume que toda el agua extrada de los granos pasa a formar partedel airedesecado,entonces elbalancedemasaserexpresado como: X m m ms a w = = (2-13) ma Masa de aire seco [Kg.] Incremento de la humedad absoluta [Kg. de vapor / Kg. de aire seco] XVariacin de la humedad en base seca [fraccin] La velocidad de secado (R) se expresa como la variacin de la humedad en base secad del producto por unidad de tiempo: tXmmRsw= =(2-14) w mRazn de cambio de la masa de agua extrada de los granos [Kg./s] RVelocidad de secado por unidad de tiempo [Kg. de vapor /sKg. de aire seco] tTiempo [s] 32 2.2.5.1Velocidad de Secado por Conveccin13 Laenerganecesariaparasecarelproductoessuministradosolamenteporel calor sensible del gas de secado, mientras el lquido se disminuye evaporado en la corriente del gas, puede formularse un equilibrio dinmico entre la velocidad de suministrodecalorylavelocidaddeeliminacindelquidodelasiguiente manera: fgs g cHT T A hdtdR) ( = (2-15) hc Coeficiente de transferencia de calor por conveccin [W / m2.K] A rea de transferencia de calor por conveccin [m2] TgTemperatura de los granos [C] TsTemperatura de secado [C] HfgCalor latente de vaporizacin a la temperatura de bulbo hmedo [KJ/Kg] 2.2.5.2Velocidad de Secado por Conduccin13 Considerandouncuerpohmedoprovistoenunrecipientecerrado,alquesele extrae el vapor, la velocidad del secado depender del aporte de calor al material, dada por la ecuacin: dtdQH dtdRfg310= (2-16) Q:Flujo de calor [W] 2.2.5.3Velocidad de Secado por Radiacin13 Generalmente la transferencia de calor por radiacin solo representa una mnima mejora de la transferencia de calor por conveccin o conduccin.

13NONHEBEL,G;ElSecadodeSlidosenlaIndustriaQumica;EditorialRevertS.A.;Espaa; 1979, pp 13 59. 33 2.2.6 CURVAS FUNDAMENTALES DE SECADO. Larepresentacingrficadelavelocidaddesecadofrentealahumedaddel producto o frente al tiempo se denomina curva de secado y dependen del tipo de producto a tratar. La velocidad de secado no es la misma durante todo el proceso, es decir, que la eliminacin de agua se realiza en una serie de etapas en las que lavelocidaddesecadoesdiferente.Generalmentelaformadelascurvases complicadaydebenobtenerseexperimentalmente.Desdeelpuntodevista terico pueden realizarse algunos clculos aproximados en alguna de las etapas anteriormente mencionadas. Apartirdelascurvasdesecadopuedetenerseunaideadeltiempodesecado, consumodeenerga,mecanismodeextraccindehumedad,condiciones predominantes enlatransferenciadecalorymasa,ydelainfluenciaquetienen enlavelocidaddesecadolasvariablesdelprocesotalescomo:temperatura, humedad de entrada, velocidad del aire, etc. En estas curvas se puede determinar los siguientes periodos: 2.2.6.1Perodo de velocidad constante (Rc) 14 Duranteesteperodoelsecadoansellevaacaboporevaporacindela humedaddesdeunasuperficiesaturadaolibre,elmaterialpermaneceala temperatura de bulbo hmedo. HfgT T hRcg s c) .( = (2-17) Rc:Velocidad constante de secado [Kg. / s. m2] Para flujo de aire paralelo a la superficie el valor del coeficiente de conveccin es: 8 , 0. 0735 , 0 G hc= (2-18)

14 VIAN ANGEL; Elementos de Ingeniera Qumica; Madrid; Editorial Aguilar; 1980, pp 488-489 34 Y para flujo perpendicular: 37 , 0. 2 , 4 G hc= (2-19) G:Velocidad msica del aire de secado [Kg. / s. m2] 2.2.6.2Primer perodo de velocidad decreciente 14 Elcontenidodehumedadalfinaldelperododevelocidadconstanteesel contenido de humedad crtico (Xc). En este punto la superficie del slido ya no se encuentrasaturadadeagua,ylavelocidaddesecadodisminuyeconla disminucindelcontenidodehumedadyelincrementoenlatemperatura.Enel puntofinaldeesteperodo,lapelculadehumedadsuperficialsehaevaporado completamente y, con el posterior decrecimiento en el contenido de humedad, la velocidad de secado es controlada por la velocidad de movimiento de la humedad dentro del slido. zX XRde. 4) .( . .2= (2-20) :Difusividad [m2/s] :Densidad del slido [Kg. / m3] X:Humedad [fraccin] XE:Humedad de equilibrio [fraccin] z:Espesor de secado [m] 2.2.7 TIEMPO TOTAL DE SECADO Antes de analizar el tiempo total de secado es necesario determinar el tiempo de secadoyaseaparaelperiododevelocidadconstanteoparaelperiodode velocidad decreciente, en forma general esta dado como sigue: RdXAMdts =(2-21) Ms:Masa seca de producto [Kg] DondeelvalordeXestaraentreelvalordelahumedadenbasesecainicialy final. 35 El tiempo total de secado estara dado por la sumatoria del tiempo ocupado en los dos periodos de velocidad del proceso, expresado en la siguiente ecuacin: d c Totalt t t + =(2-22) ttotal:Tiempo total de secado [s] tc: Tiempo de secado a velocidad constante [s] td: Tiempo de secado a velocidad decreciente [s] 2.2.7.1Tiempo de secado en el perodo de velocidad constanteEnesteperiodoelvalordelavelocidaddesecadopermanececonstanteyel tiempo de secado a velocidad constante es: c sc i scR AX X Mt.) .( = (2-23) As: rea de secado [m2] 2.2.7.2Tiempo de secado en el perodo de velocidad decrecienteRealizandolosreemplazospertinentesenlaecuacin2-24eltiempodesecado en el perodo decreciente estara dado por: |||

\|=e fe cdX XX X dt ln.422 (2-24) Entonces el tiempo total de secado ser: ( )|||

\|+=e fe ccc i sTX XX X dR AX X Mt ln.4.22 (2-25) 2.2.8 ISOTERMA DE SORCIN Estagrficadescribelaspropiedadeshigroscpicasdeunmaterialen condiciones de temperatura constante. La higroscopicidad es la propiedad de los materiales a ganar o perder humedad desde o hacia la atmsfera cuando cambia lahumedadrelativa.Unaisotermaesunacurvaquerelacionaelcontenidode humedad de equilibrio de un producto con la humedad relativa del aire o actividad de agua del producto. 36 Elcontenidodehumedaddeequilibriodeunmaterialhigroscpico,en determinadascondicionesdetemperaturayhumedadrelativadeequilibrio, depende del camino que se siga para alcanzar el equilibrio. As, para una misma humedadrelativa,puedehaberdosisotermas,denominadasisotermasde adsorcin y de desercin, obtenas en funcin de las condiciones experimentales iniciales.Esto,porqueelmaterialpuedepresentaruncontenidodehumedad menoro mayorquelahumedad deequilibrioparalascondicionesdelambiente. Fenmeno llamado histresis.2.2.8.1Modelos de Equilibrio higroscpico Paraexplicarestefenmenosehanpropuestodiversosmodelostericos,semi tericosyempricosparaexpresarelcontenidodehumedadde equilibriodelos granos,peroningnmodelotericoescapazdepredecirexactamenteel contenido de humedad de equilibrio de granos en todas las gamas de temperatura yhumedadrelativa.Ademsalgunosmodelostienenencuentalatemperatura. Las ecuaciones de Henderson, Chung-Pfost y Halsey son consideradas como las quemejorexpresanelcontenidodehumedaddeequilibriodegranosengamas msampliasdetemperaturayhumedadrelativa.Lasmodificacionesempricas mejoraronsustancialmentedichasecuacionesylashicieronaplicablesauna mayor parte del abanico de temperaturas y humedades relativas. 2.2.8.1.1Ecuaciones de humedad de equilibrio para diversos productos Ecuacin de Henderson modificada15 Lahumedadrelativa()seexpresaendecimalesylatemperaturaTengrados centgrados.

15 BELL, C,: Report for Link Project; Modified athmospheresat raised temperatura, an alternative to methyl bromide as a means of ensuring clean,pest-free, hygienic standards in food commodities, pp 26 - 30 37 312 1) () 1 ln(1001cec T cH|||

\|+ =(2-26) La tabla 2-2 muestra los valores de los parmetros de la ecuacin de Henderson modificada, de diversos productos. Tabla 2-2Valores de las constantes de la ecuacin de Henderson modificada. PRODUCTOC1C2C3 Cebada2,2919 x 10-5195,2672,0123 Frijol comestible2,0899254,231,8812 Maz8,654149,8101,8634 Man en grano65,041350,5611,4984 Man con cscara6,658723,3182,5362 Arroz con cscara1,918751,1612,4451 Sorgo0,8532113,7252,4757 Soja30,5327134,1361,2164 Trigo (duro)2,300755,8152,2857 Trigo (blando)1,229964,3462,5558 Yuca0,289264,35511,7267 Cacao4,19420,02,7296 Frijol negro3,7198273,161,6260 Ecuacin de Halsey15 Consideradapormuchosautorescomolamsadecuadaparaelestudiodel cacao, y expresada como sigue: (((

+ =chrBT A ) exp(exp (2-27) Tabla 2-3 Parmetros de la ecuacin de Halsey para el cacao15 PRODUCTOABC Cacao 4,218-0,009042,469 38 Ecuacin de Chung-Pfost15 ((

+= ) exp( exp534eH dd Td(2-28) Donde la humedad relativa se expresa en decimales y la temperatura T en C. Tabla 2-4 Parmetros de la ecuacin de Cheng-Post de diversos productos PRODUCTOd1D2D3d4D5 Cebada 0,383630,05027991,323761,6619,889 Frijol comestible 0,430010,062596160,629962,5815,975 Maz 0,338720,05897030,205312,3016,058 Man en grano 0,189480,03419633,892254,9029,243 Man con cscara 0,165100,02638312,354522,0137,903 Arroz con cscara 0,293940,04601535,703594,6121,732 Sorgo 0,356490,050907102,8491099,6719,644 Soja 0,416310,071853100,288328,3013,917 Trigo (durum) 0,377610,055318112,350921,6518,077 Trigo (duro) 0,356160,05678850,998529,4317,609 Trigo (blando) 0,279080,04336035,662726,4923,607 2.2.8.2Mtodos experimentales Paralaobtencinexperimentaldecontenidosdehumedaddeequilibriosetiene dos alternativas: esttico ydinmico. Enelmtodoesttico,lasmuestrassecolocanenrecipientesatemperaturay humedadrelativacontroladas,hastaquealcancenelequilibriohigroscpicosin que haya movimiento de aire. Elmtododinmicoconsisteenhacerpasarelaire,conhumedadrelativay temperaturacontrolada,atravsdelamuestra,hastaquenohayavariacinde masa. Este mtodo permite obtener el equilibrio higroscpico en un lapso inferior alquenecesitaelmtodoesttico,enlasmismascondicionesdetemperaturay humedad relativa. 39 2.3SECADO DEL CACAO Unavezfermentadoelcacao,lasalmendrastienenunahumedadde60% aproximadamente.Antesdealmacenarycomercializaresnecesarioreducirla humedadal7u8%,tiempoenelcuallassemillasobtienensusaboryaroma caracterstico a chocolate. Obtiene adems el color caracterstico marrn o pardo. Lascondicionesdesecadodebenseradaptadasalascondicionesde fermentacin, por estar estrechamente ligadas16 Los mtodos utilizados al secar el cacao pueden ser incluidos en dos grupos: Secado natural o solar Secado artificial2.3.1 SECADO NATURAL Seaprovechalatemperaturaqueproducelosrayossolaresparasecar lentamenteelcacao. Lasalmendrassesacandelascajasde fermentacinyse extienden en patios para exponerlo por completo al sol. Es necesario voltearlo con unrastrillodemadera.Esquizelmtodomsrecomendadoporlalentituddel proceso. Lo que ayuda a completar los cambios para lograr un buen sabor. 2.3.2 SECADO ARTIFICIAL Lamayorpartedelaproduccindecacaoprovienedepasesendondelas almendras se secan al sol,pero en ciertas regiones, las cosechas coinciden con un perodo de lluvia o con un perodo de humedad intensa es necesario intervenir en el proceso mediante un secado artificial. Paralaseleccindelmtodoadecuadoausaryaseasolaroartificial,es necesarioconocerlascondiciones,especialmenteambientales,duranteel secado. Esto garantizar la obtencin de un producto de alta calidad.

16 Enrquez, G.; Beneficio del Cacao; Secretaria de comunicacin del INIAP; 1995, pp 7. 40 2.4FERMENTACIN, SECADO Y CALIDAD Muchosfactoressonlosanalizadosparaconsideraralcacaocomounproducto de calidad y pueden agruparse en: Factor gentico Factores ambientales Factor de beneficio Elfactordelbeneficioeselparmetroquesepodracontrolar,esdecir,la fermentacin y el secado pueden realizarse de tal forma que el producto obtenido sea de calidad. Elcacaodecalidaddebetenerunacorrectacosecha,buenafermentacin, excelente secado y estar libre de impurezas. Sin olvidar el factor ms importante, elgentico.AlgoqueelcacaodelEcuadorgozaporqueesconsideradocomo caco fino o de aroma por naturaleza. La diferencia entre el cacao bien y mal fermentado se exponen a continuacin: Tabla 2-5 Caractersticas entre almendra bien y mal fermentadas.17 Almendra seca bien fermentadaAlmendra seca sin fermentar o mal fermentada Hinchada o gruesa La cscara se separa fcilmente Color marrn o chocolate Naturaleza quebradiza Sabor medianamente amargo Aroma agradable Aplanada Difcil de separar de la cscara Color violceo en su interior o blanquecino Naturaleza compacta Sabor astringente Aroma desagradable

17 Enrquez, G.; Beneficio del Cacao; Secretaria de comunicacin del INIAP; 1995, pp 11 41 CAPTULO III 3PRINCIPIOS QUE RIGEN EL FUNCIONAMIENTO DE LOS SECADORES Alhablardesecadomuchossonlosparmetrosqueintervienenydependiendo delascondicionesenlasquesedeseerealizarelproceso,sepodrautilizarun determinado tipo de secador. 3.1SECADORES Elsecadodealimentospuederealizarseenvariostiposdedispositivos.Para seleccionarodisearunsecadoresnecesarioconocerlosrequisitostcnicosy los factores econmicos que debe cumplir el equipo a utilizar.3.1.1 MODO DE OPERACINTeniendo en cuenta el mtodo por el cual se extrae agua del grano se tendra: Transferencia de calor por conduccin (incluido la liofilizacin) Transferencia de calor por conveccin Calentamiento infrarrojo Calentamiento dielctrico 3.1.2 EFICIENCIA TRMICA Se define como la relacin entre la cantidad de energa destinada al secado y la cantidaddeaguaevaporadaduranteelproceso.Losparmetrosquepodran variarestetrminosonlavariacindelahumedaddelproductoduranteel secado, las condiciones ambientales y el tipo de secador empleado. 3.1.3 FLUJO DE AIRE Elaguaenformadevaporestransportadaporelflujodeairepresenteenel secador. Por ello, los principios de movimiento del aire necesitan ser entendidos, principalmentesiestnrelacionadosconlapresinesttica,caractersticasdel ventilador y condiciones operacionales del sistema. 42 3.1.4 TASA DE SECADO La tasa de secado est en funcin de la temperatura del flujo de aire de secado, del contenido de humedad inicial y de equilibrio de los granos, de la temperatura y, de la velocidad de los granos dentro del secador. 3.2CLASIFICACIN DE LOS SECADORESPara el secado de alimentos, en la actualidad existen varios dispositivos y se los puede clasificar tomando en cuenta diferentes parmetros. 3.2.1 DE ACUERDO AL ORIGEN DE LA ENERGA De acuerdo al origen de la energa necesaria para secar la materia, se los puede clasificar como: Secadores solares Secadores artificiales Secadores solar modificado o mixto 3.2.1.1Secadores Solares En el secado natural el movimiento del aire se lo obtiene por accin del viento y la evaporacindelahumedadseobtienedelainfluenciadirectadelosrayos solares y el potencial de secado del aire. Enlospasesendesarrolloseexplicaelusodelsecadonatural,porquelos agricultores,desconocenlastcnicasdesecadomsmodernas.Enlugares dondelascondicionesclimticaspermitenelsecado,exigenunainversin mnima, aunque carecen de los controles adecuados y el tiempo invertido podra ser considerable. 3.2.1.2Secadores Artificiales En el mercado se pueden encontrar varios tipos de secadores, dise