SECADO

SECADO
SECADO.- bajar la humedad hasta un grado que permite conservación de un producto
perecible.
DESHIDRATACION.- bajar humedad hasta un grado de humedad del 0 % (no se puede
en la práctica).
Sin embargo ambos términos pueden usarse indistintamente.
FUNDAMENTO DE LA CONSERVACION POR SECADO
La conservación es posible debido a la bajada de 𝑎𝑤 , esto impide el desarrollo microbiano
asimismo se detiene la mayoría de las reacciones químicas y enzimáticas de alteración
(Cheftel, pag.202, Vol. II).
Desde una 𝑎𝑤 = 0.6 para abajo, m.o no pueden desarrollarse. la 𝑎𝑤 SE CUANTIFICA
POR MEDIO DE PRESIONES QUE SON FACTIBLES DE DETERMINAR.
𝑎𝑤 =
𝑃𝑉𝐻 𝐴𝐿𝐼𝑀𝐸𝑁𝑇𝑂𝑇º
𝑃𝑉𝐻𝑆 𝑇𝐴𝐵𝐿𝐴 𝑉𝐴𝑃𝑂𝑅𝑇º
Max. Valor de 𝑎𝑤 = 1
Lo que se hace en el secado es bajar la 𝑎𝑤 del producto por debajo de la 𝑎𝑤 de los m.o
luego estas se deshidratan por osmosis debido a una diferencia de concentraciones de
𝐻2 𝑂 entre ellos y el producto, este fenómeno se llama plasmólisis. Los m.o. tiene
aproximadamente 80 % 𝐻2 𝑂, manzana (84%), cebolla (88.8%).
VENTAJAS DEL SECADO
DESVENTAJAS DEL SECADO
 Facilita
en
envasado,
almacenaje y transporte
(disminuye, peso, volumen,
costo).
 Permite en algo planificar las
políticas
agrarias
(disposición de alimentos
fuera
de
temporada,
regulación de presión).
 Hay perdidas de calidad del producto por
efecto del calor (excepto por medio de
liofilización).
 Cuando el secado en natural o solar el
proceso no es controlable.
 Implica rehidratación del producto antes de
consumirlo (EJM. frijol).
 Implica agregar conservantes como son los
antioxidantes (BHA, BHT, etc.) caso de
alimentos grasos o antipardeadores
(BISULFITO DE SODIO) caso de frutas.
CUANTIFICACION DE LA HUMEDAD DE UN PRODUCTO
A un producto se le cuantifica su humedad como: Humedad en Base Húmeda y como
Humedad en Base en Seca.
SU HUMEDAD BASE HUMEDA SERA:
𝑯𝑩𝑯 =
𝑾𝐇𝟐𝐎
𝑾𝐇𝟐𝐎 + 𝑾𝒎.𝒔
Sale de:
X 100
(𝑾𝐇𝟐𝐎 + 𝑾𝒎.𝒔 )Kg…………. (𝑾H2O ) Kg
100Kg…………... (𝑿H2O ) Kg
SU HUMEDAD EN BASE SECA SERA:
𝑯𝑩𝑺 =
𝑾𝐇𝟐𝐎
𝑾𝒎.𝒔
Sale de:
X 100
(𝑾𝒎.𝒔 ) Kg…………. (𝑾𝐇𝟐𝐎 ) Kg
100Kg…………... (𝑿𝐇𝟐𝐎 ) Kg
En ambas formulas W= peso.
EJM: sea 5 gr de un producto deshidratado que se somete a un análisis de humedad para
determinar su humedad residual, la cual resulta ser de 12 %; este valor que es la Humedad
en Base Húmeda o también humedad en peso significa que de acuerdo a:
𝑯𝑩𝑯 =
12 =
𝑾𝐇𝟐𝐎
𝑾𝐇𝟐𝐎 + 𝑾𝒎.𝒔
𝑊H2O
5
X 100
X 100
𝑊H2O = 0.6 gr.
Como 𝑊H2O
+ 𝑊𝑚.𝑠 = 5 gr.
𝑊𝑚.𝑠 = 5 – 0.6 = 4.4 gr
𝑊𝑚.𝑠 = 4.4 gr
También se obtiene lo mismo si se considera esta humedad en Base Húmeda como
Humedad en peso:
12 % de 5 gr es H2O; luego:
12
100
* 5 gr = 0.6 gr de H2O
𝑊𝑚.𝑠
= 5 – 0.6 = 4.4 gr
POR OTRO LADO:
La Humedad Base Seca será:
𝑯𝑩𝑺 =
𝑾𝐇𝟐𝐎
𝑾𝒎.𝒔
X 100
𝐻𝐵𝑆 =
0.6
4.4
X 100
𝐻𝐵𝑆 = 13.63 %
De todo eso se deduce que la humedad en base húmeda es el peso de agua referido al peso
de la materia húmeda y expresado en porcentaje; y la humedad base seca será el peso de
agua referido al peso de la materia seca y expresada en porcentaje.
NOTA: TODAS LAS HUMEDADES SE DETERMINAN POR ANALISIS DE
LABORATORIO SON EN BASE HUMEDA. La humedad en base seca por otro lado es
la que se usa en los cálculos numéricos de secado que permite obtener las CURVAS DE
SECADO.
Formulas de conversión.
𝑯𝑩𝑺 =
𝑯𝑩𝑯
𝟏− 𝑯𝑩𝑯
𝑯𝑩𝑯 =
X 100
𝑯𝑩𝑺
𝟏− 𝑯𝑩𝑺
X 100
Si un producto antes del secado tiene 80 % de humedad se asume que es en base húmeda
lo que significa que en 100 gr de este producto húmedo hay 80 gr de H2O y 20 gr de
materia seca. Si se lleva a base seca seria:
𝑯𝑩𝑺 =
𝑾𝐇𝟐𝐎
X 100 =
𝑯𝒎.𝒔
DEL SECADO)
80
20
X 100 = 40 % (VALOR QUE NO TIENE SENTIDO ANTES
TIPOS DE AGUA EN UN PRODUCTO
1. AGUA LIBRE (HUMEDAD LIBRE).el agua que se halla en exceso con
respecto a la humedad de equilibrio (estado en que el cuerpo no gana ni pierde
humedad) de un producto, o sea que el agua que luego de un proceso de
evaporización se ha desprendido del producto en mención al alcanzar este su
humedad del equilibrio. Esta agua se halla presente tanto externamente
(superficie) como internamente (espacios intercelulares).
2. AGUA LIGADA (HUMEDAD LIGADA). Esta agua que se halla retenida en
pequeños capilares del producto o que se halla adsorbida sobre superficies de los
mismos (AGUA FISICAMENTE LIGADA) o se halla formando solución con
coloides como pectinas, gomas o almidón, también puede hallarse en forma de
hidratos como el monohidrato de glucosa (AGUA QUIMICAMENTE LIGADA)
el agua químicamente ligada es más difícil de extraer en un proceso de secado.
Tanto el agua libre como la ligada ejercen una presión de vapor que comparadas
con la presión de vapor de agua del aire circundante al producto tiene la siguiente
relación:
𝑃𝑉𝐻 (Agua libre) > 𝑃𝑉𝐻 (Aire circundante) > 𝑃𝑉𝐻 (Agua ligada)
LA TRANSFERENCIA DE CALOR Y DE MASA EN EL SECADO: el secado es
una operación unitaria donde desde el punto de vista de la física la eliminación del agua
del producto húmedo se hace extrayéndola bajo la forma de vapor; en este proceso se
proceden 2 fenómenos fundamentales:
1. Calor sensible.- calor ganado a pérdida por una sustancia durante un
calentamiento o enfriamiento respectivamente; implica cambio de Tº solamente
sin cambio de fase; se calcula con.
Q = m cp ∆ Tº
M es masa
CP, cal;or especifico a presión constante eB.T.V/lbmºF
∆ Tº, es T2-T1Kcal/KgºC.
T2, temperatura final de calentamiento.
T1, temperatura inicial para llevar a T2.
2. Calor latente de vaporización.- calor necesario que hay que aplicar a la unidad
de masa de un cuerpo para que cambie de líquido a vapor a Tº y P constante; ejm:
λv del agua a Tº = 100 ºC,
P = 1.03 Kg/𝑐𝑚2 = 540 Kcal/Kg
λv del agua a Tº = 212 ºF,
P = 14.7 lbf/𝑝𝑢𝑙𝑔2 = 970.3B.T.V/lbm
Si la presión es menor la Tº será menor pero λv sube.
Ejm: para P = 11.526 lbf/𝑝𝑢𝑙𝑔2 Tº = 200 ºF λv = 977.9 B.T.V/lbm
Ojo: se necita más calor en altura para hervir.
De aquí se deduce que la cantidad de calor que hay que suministrar a cada Kg o lbm de
agua para evaporizarla es función de la presión y temperatura.
Un fenómeno de transferencia de masa que consiste en un movimiento de transporte de
vapor de agua atravez del producto y fuera de este hacia el medio circundante
DINAMICA DEL SECADO DESHIDRATACION
Cuando se seca un sólido húmedo con aire caliente este proporciona al agua que se quiere
extraer el calor sensible y calor latente de vaporización necesario para su extracción como
vapor a su vez también actúa como un agente transportador de este vapor fuera de la
superficie del sólido. Cuando se seca productos en un secador por aire caliente es posible
monitorear el proceso atravez de el tiempo obteniéndose datos importantes de pérdida de
peso del producto causado por la evaporización de su agua; esto al final permite obtener
gráficos importantes que servirá para analizar el secado.
CURVAS DE SECADO
Estas curvas para el secado por aire caliente se obtienen experimentalmente.
Considerando un producto húmedo que está siendo por corriente de aire caliente que
fluye paralelamente a la superficie del secado, supóngase también que la Tº, HR. Y
velocidad de aire caliente encima de la superficie de secado permanece constante durante
todo el proceso (condiciones estables que permite que todo el agua se evapore a las
mismas condiciones); supóngase a su vez que todo el calor necesario para el secado es
proporcionado al producto por convección.
Si se registran los cambios del contenido de humedad del producto en función del tiempo
durante todo el proceso de secado y tabulándolos para después graficarlos se obtiene
importantes curvas de secado.
TABLAS DE CONTROL DEL PROCESO DE SECADO
θ
Min
Hr
∆θ
peso total
solido
húmedo PT
WBS
(HUMEDAD
(HUMEDAD
BASE
TOTAL)
SECA)
WT= PT - S
WBS = WT/S
WT
∆WBS
∆WBS/∆θ VE
VELOCIDAD
DE SECADO
“S” es peso del PRODUCTO SECO o producto deshidratado, se obtiene cuando acaba
proceso de secado, es decir cuando el peso del producto que entro húmedo se vuelve
constante ya no tiene mas agua que evaporar, este peso constante es “S”.
Una vez terminada el secado se le determina su 𝐻𝐵𝐻 (humedad en base húmeda) al
producto y luego por calculo numérico se halla su 𝐻𝐵𝑆 (humedad base seca).
Las 𝐻𝐵𝐻 se calcula por laboratorio tomando 5 gr del producto seco y llevándolo a la
estufa a 100 ºC X 6 Hr.
GRAFICOS QUE SE OBTIENEN
B PSVC C
𝜕𝑊𝐵𝑆
𝜕𝜃
PSVD
A

℮
D
𝜕𝑊𝐵 𝑆
𝜕𝜃
PSVC
C
θ
B
PSVD
θ

℮
D
A
𝑊𝐵𝑆
PERIODO A-B: periodo de estabilización donde las condiciones de la superficie del
solido se ponen en equilibrio termodinámico. (El sólido adquiere Tº del aire de secado)
con las condiciones del aire del secado; en general es parte despreciable del ciclo total
aunque en algunos casos puede ser relevante. Desde el punto de vista de la transferencia
de calor y de masa no es importante.
PERIODO B-C (PSVC - PERIODO DE SECADO A VELOCIDAD CONSTANTE).
𝜕𝑤
𝜕𝑄
Aquí la velocidad de secado ( ) depende de la velocidad de transferencia de calor ( ),
𝜕𝜃
𝜕𝜃
asimismo, la velocidad de transferencia de masa contrarresta la velocidad de transferencia
de calor lo que las hace equivalentes.
En este periodo PSVC la Tº de la superficie de secado permanece constante, es decir
existe un equilibrio (AGUA QUE SALE DEL INTERIOR A LA SUPERFICIE ES
PRACTICAMENTE IGUAL A LA VELOCIDAD DE EVAPORACION EN LA
SUPERFICIE).
La superficie del sólido que esta húmeda puede compararse con la gaza húmeda de un
termómetro de bulbo húmedo y de acuerdo a las condiciones planteadas la Tº constante
de la superficie corresponderá a la Tº de bulbo húmedo del aire de secado.
Factores que regulan la velocidad de secado en el PSVC:



Área de la superficie de secado.
(A > Área > velocidad de secado en el PSVC).
La diferencia de Tº o de humedad entre el aire de secado y la superficie de secado
(se debe buscar que la diferencia de Tº sea lo más amplia posible para que la
velocidad de secado sea mayor).
Los coeficientes de transferencia de calor y de masa (estos deben ser los más altos
posibles).
PERIODO C-D (PSVD
DECRECIENTE).
–
PERIODO
DE
SECADO
A
VELOCIDAD
𝜕𝑤
) empieza a disminuir desde el punto “C” iniciándose el
𝜕𝜃
PSVD. Al contenido de humedad (base seca/en este punto se denomina contenido crítico
de humedad (𝑊𝐶 ) a partir de aquí la Tº de la superficie de secado deja de ser constante y
empieza a subir llegando a igualarse a la Tº del bulbo seco del aire de secado. Al PSVD
se le considera generalmente dividido en 2 partes: C- ℮ y ℮-D respectivamente; en el
punto “℮” la evaporización ocurre dentro del solido húmedo; en el punto “D” ocurre en
la superficie.
Aquí la velocidad de secado (
Factores que regulan la velocidad de secado en el PSVD:
𝜕𝑤
) depende exclusivamente de la velocidad del movimiento
𝜕𝜃
de la humedad dentro del solido húmedo; otros factores externos fundamentalmente. La
velocidad del aire de secado son de influencia mínima. En términos generales el tiempo
La velocidad de secado (
del PSVD es mayor que el tiempo de PSVC y constituye la mayor parte del tiempo total
de secado.
CALCULO DE LA VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL
SECADO POR AIRE CALIENTE
𝜕𝑄
𝜕𝜃
𝝏𝑸
= hcA (T a - Ts)
𝝏𝜽
= velocidad de
transferencia de calor
(Kcal/Hr).
𝒉𝒄 = coeficiente de transferencia de calor por convección (Kcal/Hr-𝑚2 -ºC).
A = área de transferencia (𝑚2 ).
Ta =temperatura del área de secado (ºC).
Ts = temperatura de la superficie de secado (ºC).
CALCULO DE LA VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA DE MASA EN EL
SECADO POR AIRE CALIENTE
La fuerza motriz que genera el movimiento del vapor de agua atravez de la película
estacionaria de aire sobre solido no es más que el resultado de una diferencia de presiones de
vapor de agua entre la superficie de secado y la corriente del aire de secado; esto permite
plantear.
𝜕𝑊
𝜕𝜃
𝝏𝑾
= -𝐾𝐺 A (P VHS - PVHA)
𝝏𝜽
= velocidad de
transferencia de masa (Kg/Hr).
𝐾𝐺 = coeficiente de transferencia de masa (Kg/Hr-𝑚2 -Atm).
A =Área de secado (𝑚2 ).
P VHS = presión de vapor de agua saturado en superficie del producto (Atm).
P VHS = presión de vapor de agua del aire de secado (Atm).
También la siguiente relación es válida:
𝜕𝑊
𝜕𝜃
𝝏𝑾
= -𝐾𝐺 A (Hs - Ha)
𝝏𝜽
= velocidad de
transferencia de masa (Kg
H2O/Hr).
Hs = humedad de saturación en la superficie del producto a la temperatura de esta (Kg H2O/Kgr
a.s)
Ha = humedad del aire de secado (Kg H2O/Kgr a.s)
𝐾𝐺 = coeficiente de transferencia de masa (Kg aire seco/Hr-𝑚2
A = Área de secado (𝑚2 )
MECANISMOS DEL MOVIMIENTO DE LA HUMEDAD DENTRO DE UN
SOLIDO HUMEDO
Se conocen 2 formas principales de transporte:
1.
2.
POR CAPILARIDAD DE H2O. debido a las fuerzas capilares (capilar es un tubo del
grosor de un cabello).
POR DIFUSIVIDAD DE H2O.
 Debido a la gradiente de concentración.
 Debido a la gradiente de presión parcial.
 Debido a las capas de agua adsorbidas en las interfases del sólido. (interfase
SOLIDO-LIQUIDO).
Los mecanismos que más se han estudiado son los referidos al movimiento por capilaridad y
movimiento por difusividad de agua debido a la gradiente de concentración.
El primero (capilaridad) es válido en general para productos granulados groseros (harina) y
la segunda para sólidos de una sola fase tipo coloidal o gel (clara de huevo); se debe aclarar
que en muchos casos ambos mecanismos acurren en el secado prevaleciendo la capilaridad
en momentos iniciados del secado y la difusividad en los finales.
TIPOS DE SECADORES POR AIRE CALIENTE SEGÚN TIEMPO DE
PERMANENCIA EN EL SECADOR
I.
SECADOR DISCONTINUO
Aquí los secador se carga y se procede al secado hasta que acaba, luego el producto
seco se descarga del secador. Ejm: el secador de cabina.
Algo importante en este tipo de secador es que las condiciones del aire (Tº, P, HR,
velocidad de flujo) permanecen constantes atravez del tiempo.
II.
SECADOR CONTINUO
Aquí el producto húmedo entra y sale por tandas (BATCHES) en forma continua.
Ejm: el secador de túnel continúo.
En estos tipos de secadores continuos las condiciones del aire no se mantienen
constantes atravez del tiempo, es decir varían.
Por ejemplo en el secador de túnel continuo la temperatura del aire a la entrada va a
ser diferente a la salida.
Eficiencia térmica de un secador cualquiera (N)
CALOR CONSUMIDO EN EL SECADOR
N=
CALOR PROPORCIONADO POR EL SECADOR