Seneth Mayelli Pulido Saenza, María Camila Fajardo Sanabriab, Camilo Andrés Espinel Sarmientoc, Luis Mauricio Contreras Clavijod

a smpulidos@unal.edu.co, b macfajardosa@unal.edu.co, c caespinels@unal.edu.co, d

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INFORME SECADO DE ZANAHORIA EN UN SECADOR ROTARIO INDIRECTO

OBJETIVOS

Evaluar el tiempo total y el comportamiento de la velocidad de secado de piezas de zanahoria mediante el secado indirecto rotatorio.

ESPECÍFICOS

Determinar el perfil de humedad a través del tiempo para la operación de secado indirecto rotatorio.

Construir la respectiva curva de secado..

DATOS EXPERIMENTALES

Datos

ρagua (g/mL) 0,977

Minicial (g) 5028,8

t (min)H2O (mL) T (°C) ρagua (g/mL)

FACULTAD DE INGENIERÍADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL

t (min) H2O (mL) T (°C) ρagua (g/mL)

28 30 50 0,98802

32,45 40 50 0,98802

37,3 50 50 0,98802

45 60 50 0,98802

50,14 80 60 0,98313

53,4 100 60 0,98313

57 120 60 0,98313

60,3 140 60 0,98313

66,15 160 60 0,98313

70,45 170 60 0,98313

75,1 180 60 0,98313

79,1 190 60 0,98313

84,57 230 60 0,98313

90,1 270 60 0,98313

98,49 330 60 0,98313

107 430 60 0,98313112,1

1 500 60 0,98313

120 570 60 0,98313

122 590 60 0,98313

125 620 60 0,98313

130,5 650 60 0,98313135,1

5 680 60 0,98313138,4

5 700 60 0,98313

222 720 60 0,98313

226 730 60 0,98313

Diámetro (cm) Diámetro (cm)

3,3 6,1

3,3 5

7,6 7,3

4,2 5,5

5,8 3,7

4,7 4,9

5,2 3,8

Determinaición humedad zanahoria

70°C 100°C

Mzsinagua 19,61 16,03

Mzconagua 172,428 139,289

0,114 0,115

%sólido seco 11,38 11,51

%humedad 88,62 88,49

PROCEDIMIENTO

1. Determinación de la humedad de la Zanahoria

2. Secado rotatorio indirecto

RESULTADOS

Como se muestra a continuación, se determinó la cantidad inicial de agua contenida en la zanahoria.

Determinación incial de agua en la zanahoria

  Minicial (g) 5028,8    %humedad 88,4899741  

  Mi,agua = Minicial*(%humedad/100)

  Mi,agua (g) 4449,98382  Posteriormente, a partir de la humedad inicial presente en la zanahoria, se calcula

Pesar una muestra de zanahoria.

Introducirla en un horno a una 

temperatura de 100°C

Establecer una muestra patrón y pesarla 

durante un intervalo de tiempo.

Retirar y pesar inmediatamente 

cuando la muestra patrón no varíe su 

peso.

Cortar los 5 Kg de zanahoria en rodajas de

grosor similar.

Introducir al secador la muestra de zanahoria.

Purgar la chaqueta con vapor vivo.

Calentar con vapor hasta una temperatura

de 50°C.

Accionar la bomba y ajustar el vacío

requerido. (El máximo proporcionado por la

bomba)

Prender el motor del tambor rotatorio.

Tomar datos de tiempo y volumen de agua recolectado hasta estabilización o

finalización de la práctica.

Controlar la temperatura del secador.

mediante la ecuación (1) la cantidad de agua inicial presente en la muestra:

M Aguainicial=5 ,0288kgzanahoria∗88 ,48 kgAgua

100kgzanahoria=4,45kgagua (1)

Una vez conocidas la masa de agua inicial y la cantidad de zanahoria alimentada al secador, es posible obtener la masa de sólido seco con la ecuación (2).

M zanahoria seca=5 ,0288kg−4 ,45kg=0,579kg (2)

Para cada instante i en el cual se recogió condensado, es posible calcular el cambio de humedad en la zanahoria. La humedad se calcula a través de la ecuación (3).

X i=M agua remanente

M SS

=M aguai−M i

M SS

(3)

Donde:M aguai: Contenido de agua inicialM SS : Masa de solido secoM i: Masa de agua retirada hasta el instante i.

Se ilustrará el cálculo realizado, tomando como valor guía un tiempo de 57 minutos:

MRet 55=120mL∗0,00098313kgmL

=0 ,118kg

X i=M agua remanente

M SS

=M aguai−M i

M SS

=4,45kg−0 ,118 kg0,579kg

=7,48

Los resultados obtenidos se muestran en función del tiempo en la gráfica 1.

0 50 100 150 200 2505.8

6

6.2

6.4

6.6

6.8

7

7.2

7.4

7.6

7.8

t (min)

Hum

edad

en

base

sec

a

Por otro lado, el flux se calcula a partir de la siguiente ecuación:

N=−M SS∗∆ X iA∗∆ t

(4)

Para realizar el cálculo de área, debido a la no uniformidad del material introducido al equipo, se tomará como el promedio de diez diferentes tamaños que se distinguieron durante la operación.

El área de transferencia de masa se toma como la suma de la totalidad de las áreas de las rodajas de zanahoria, la cual es análoga al área de un cilindro:

A zanahoria=2∗π∗D2

4

Apromedo zanahoria=2∗π∗5,162

4=41 ,84cm2

Atotal zanahoria=41,84cm2∗750 tajadas=31386,253cm2

A continuación se muestra como ejemplo el cálculo del resultado obtenido para un tiempo de 57 minutos.

N57=−M SS∗∆ X iA∗∆ t

=−0,579kg∗(7 ,48−7 ,51 )

31386 ,153cm2∗(57−53,4 )min=0,0001898 kg

m2min

De este cálculo se obtiene la gráfica 2, que representa el comportamiento de la humedad relativa en el tiempo y del flux respecto a dicha humedad.

6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.80

0.00005

0.0001

0.00015

0.0002

0.00025

0.0003

0.00035

0.0004

0.00045

0.0005

Humedad Xi

Flux

 (N) (

Kg/(m

2 m

in)

ANÁLISIS DE RESULTADOS

En la Gráfica 1, se observa el decrecimiento del contenido de agua en la muestra, tal y como era esperado. Es posible evidenciar tres zonas en esta gráfica:

1. Primero una línea que no presenta mayor variación en la humedad, que llega hasta alrededor de los 40 minutos. Esta corresponde al período de inicio del secado.

2. Posteriormente una zona que presenta una taza de secado decreciente que llega hasta los 140 minutos de operación.

3. Y por último una región de estabilidad que presenta una taza de secado de decaimiento.

Se debe mencionar que la presión de vacío máxima alcanzada por la bomba fue de 7 psi, siendo baja con respecto a la presión esperada de alrededor de 12 psi o superior. Esto afectó el desarrollo del secado, ya que generó que se debiera incrementar la temperatura de 50°C a 60°C para obtener mayor cantidad de agua recolectada, ya que a las condiciones iniciales, la velocidad de secado era muy baja.

Se decidió no incrementar más la temperatura, para conservar la zanahoria con sus propiedades vitamínicas, debido a que temperaturas mayores la desnaturalizan.

En la gráfica 2 se observa la curva de secado, en donde se evidencia un período en el cual la velocidad de transferencia de masa por unidad de área tiene un incremento marcado, posteriormente llega a un punto estable alrededor de una humedad de 6,8 y empieza a decrecer dicho flux, lo que indica que la transferencia de masa se hace de manera más lenta para las condiciones del sistema.

Al final de la práctica, se logró retirar una cantidad de agua correspondiente al 16,4%, esto puede deberse a que el tiempo de residencia del producto en el secador no fue el suficiente para retirar una mayor cantidad de agua, además de que las condiciones de operación no permitían obtener un porcentaje mayor, siempre buscando que se mantuvieran las propiedades del producto. Además la tendencia de decaimiento de la

taza de secado que evidencia la Gráfica 2, puede sugerir que bajo estas condiciones de operación, la cantidad de agua recolectada a medida que avanzara el proceso seguiría decreciendo, lo cual permite deducir que a dicha presión de vacío para obtener una mayor cantidad de agua luego de dicho punto se debía modificar la temperatura.

CONCLUSIONES

Se logró retirar el 16,4% de cantidad de agua en la muestra. Secando a un presión de vacío de 7 psi y una temperatura promedio de 60°C.

El secado rotatorio indirecto es un método de secado poco efectivo, si no se logra una presión de vacío adecuada para retirar el contenido de agua de un producto, por ello se debe garantizar el correcto funcionamiento de la bomba de vacío y de los empaques que sellan el secador.

Se logró observar un leve cambio de apariencia en el producto final, evidenciando una resistencia mayor a quebrarse que antes del secado.