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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
CAMARILLO VILLEGAS ALEJANDRA ZAMORA CÁRDENAS ANA MARÍA
ASESOR: DR. MARIO G. VIZCARRA MENDOZA
INDICE 1. Planteamiento del problema 2. Objetivos 2. 1. Objetivo general 2.2. Objetivos particulares 3. Justificación 4. Introducción
5. 6. 7.
8.
4. 1. Efecto de tas propiedades del alimento en la deshidratación 4.1.1. Endurecimiento superficial 4.1.2. Movimiento de sólidos solubles 4.1.3. Retracción 4.2. Procesos alternativos 4.3. Procesos preliminares 4.3.1. Recepción de hortalizas 4.3.2. Acarreo 4.3.3. Limpieza en seco 4.3.4. Lavado 4.3.5. Inspección 4.3.6. Recorte 4.3.7. Petado, 4.3.7.1 Métodos mecánicos 4.3.7.2. Agua caliente 4.3.8. Eliminación de la piel 4.3.9. Corte en láminas o en forma de cubos 4.3. 10. Escaldado 4.3.10.1. Escaldado con vapor 4.3.10.2. Pérdida de nutrientes durante el escaldado Estudio de mercado Rentabilidad del proyecto Ubicación de la planta 7. 1. Clima 7.2. Vías de comunicación 7.3. Carreteras 7.4. Vías férreas 7. S. Aeropuertos 7.6. Telefonía Teoría de secado de sólidos 8. 1. Secado 8.2. Teoría general 8.2.1 Curvas de velocidad de secado 8.2.1.1. Conversión de los datos a curvas de velocidad de secado 8.2.1.2. Gráfica de la curva de velocidad de secado 8.2.1.2. 1. Período inicial 8.2.1.2.2. Período de secado constante 8.2.1.2.3. Periodo de secado decreciente 8.2.2. Equipo de secado
1 1 1 1 1 2 3 3 3 5 6 6 6 6 7 8 8 8 8 9 9 9 10 10 10 11 13 16 16 17 17 17 18 18 19 19 19 19 19 20 20 20 21 21
8.2.2.1 Secador de charolas 8.2.2.2. Secador de lecho fluidizado 8.3. Balances de materia 8.3. 1. Balances de materia para el secador de charolas 8.3.2. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado 8.4. Balances de energía 8.4. 1. Balances de energía para el secador de charolas y secador de lecho fluidizado 9. 1. Propiedades de (os vegetales y hortalizas 9. 1. 1. Propiedades físicas de los vegetales 9.2. Operaciones preliminares 9.2. 1. Secador de charolas 9.2.2. Secador de techo fluidizado 9.3. Metodología experimental 9.3. 1. Secador de charolas 9.3.2. Lecho fluidizado 9.3.3. Rehidratación 10. Resultados 10. 1. Secador de charolas 10. 1. 1. Balance de materia y energía 10.2. Secador de lecho fluidizado 10. 2. 1. Balances de materia y energía 10.3. Rehidratación 11. Cálculos de los balances de materia y energía 11. 1. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado 11.2. Balances de masa en el secador de charolas 11. 3. Balance de energía en el secador de charolas y lecho fluidizado 12. Producción anual de sopas deshidratadas 13. Diagrama de la planta 13.1. Diseño del proceso 13.2. Diseño del los equipos 13.2.1. Diseño de charolas 13.2.2. Diseño del secador de charolas 13.3. Diseño de la bomba utilizada en el proceso 13.4. Diseño de la caldera 13.5. Diseño de los tanques de escaldado 13.6. Diseño de bandas transportadoras
21 22 23 23 23 24 24 25 26 26 27 27 27 27 27 28 28 28 32 32 35 36 36 38 43 45 46 46 50 52 53 54 55 56
Observaciones y conclusiones
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Nomenclatura
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Bibliografía
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Apéndices A. Curvas características del secador de charolas A. 1.curvas de velocidad de secado en función del tiempo A.2.curvas de velocidad de secado en función de la humedad en base seca
65 65 67
A.3. Tablas de la temperatura de sólido en el secador de charolas A.4. Curvas de T vs X 8. Curvas características del secador de techo fluidizado B. 1.Curvas de velocidad de secado en función del tiempo B.2. Curvas de velocidad de secado en función de la humedad en base seca B.3.Tablas de la temperatura del sólido en el techo fluidizado B.4. Curva de T vs X C. Balance económico C. l. Depreciación del equipo utilizado en la planta C.2. Costos de depreciación del mobiliario C.3. Gastos indirectos de fabricación C.4. Costos de producción C.S. Salarios C.6. Tasa interna de retorno C.7. Distribución del capital D. Pérdida de vitaminas y minerales D. 1.pérdida de vitaminas y minerales en tos alimentos procesados D.2. La manipulación previa a los procesos D.3. Interacción con sustancias químicas utilizadas en tos tratamientos tecnológicos D.4. Reacciones degradativas D.5. Procesos tecnológicos D. 5. 1. Vitaminas hidrosolubtes D.5.2. Vitaminas tiposolubtes D.5.3. Minerales D.6. Pérdida de vitaminas durante el almacenamiento D.7. Adición de nutrientes a tos alimentos E. Seguridad en la planta E. l. Hojas de seguridad E. 1. 1. Agua E. 1 -2. Bisulfito de sodio E. 1 .3. Gas licuado del petróleo E.2. Reglas de seguridad establecidas para empleados E-3. Condiciones de seguridad para el manejo de calderas E.4. Programa específico de seguridad para la operación y mantenimiento de la maquinaria y equipo
70 75 77 79 80 83 85 86 87 87 88 89 90 92 92 92 93 93 93 95 95 96 96 98 98 99 101 104 104 104
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La vida moderna se ha caracterizado por, entre otras cosas, imponer un ritmo de vida muy acelerado a las gentes que viven sobretodo en las ciudades grandes; ya que tanto el hombre como la mujer, normalmente tienen que trabajar. Esto ha modificado de manera importante los hábitos alimenticios, que se caracterizan por consumir preferentemente alimentos de fácil y rápida preparación, precocidos, etc. Entre estos alimentos, las sopas deshidratadas, rápidas de preparar, han cobrado un lugar cada vez más importante, entre este tipo de alimentos. En base a esto, un estudio orientado a la producción de sopas deshidratadas, se justifica ampliamente. 2.OBJETIVOS 2.1 Objetivo general: Diseño de una planta deshidratadora de legumbres y hortalizas (sopas). 2.2 Objetivos particulares: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
Estudio de mercado (nacional) Obtención de datos experimentales necesarios para el diseño Experimentación Balances de materia y energía Análisis económico y rentabilidad de proceso Proyección económica a 10 años Ubicación de la Planta Layout de la planta Seguridad de la planta
3. JUSTIFICACIÓN El desarrollo vertiginoso de[ mundo moderno y la constante emigración de las gentes del campo a los centros industrializados, hace necesario incrementar la eficiencia en la conservación de los alimentos perecederos y sobretodo, es necesario tener capacidad de tratamiento rápido y de grandes volúmenes, para así garantizar la alimentación de la humanidad en el futuro. Además de esto, la tendencia en los hábitos alimenticios de la humanidad, apunta más a ingesta de alimentos que sean fáciles y rápidos de preparar. Indiscutiblemente, las sopas deshidratadas son de los productos con mayor demanda en los países con mediano y alto desarrollo, debido ala facilidad con que son preparados para su consumo. En México, este mercado puede considerarse en expansión, sobre todo en (as grandes ciudades.
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4. INTRODUCCIÓN En un mundo cuya población esta creciendo a ritmo acelerado constantemente y donde los problemas de transporte y almacenamiento de los alimentos se van haciendo cada vez más importantes demanda una atención mayor, donde la ciencia y la tecnología en las practicas de almacenamiento de alimentos se mejoren cada día. Los nuevos productos alimenticios requieren de procesos cada vez más elaborados en su conservación, por lo que aumenta la responsabilidad que desde la producción hasta el consumo se asegure de tener una pérdida económica mínima así como la eliminación de peligros para la salud del hombre debidos a contaminación, descomposición o destrucción. La deshidratación es una manera de preservar a los alimentos. La preservación de alimentos puede definirse como el conjunto de tratamientos que prolonga la vida útil de aquellos, manteniendo, en el mayor grado posible, sus atributos de calidad, incluyendo color, textura, sabor y especialmente valor nutritivo. El principio básico en el cual se fundamenta la deshidratación es que a niveles bajos de humedad, la actividad de agua disminuye a niveles a los cuales no pueden desarrollarse los microorganismos, ni las reacciones químicas degradativas. En general, hortalizas con menos de 8% de humedad residual no son sustratos favorables para el desarrollo de hongos, bacterias ni reacciones químicas o bioquímicas de importancia. El tiempo de secado y la humedad final del producto, dependerán de la localización del secador, de las condiciones climáticas del lugar y de las características del producto, secándose más rápido el material trozado en pequeñas porciones y con una mayor superficie de secado. 4.1. Efecto de las propiedades del alimento en la deshidratación. Los factores físicos que afectan a la transferencia de calor y de masa como temperatura, humedad, velocidad del aire, área de superficie, etc. son normalmente relativamente fáciles de optimizar y controlar y por lo general determinan el diseño del desecador. Son muchos más sutiles las propiedades de los productos alimenticios que pueden variar durante la deshidratación y afectar a las velocidades de desecación y a la calidad del producto final. En la deshidratación, las propiedades de los materiales alimenticios crudos afectan tanto a la transferencia de calor como a la de masa, y ambas pueden tener efectos importantes en las características de los productos desecados. El agua sale libremente de una superficie cuando su presión de vapor es mayor que la presión de vapor de la atmósfera que está sobre ella. Pero cuando un producto se deseca y su agua libre se elimina progresivamente, la presión de vapor de la unidad de área del producto desciende. Esto se debe a que es menor el agua que queda por unidad de volumen y por unidad de área, y también porque parte del agua es retenida o ligada por fuerzas químicas y físicas a los constituyentes sólidos del alimento. El agua que forma los geles, coloidales, como cuando hay almidón, pectinas o gomas, es más difícil de eliminar y apenas presentan período de velocidad constante. A un es más difícil de evaporar el agua ligada químicamente en forma de hidratos (por Ej. , Glucosa monohidrato o hidratos de sales inorgánicas). Por otra parte los tejidos vegetales y animales son de naturaleza celular, lo que condiciona el proceso de deshidratación.
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Estos fenómenos también contribuyen al aplanamiento con el tiempo de las curvas de deshidratación. La transferencia de vapor de agua es proporcional a la superficie de exposición durante el período de velocidades decreciente. Por lo tanto, es importante tener en cuenta las dimensiones de las partículas del alimento que se va a tratar para conseguir una adecuada regulación con su sensibilidad térmica y la velocidad de secado que se desea obtener. En la mayoría de los casos, al comienzo de la deshidratación aparece en la zona superficial una capa relativamente deshidratada hacia la que migra el agua libre desde el centro del alimento, mientras de la zona superficial no se evapora. Dependiendo de las características de los alimentos y de las condiciones de procesados, los cambios en le contenido de humedad de la superficie y del centro del alimento a lo largo del secado pueden producirse a distintas velocidades y dar lugar a diversos cambios y alteraciones, entre las que destacan, por su intensidad y frecuencia, tres: 4.1.1. Endurecimiento superficial. Puede producirse por múltiples vías y bajo la influencia de diversos factores. Cuando el secado inicial es muy rápido (con aire que presenta una fuerte diferencia entre la temperatura de bulbo seco y húmedo), el vapor de agua puede eliminarse de la superficie del producto con mayor rapidez que con la que el agua se desplaza desde el centro del alimento. En estas condiciones puede aparecer (en frutas, carnes, pescado, embutidos) una fuerte retracción de la capa superficial, que se comporta como una película dura e impermeable y ofrece una fuerte resistencia a la posterior transferencia de vapor. Si el endurecimiento de la superficie es un problema, normalmente puede minimizarse con temperaturas de superficies más bajas que fomentan una desecación más progresiva en toda la pieza de alimento o utilizar aire de humedad relativa elevada, a baja velocidad. 4.1.2. Movimiento de sólidos solubles Es frecuente, especialmente cuando el secado inicial es lento, que las sustancias solubles en agua (sales y azúcares sobre todo) sean arrastradas por el agua desde el centro hacia la superficie (por poros y capilares), donde se concentran y pueden llegar a cristalizar o formar una capa amorfa, de aspecto pegajoso e impermeable que dificulta el paso de vapor de agua. El movimiento de algunos compuestos solubles puede estar impedido por las paredes celulares (membrana semipermeable). El resultado de este hecho es la concentración y depósito de componentes solubles en la superficie del producto al evaporarse el agua. El establecimiento de esta capa externa por concentración puede provocar por ósmosis un movimiento en el sentido opuesto al de su formación, es decir la migración de las sustancias solubles hacia el interior del alimento donde la concentración es menor. El que predomine un tipo u otro de migración depende de las características del producto y de las condiciones de secado. 4.1.3. Retracción Los alimentos (tejidos animales y vegetales) experimentan durante la deshidratación un cierto grado de retracción que puede considerarse proporcional a la salida progresiva del agua de las células. En las primeras fases de secado, el nivel de retracción está relacionado con la cantidad de humedad eliminada. Hacia el final del secado la retracción es cada vez menor, de forma y tamaño y la forma definitiva del producto se alcanza antes de completarse el proceso. Por lo tanto, si el secado se realiza en forma lenta, el producto se retrae, con la consiguiente reducción de volumen, tiene apariencia distinta a la inicial y es más denso. (fig. 1.a).
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Cuando el secado es rápido, la formación de una capa deshidratada y rígida en la superficie del alimento sirve para fijar el volumen final del producto. Así el producto resultante conserva prácticamente la forma y el volumen iniciales, es ligero y menos denso (fig. 1.b). Presenta, además una estructura porosa que facilita la rehidratación. a) b)
Figura 1. Características de los alimentos deshidratados en relación con la velocidad de secado: a) lenta y b) rápida.
Durante la deshidratación también pueden presentar otro tipo de alteraciones (sobre todo si la temperatura es relativamente elevada), entre las que se pueden citarse son las siguientes: • El almidón puede gelatinizarse, adsorbiendo fuertemente agua • Los componentes termoplásticos se funden y ablandan dando lugar a problemas de aglomeración y de adherencia al envase • Cambios del estado cristalino al amorfo(especialmente en azúcares) • Pardeamiento no enzimático, favorecido por la temperatura alcanzada durante el procesado y el aumento de solutos en el alimento. El Pardeamiento no enzimático modifica desfavorablemente el color, sabor, valor nutritivo y, a veces también, la capacidad de rehidratación de los alimentos • Disminución de la capacidad de retención de agua, que puede deberse a la desnaturalización y agregación de las proteínas consecuentes al incremento de la temperatura y de la concentración de sales, así como a la desorción del agua • Cambios de textura. Los productos deshidratados no recuperan la turgencia (carnes, frutas) ni el carácter crujiente (hortalizas) de los productos frescos. Las pérdidas de textura están, generalmente relacionadas con la gelatinización de almidón, la cristalización de celulosa y con las tensiones internas creadas por las variaciones locales del contenido de agua • Pérdidas del valor nutritivo, sobre todo debido a la destrucción parcial de algunas vitaminas (A Y C) por oxidación •
Cambios en el color. La deshidratación provoca cambios en la superficie del alimento que modifican su reflectancia.. Los carotenos y las clorofilas pueden efectuarse por el incremento de la temperatura y sufrir oxidaciones durante el procesado
4.2. Procesos alternativos
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Los métodos de deshidratación de alimentos varían mucho de acuerdo con los productos a tratar e incluso un mismo alimento puede secarse de varias formas. Por lo que se han desarrollado múltiples tipos de deshidratación con muchas variantes. A continuación se muestran en la tabla 1 los tipos de deshidratación existentes. DESHIDRATADORAS DESHIDRATADORASDE AIRE CALIENTE
DESHIDRATADORAS IMPELENTES
DESHIDRATADORA DE ARTESA
ARMARIOS O CAMARAS DESHIDRATADORAS
DESHIDRATADORAS DE CINTA
DESHIDRATADORA DE DESVÁN
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Ø Se utiliza velocidades de flujo del aire grandes para las fases iniciales. Ø Se recomienda usar una velocidad lineal de aire de 3 a 5 m/s para las piezas de hortalizas Ø En las fases iniciales de la deshidratación de hortalizas se trabajará a temperatura de bulbo seco de 90 – 100 ° C. Ø Este deshidratador es una columna vertical por la que asciende una corriente de aire caliente. Se alimenta el producto en forma granular y el alimentado por la porción más baja del deshidratador. Ø Se utiliza para fabricar puré de papa en polvo. Ø La deshidratadora consiste en una cinta transportadora sin fin, de malla de alambre que se apoya y es arrastrada por una cadena articulada giratoria. El alimento se introduce en la artesa en dirección paralela a los ejes motores y por la moción de la cinta asciende hasta el borde de la artesa. Ø Se utiliza para deshidratar hortalizas y frutas. Ø Consisten básicamente en una cámara cerrada dotada de un termostato, de un ventilador para mover el aire, de deflectores para ajustar el flujo del aire. Ø Los armarios son deshidratadoras de pequeña escala de utilización general que pueden emplearse con múltiples productos (cereales) Ø El alimento se ve sometido a la acción del calor mientras avanza sobre una cinta de acero inoxidable. Varias campanas dividen a la deshidratadora en zonas, cuyas condiciones de temperatura y humedad son debidamente controladas. Ø Se utiliza para alimentos que no pueden resistir temperaturas altas o que se oxidan fácilmente (café soluble, leche, zumo de purés de frutas) Ø Esta constituida por una cámara alta dotada de un piso perforado para la deshidratación. Para el calentamiento se emplea un flujo convencional directo de gases en combustión. Su control es difícil. Ø Se utiliza para deshidratar forrajes, granos.
Tabla 1. Tipos de deshidratación : Equipos y condiciones de operación
4.3. Procesos preliminares
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La preparación de hortalizas para su tratamiento industrial tiene suma importancia si han de elaborarse productos de calidad. La alteración de las hortalizas se inicia en el momento de su recolección y solamente puede reducirse al mínimo mediante una manipulación y unas técnicas de tratamiento correctas ( Arthey, Dennis, 1991). Las mismas incluyen: Ø Recepción en el almacén Ø Acarreo Ø Limpieza Ø Lavado Ø Inspección Ø Recorte Ø Pelado Ø Corte en láminas o en forma de dados Ø Escaldado 4.3.1. Recepción de hortalizas En este momento se toman muestras de los productos para determinar si alcanzan o no la calidad requerida por el almacén. Antes de la admisión del producto debe comprobarse que cumple con las normas del almacén para factores tales como grado de maduración de las hortalizas, tiempo y temperatura durante el transporte, contenido de materia vegetal y animal extraña, cantidades de tierra adherida, alteraciones de los productos y presencia de materias nocivas como vidrio o metal. El tiempo transcurrido y la temperatura soportada desde la recolección hasta el escaldado adquieren suma importancia en muchos vegetales para mantener la calidad. 4.3.2. Acarreo Un criterio en la selección del transportador consiste en que sea mínima la alteración mecánica del producto. Si las legumbres y hortalizas no van a ser deshidratadas en ese momento, conviene mantenerlas en refrigeración, para evitar su descomposición. Se deben de tener en cuenta algunos aspectos como los mostrados en la tabla 6, para que sea óptimo este tipo de almacenamiento. 4.3.3. Limpieza en seco Este método solamente se aplicará cuando las hortalizas sean más densas que el material extraño. Las cosechadoras móviles de chícharos van provistas de este tipo de limpiador, por lo que la mayor parte del material no deseado queda en el campo reduciendo así los problemas que impone la eliminación de residuos en el almacén.
PRODUCTO Presencia de cubierta protectora natural Características fisiológicas:
HORTALIZA Sí
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Ø Tipo y duración de la respiración
Aeróbica durante todo el almacenamiento
Ø Calor generado
Moderado a sustancial
Ø Daño por alteraciones del metabolismo durante la refrigeración. Tendencia de la calidad tras recolección o producción Causas habituales de alteración
7
Daño por frío en algunas Las hortalizas inician su alteración inmediatamente tras la recolección Microbiológicas, fisiológicas, patológicas y físicas
Tabla 2. Características de los productos tras su recolección o producción que determinan las condiciones del almacenamiento en refrigeración.
Las hortalizas recolectadas de zonas situadas por debajo del nivel del suelo pueden recibir un tratamiento inicial de limpieza para eliminar el exceso de suciedad. Tales hortalizas suelen hacerse pasar a través de una serie de cepillos giratorios que eliminan la tierra adherida. La tierra retorna al campo y no crea un problema en el sistema efluente del almacén. Las hortalizas redondas, por ejemplo pueden caer rodando por cintas ascendentes inclinadas. Los ruedan hasta el fondo y son extraídos mientras que el material que no rodará es transportado sobre la cinta y descargado en la parte superior según se aprecia en la Figura 2 ( Las hortalizas redondas caen rodeando por la cinta. Los desperdicios planos son elevados por la cinta)
Figura 2. Limpiador de cinta inclinada para hortalizas redondas.
4.3.4. Lavado Las raíces suelen recubrirse de tierra que tiene que ser eliminada. Estos productos son, por su naturaleza, mucho más densos que el agua y se hundirán cuando se colocan en un tanque con agua. En consecuencia, si han de limpiarse usando un sistema de inmersión se precisa disponer de una cinta transportadora para moverlos a través del tanque. Sin embargo, resulta más sencillo utilizar un lavador con cepillos giratorios seguido de aclarado en un lavador de barra (Figura 3) para eliminar la tierra acumulada en estas hortalizas. Esta operación no necesita ser perfecta ya que va seguida de la eliminación de la piel mediante un sistema de pelado por vapor o productos cáusticos.
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Figura 3. Lavadora de varillas con barra central pulverizada.
Los chícharos verdes son limpiados en un clasificador vibratorio para eliminar las vainas y los chícharos de tamaño inferior al normal. Después los chícharos se limpian en seco y son lavados en una lavadora giratoria para eliminar el zumo de los tallos. Piedras y objetos pesados son eliminados en un tanque de flotación y en algunos almacenes se usan limpiadores de flotación con espuma para eliminar vainas, pieles y otros residuos. 4.3.5. Inspección. La inspección y selección manual de las hortalizas sobre cintas o juegos de rodillos para inspección es la forma tradicional de eliminar el material no deseado de la línea de producción. Cuando este sistema se realiza correctamente, es la operación que requiere un trabajo más intensivo en el almacén. 4.3.6. Recorte Algunas hortalizas requieren un recorte antes de ser sometidas a procesos industriales. Estas operaciones de recorte son similares a las realizadas cuando las mismas hortalizas son preparadas en los hogares. Mientras que en la cocina familiar se utiliza un cuchillo para estas operaciones, en el almacén se dispone de máquinas específicas para realizar la mayoría de estas operaciones. En este caso, se utiliza una cortadora para eliminar las puntas de la calabaza y la zanahoria. 4.3.7. Pelado Los métodos empleados para pelar hortalizas tales como zanahorias y papas se clasifican en mecánicos, químicos y térmicos. 4.3.7.1 Métodos mecánicos Las máquinas que eliminan la piel mediante frotación son llamadas comúnmente peladoras abrasivas. Estas máquinas presentan muchas configuraciones aunque el tipo más común es el que emplea grupos de rodillos abrasivos como en la Figura 3.
Figura 4. Pelador mediante abrasión.
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Algunos productos vegetales imponen el empleo de peladoras especiales. Por ejemplo, las modernas peladoras de cebollas sujetan los bulbos de forma que pueda ser eliminada la parte superior y la base mediante cortadoras giratorias. La máquina realiza un corte en la piel de las cebollas tras eliminar la parte superior e inferior y las cebollas pasan girando a través de un conjunto de pulverizadores de agua a gran presión que eliminan la piel. El maíz es desprovisto de la envoltura cortando la mazorca en ambos extremos y desenrollándola de las hojas. Durante esta operación se eliminan también las hebras para dejar la mazorca limpia. 4.3.7.2. Agua caliente. Este proceso es utilizado ampliamente en la industria, adema de que es uno de los que menos contamina el ambiente, pues los residuos que dejan se pueden separar por decantación, y el agua puede ser tratada mas fácilmente para poder volver a usarla. HORTALIZAS
Zanahorias Papas Cebollas Jitomates
CONCENTRACIÓN TEMPERATURA (%) (°C)
5 8-18 20 16
95 60 80 90
TIEMPO
(min) 1-3 2-7 1-2 0.5
Tabla 3. Condiciones para el pelado con lejía de algunas hortalizas.
4.3.8. Eliminación de la piel La eliminación de la piel resulta más eficaz cuando las hortalizas se introducen en una lavadora giratoria con pulverizadores a gran presión. Esto elimina la piel por el efecto de frotación de unos productos con otros y los pulverizadores de agua eliminan el material en las grietas de la superficie. El agua enfría también a las hortalizas y elimina la lejía de su superficie. La principal desventaja de este sistema es que provoca un importante problema de efluente. 4.3.9. Corte en láminas o en forma de cubos Las máquinas que proporcionan estas formas disponen generalmente de tres juegos de cuchillas de diferente tipo para realizar cada operación. La operación inicial consiste en cortar la hortaliza formando una lámina. Esto puede efectuarse con hojas rectas giratorias o empujando el vegetal para que atraviese una hoja mondadora. La lámina es cortada posteriormente en tiras longitudinales. Para este corte se utiliza con frecuencia un grupo de cuchillos circulares giratorios, aunque en algunas máquinas la hoja que corta la lámina contiene cortadores tanto verticales como horizontales para realizar estas labores. Las tiras longitudinales son cortadas posteriormente en cubos si se desea un corte en forma de cubos.
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4.3.10. Escaldado Los productos hortícolas son partes vivas de las plantas que siguen respirando tras la recolección. Cuando las hortalizas son recolectadas experimentan cambios como consecuencia de alteraciones, iniciadas con frecuencia por las enzimas de la planta, que comienzan a descomponer los tejidos vegetales. El tiempo transcurrido entre la recolección y la inactivación de estas enzimas puede ser crítico para la calidad del producto final. Para prevenir la alteración enzimática y microbiana los productos hortícolas reciben un tratamiento térmico que inactiva las enzimas y mata el tejido vegetal. Este proceso se denomina escaldado. Además evita la decoloración, el reblandecimiento y la aparición de malos olores v sabores durante el almacenamiento posterior. 4.3.10.1. Escaldado con vapor La principal ventaja del escaldado con vapor consiste en que provoca un menor arrastre de solutos de las hortalizas. Esto mejora la retención de nutrientes solubles y reduce el efluente derivado de la operación de escaldado. PRODUCTO
TIEMPO EN AGUA HIRVIENDO (minutos)
Zanahorias
5
Maíz dulce
7
Guisantes (chícharos)
5
Patatas (papas) (nuevas) Calabaza
4 a 10 hasta consistencia blanda
Calabacín (calabacitas)
3
Tabla 4. Tiempo de escaldado en agua (Chioffi, Mead, 1991)
4.3.10.2. Pérdida de nutrientes durante el escaldado. Resulta inevitable la pérdida de algunos nutrientes durante el escaldado. La vitamina C es tanto hidrosoluble como termolábil y algunos investigadores la han usado como indicador cuando determinan los efectos del escaldado sobre las hortalizas. Se ha investigado las pérdidas de vitamina C en chícharos escaldados a bajas temperaturas, la pérdida de vitamina C en papas escaldadas y se ha descubierto que el escaldado con agua 97°C durante 2 minutos reducía el contenido de vitamina C de 12.5 a 7.8 mg/100 gramos. Tras la cocción los contenidos de vitamina C de las papas crudas y escaldadas eran 7.4 y 6.8 mg/100 gramos respectivamente. Los chícharos al ser escaldarlos por más tiempo con agua se incrementa la pérdida de vitamina C y el grado de maduración de
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los chícharos es importante por que los chícharos maduros retienen más vitamina C que los inmaduros. Los factores que causan pérdidas de nutrientes durante las operaciones de tratamiento industrial son: la variedad, grado de maduración, recolección, manipulación y transporte, limpieza, lavado, escaldado y tratamiento final al determinar las pérdidas de nutrientes en las hortalizas. 5. ESTUDIO DE MERCADO Como primer punto para el desarrollo del proyecto, es conocer el mercado de las sopas deshidratadas en nuestro país, es decir, la producción, costo y venta de las mismas. Para este fin se realizó una investigación documental en los archivos del INEGI1 considerando los último 6 años. Como primer punto fue el volumen anual de las sopas deshidratadas (gráfica 1) en México. V o lu m e n d e la p r o d u c c i ó n ( e n t o n e la d a s )
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0 1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Gráfica 1. Datos de los volúmenes de producción en los últimos 6 años en México. Banco de México.
Además se investigo el valor de su producción, lo cual podemos observar en la grafica 2, el cual ha ido en aumento, lo cual puede deberse a varias causas , entre las que encontramos el aumento del costo de materia prima, servicios auxiliares como el gas, etc.
1
Encuesta Industrial Mensual, Valor de los Productos Elaborados según Subsector
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V a lo r d e la p r o d u c c ió n ( e n m ile s d e p e s o s ) 8E+06
7E+06
6E+06
5E+06
4E+06
3E+06
2E+06
1E+06
0E+00 1994
1995
1 9 9 6
1997
1998
1999
2000
Gráfica 2. Costo de producción de las sopas deshidratadas en México, en los últimos 6 años
Pero ante todo, lo que marca la pauta para seguir con el proyecto es la demanda de estos productos, las cuales se ven reflejadas en las ventas anuales que hay en este sector y se pueden observar en la gráfica 3.
V e n ta s n e ta s (e n m ile s d e p e s o s )
7 .E + 0 6
6 .E + 0 6
5 .E + 0 6
4 .E + 0 6
3 .E + 0 6
2 .E + 0 6
1 .E + 0 6
0 .E + 0 0 1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Gráfica 3. Ventas netas de sopas deshidratadas en México, en los últimos 6 años
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En las grafican anteriores podemos observar que el volumen de producción de sopas deshidratadas no ha tenido grandes fluctuaciones en los últimos años, no así el costo de producción y la ventas de estos productos. Cabe mencionar que los productos que se encuentran actualmente en el mercado, casi en su totalidad es pasta con solo un poco de verdura deshidratada. Por lo que este proyecto se enfoca principalmente ha realizar una sopa deshidratada con vegetales y hortalizas, siendo esto una innovación en el mercado de la comida rápida. En base al volumen de producción que reporta INEGI y lo mencionado en el párrafo anterior, nos da la pauta para realizar una planta deshidratadora con un volumen de producción de 80,000 toneladas anuales. 6. RENTABILIDAD DEL PROYECTO El análisis económico nos sirve para saber cuál es el monto de inversión para la realización del proyecto, así como el costo de la operación de la planta (producción, administración, ventas) La inversión inicial es un costo fijo, la cual comprende la adquisición de los activos fijos, es decir, equipo, el terreno, el edificio, mobiliario, transporte, etc. Además de la inversión para el capital de trabajo y mano de obra. Las ganancias netas anuales se obtienen de restar al capital obtenido por la venta del producto por el número de paquetes de sopas que se venderán, la inversión inicial, el costo de la materia prima y la tasa interna de retorno se ven en la siguiente tabla.
INVERSIONISTAS
% Riesgo
1 persona
10-15
Otras empresas
12-15
Insitución Bancaria
35
Tabla 5. Porcentaje de riesgo según el número y tipo de inversionistas.
La TREMA o Tasa de rendimiento mínima atractiva no es otra cosa sino la tasa mínima de ganancia sobre la inversión propuesta.
TREMA = %i nflación + % premio al riesgo + (inf lación * riesgo )
(1)
La TIR es la tasa interna de rendimiento, y es la tasa de descuento por la cual el valor presente neto VPN (es el valor monetario que resulta de restar la suma de los flujos descontados a la inversión inicial) es igual a cero.
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n
VPN = ∑ j =1
Rj (1 + i ) j
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− Io
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(2)
donde Rj = flujo de caja (diferencia entre cobros y pagos) en el año j Io = Pago de la inversión inicial El criterio a utilizar es el siguiente: “si la TIR es mayor que la TREMA se acepta la inversión”, esto es si el rendimiento de la empresa es mayor que el mínimo fijado como aceptable, la inversión es económicamente rentable Para conocer la inversión inicial, es necesario conocer los costos de la instalación de la planta, así como del equipo, materia prima , etc. Nos basamos en los criterios que utiliza Douglas (1998). Inversión Total = Costo de capital fijo + Capital de Trabajo + Capital de inicio (3) Capital de Trabajo ≈ 0.15 inversión total
(4)
Capital de Arranque ≈ 0.1 capital fijo
(5)
Capital Fijo = costos directos + 0.05 costos directos + 0.2 costos directos
(6)
= 1.25 costos directos Inversión Total = 1.30 capital fijo
(7)
Gastos de Instalación ≈ 0.05 costos directos
(8)
Contingencias ≈ 0.20 costos directos
(9)
Inversión Total = 1.30 Capital fijo
(11)
Costo de Producción = costo de manufactura + gastos generales
(12)
Gastos Generales = 0.025 de ingresos por venta
(13)
Gastos de Manufactura = costo directo de producción + cargos fijos
(14)
+ Overhead planta
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Costos Directos de Producción = Costo de materias primas + costo por
15
(15)
servicios + 0.046 del capital fijo+ 0.03 costo total de producción + 1.35 costos por sueldos y mano de obra Costo de Mantenimiento = 0.04 capital fijo
(16)
Costo de Refacciones = 0.15 costo por mantenimiento
(17)
Regalías = 0.03 Costo total de producción
(18)
Costo de Sueldos y Mano de Obra = Sueldo base anual * 0.35
(19)
1.35 = IMSS + INFONAVIT+ Vacaciones + días festivos + aguinaldo + otros Cargos fijos = Impuestos + seguros + rentas + intereses = 0.03 Capital fijo
(20)
OVHD = 0.72 costo por sueldos y mano de obra + 0.024 capital fijo
(21)
Costo Total de Producción = 0.103 capital fijo + (22) 1.03 (mat.prima + servicios) + 2.13(costo por sueldos y mano de obra) + 0.025ingresos por ventas Tomando una inflación del 7% y un %premio al riesgo de 15%, se calcula la TREMA y la tir del proyecto, obteniéndose los siguientes resultados (tabla 6).
Costo de materia Producción prima
Ingresos ventas
por TREMA
249,516
480,000
23.05%
533,333
TIR
Inversión total
79.96%
40,318,691
Tabla 6. Valores de la TREMA y TIR para la rentabilidad del proyecto.
Como la TIR es mayor que la TREMA, el proyecto es viable.
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7. UBICACIÓN DE LA PLANTA Un punto clave para la ubicación de la planta es considerar donde se encuentran los productores de la materia prima necesaria (tabla 7), los cuales fueron obtenido de la SAGARPA.
PRINCIPAL ESTADO PRODUCTOR
VERDURA / HORTALIZA
Zacatecas
Ajo
Chihuahua
Cebolla
Sinaloa
Calabaza
Estado de México
Chícharo
Puebla
Maíz
México
Papa
Guanajuato
Zanahoria
Tabla 7. Estados en los cuales se encentra la mayor producción (riego) de la materia prima
Además de factores como son: Ø Clima Ø Disponibilidad de mano de obra Ø Servicios Ø Factores económicos Por lo anterior, se decide ubicar la planta en el estado de Querétaro, ya que esta en el centro del país, y su actividad industrial ha llegado a ser una de las principales generadoras de riqueza y empleo del país. 7.1. Clima Las características climáticas deseadas para el proceso de deshidratación, especialmente en la zona centro, donde tiene climas secos y semi secos, su temperatura media anual oscila entre 7ºC y 25.1ºC. Abarca los municipios de Querétaro, Corregidora, El Marqués, Ezequiel Montes, Cadereyta, Tequisquiapan, San Juan del Río, Colón, Peñamiller y Tolimán.
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Mapa 1. Cuidad de Querétaro de Arteaga, donde se pueden observar las vías de comunicación así como los numerosos complejos industriales que hay en el estado. 7.2. Vías de comunicación El estado de Querétaro de Arteaga cuenta con excelentes vías de comunicación a toda la República Mexicana, por: • • • • • • • •
Carreteras Terminal de Autobuses de Querétaro Vías Férreas Aeropuertos Teléfonos Telefonía Celular INTERNET Radio Aficionados y Banda Civil
7.3. Carreteras Por su ubicación Querétaro es el centro geográfico de la República Mexicana y por lo tanto el tráfico carretero entre el norte y el sur del país pasa por el Estado, quedando este perfectamente comunicado por este medio a todo el país y con magníficas supercarreteras de 4 a 6 carriles, con el Distrito Federal por la carretera 57, con San Luis Potosí por la carretera 57, a Guanajuato por la carretera 45. 7.4. Vías férreas El servicio ferroviario es prestado por la empresa para-estatal Ferronales (Ferrocarriles Nacionales de México), con proyecto de integrarse a la iniciativa privada, el centro nervioso de Ferronales para por Querétaro con las siguientes líneas: •
México D.F. -- Querétaro -- San Luis Potosí -- Tampico
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•
México D.F. -- Querétaro -- Guadalajara -- Manzanillo -- Mexicali
•
México D.F. -- Querétaro -- Ciudad Juárez
•
México D.F. -- Querétaro -- Nuevo Laredo
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El servicio es de carga y principalmente transporta contenedores y cajas de trailer, en Querétaro, se encuentra una terminal de carga en la Aduana Interior y otra en la estación central, en donde se conserva la estación de pasajeros del siglo pasado, realizada al estilo de los Ingleses o del viejo Oeste Norteamericano, en cantera rosa de la región y madera, contrastada con una elegante herrería de punto, por algún tiempo se planeó el tren rápido de México -- Querétaro.
7.5. Aeropuertos En Querétaro se encuentra el VOR principal de aproximación al Aeropuerto Internacional "Benito Juárez" de la Ciudad de México y cuenta con el aeropuerto "Ing. Fernando Espinosa Gutiérrez" al norte de la ciudad en el cerro de Menchaca a 50 metros sobre el nivel de la ciudad. 7.6. Telefonía: Las empresas que prestan los servicios telefónicos en Querétaro son: TELMEX, AT&T, AVANTEL Y ALESTRA con centrales digitales de acceso DTMF y cableado aéreo por postería, para atender a sus mas de cien mil abonados, así como servicio RDI. Telefonía Celular.- En Querétaro operan dos empresas de telefonía celular, IUSACELL Y TELCEL con células de amplio cubrimiento Nacional. Radio Aficionados.- En Querétaro se encuentra en operación el Radio Club Querétaro, A.C. y representación de La Asociación de Radioaficionados de la República Mexicana, A.C. Banda Civil.- En operación existen varios clubes de Radio en Banda Civil, como Cruz Ámbar que aportan servicios de auxilio en emergencias en el estado y carreteras. La actividad industrial de este estado ha llegado ha ser una de las principales generadoras de riqueza y de empleo, su vocación industrial es una de las mayores del país y ocupa el cuarto lugar a nivel nacional. Además de contar con incentivos fiscales que da el gobierno a las empresas que se instalan allí. Otro punto de suma importancia es el de encontrar mano de obra con las siguientes características: ü Disponibilidad laboral y trabajadores calificados ü Existen más de 100,000 obreros con conocimientos aplicables ü El 30% del personal industrial se encuentra calificado en: control de calidad total, proceso de “justo a tiempo”, celdas de manufactura.
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8. TEORÍA DE SECADO DE SÓLIDOS 8.1. Secado El secado es una operación unitaria, en la que se elimina por evaporación casi toda el agua presente en los alimentos, mediante la aplicación de calor bajo condiciones de operación controladas. El secado en si implica la transferencia de un líquido procedente de un sólido húmedo a una fase gaseosa no saturada. El secado de alimentos determina una reducción del peso y normalmente también, del volumen, por unidad de valor alimenticio, e incrementa la vida útil de los productos secados en comparación con los correspondientes alimentos frescos (Brennan, 1980) 8.2. Teoría general. 8.2.1 Curvas de velocidad de secado 8.2.1.1. Conversión de los datos a curvas de velocidad de secado Los datos que se obtienen de un experimento de secado se expresan como peso total (m) del sólido húmedo a diferentes tiempos de t horas en el período de secado. Estos valores se pueden convertirse a datos de velocidad de secado con los siguientes procedimientos. Primero se calculan los datos. Si (m) es el peso de sólido húmedo en kg totales de agua más sólido seco y (mss) es el peso del sólido seco en kg,
Xt =
m − mss kg totales agua mss kg solido sec o
(23)
los cuales suelen representarse en graficas como se muestra en la fig (5)
Figura 5. Contenido de humedad en base seca en función del tiempo de secado
Usando los datos calculados con la Ec. (23), se traza una gráfica del contenido de humedad libre X en función del tiempo t en hr, tal como se muestra en la Fig. (6). Para obtener una curva de velocidad de secado a partir de esta gráfica, se miden las pendientes de las tangentes de la curva, los cual proporciona valores de dX/dt para
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ciertos valores de t. Se calcula entonces, la velocidad N para cada punto con la expresión
N=
mss dX − A dt
(24)
donde N es la velocidad de secado en kg H2O/hr.m2, mss es kg de sólido seco usado, y A es el área superficial expuesta al secado en m2. Entonces, la curva de velocidad de secado se obtiene graficando N en función del contenido de humedad, tal como se muestra en la Fig. (6)
Figura 6. Curva de velocidad de secado
8.2.1.2. Gráfica de la curva de velocidad de secado 8.2.1.2.1. Período inicial. En la Fig. (6) se muestra la curva de velocidad de secado para condiciones de secado constante. Empezando con un tiempo cero, el contenido inicial de humedad libre corresponde al punto A. Al principio, el sólido suele estar a una temperatura inferior a la que tendrá al final, y la velocidad de evaporación ira en aumento. Al llegar al punto B, la temperatura de la superficie alcanza su valor de equilibrio. Este período inicial de ajuste con estado inestable suele ser bastante corto y generalmente se ignora en el análisis de los tiempos de secado. 8.2.1.2.2.Período de secado constante La curva de la Fig. (6) es recta entre los puntos B y C, por lo que la pendiente y la velocidad son constantes durante este periodo. Este periodo de velocidad constante de secado corresponde a la línea BC en la Fig. (6). En este periodo la superficie del sólido está al principio, muy mojada y sobre ella existe una película de agua continua. Esta capa de agua está siempre sin combinar y actúa como si el sólido no estuviera presente. La velocidad de evaporación con las condiciones establecidas para el proceso, es independientemente del sólido y es esencialmente igual a la velocidad que tendría una
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superficie líquida pura. La evaporación durante este período es similar a la que existe cuando se determina la temperatura de bulbo húmedo, la temperatura de la superficie equivale en forma aproximada, a la temperatura de bulbo húmedo. 8.2.1.2.3. Periodo de secado decreciente Durante el período de velocidad decreciente la velocidad de secado comienza a disminuir, punto C de las gráficas (Fig (5) y Fig (6)), hasta llegar al punto D. En el punto D, la velocidad de secado disminuye con más rapidez aún hasta que llega al punto E. El punto C corresponde al contenido crítico de humedad libre Xc. En este punto no hay suficiente agua en la superficie para mantener una película continua. La superficie ya no está totalmente mojada, y la porción mojada comienza a disminuir durante este periodo de velocidad decreciente, hasta que la superficie queda seca en su totalidad en el punto D. El segundo período de velocidad decreciente empieza en el punto D cuando la superficie está seca en su totalidad. El plano de evaporación comienza a desplazarse con lentitud por debajo de la superficie. El calor para la evaporación se transfiere a través del sólido hasta la zona de vaporización. El agua vaporizada atraviesa el sólido para llegar hasta la corriente de aire. 8.2.2. Equipo de secado. 8.2.2.1 Secador de charolas En los secadores de charolas, que también se les llama secadores de anaqueles, de gabinete o de compartimiento, el material se esparce uniformemente sobre una charola de metal con una profundidad de 10-100 mm. Un secador de bandejas típico, tal como se muestra en la Fig. 7, contiene bandejas que se cargan y se descargan de un gabinete.
Figura 7. Secador de charolas
Un ventilador recircula aire calentando con vapor sobre la superficie de las charolas, paralelamente a las mismas. El secador dispone de reguladores para controlar la velocidad de admisión de aire fresco y la cantidad deseada de aire de recirculación. También se usa calor obtenido con electricidad, en especial cuando el calentamiento es bajo. Más o menos el 10-20% del aire que pasa sobre las bandejas es aire nuevo, siendo el resto aire recirculado.
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Después del secado, se abre el gabinete y las charolas se reemplazan con otras con más material para secado. Una de las modificaciones de este tipo de secador es el de charolas con carretillas, donde las bandejas se colocan en carretillas rodantes que se introducen en el secador . Esto significa un considerable ahorro de tiempo, puesto que las carretillas pueden cargarse y descargarse fuera del secador. 8.2.2.2. Secador de lecho fluidizado En este tipo de secadores el aire caliente es forzado a través de un lecho de sólidos de forma tal que los sólidos queden suspendidos en el aire. El aire caliente actúa tanto como medio fluidizante como de secado. Los secaderos de lecho fluidizado pueden operar de forma discontinua o continua. En la Fig. 8 se muestra un secador de lecho fluidizado. La rejilla que soporta al lecho puede ser una simple placa perforada pero también se emplea diseños muy complejos a base de eyectores de chorros de aire, cápsulas de barboteo, etc. Algunas unidades poseen bases vibratorias para facilitar el movimiento del producto. Los secadores pueden operar a presión superior o inferior a la atmósfera, según se precise, situando adecuadamente los ventiladores.
Figura 8. Lecho fluidizado
Las principales características de los secadores de lecho fluidizado son: • Sólo pueden aplicarse a sólidos susceptibles a la fluidización. Algunos productos son demasiado frágiles para ser fluidizados sin que sufran excesivo daño mecánico. • Las velocidades de secado en los secadores de lecho fluidizado son relativamente altas y se controlan con facilidad. • En las operaciones discontinuas lo sólidos se mezclan bien y se secan uniformemente. En los sistemas continuos, sin embargo, el mezclado puede determinar la salida del secado del producto no secado.
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8.3. Balances de materia 8.3.1. Balances de materia para el secador de charolas. Para el secado en un secador de charolas, donde el aire pasa en flujo paralelo sobre la superficie de la charola, las condiciones del aire no permanecen constantes.
Figura 9. Esquema del balance de masa en el secador de charolas
El balance de humedad en el secador de charolas es el siguiente:
1 dmw = G2Y2 − G1Y1 A dt
(25)
donde
mw = mss X
(26)
Sustituyendo la ecuación (26) en la ecuación (25) y tomando en cuenta que la masa del sólido seco y el flujo de aire seco es constante para todo el proceso.
mss dX − = G (Y2 − Y1 ) A dt
(27)
donde
N = G (Y2 − Y1 )
(28)
donde N = kg w / hr . m2 de sección transversal y G = kg de aire seco / hr . m2 de sección transversal. 8.3.2. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado. Considerando un lecho de área de sección transversal uniforme A m2, por el cual penetra un flujo de gas G kg gas seco / hr m2 sección transversal, con humedad de Y1. Con un balance de material del gas, en cualquier momento, dicho gas sale del lecho con humedad Y2 . La cantidad de agua que se elimina del lecho con el gas es igual a la velocidad de secado en ese tiempo.
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Figura 10. Control de volumen en la que se realiza el balance
Realizando el balance de materia:
1 dmw = G2Y2 − G1Y1 A dt
(29)
donde
mw = mss X
(30)
Sustituyendo ecuación (30) en la ecuación (29) y tomando en cuenta que la masa del sólido seco y el flujo de aire seco es constante para todo el proceso.
mss dX − A dt
= G (Y2 − Y1 )
(31)
por lo tanto se tiene con la ecuación (28),
N = G (Y2 − Y1 )
(28)
donde N = kg w / hr . m2 de sección transversal y G = kg de aire seco / hr . m2 de sección transversal. 8.4.BALANCES DE ENERGÍA 8.4.1. Balances de energía para el secador de charolas y secador de lecho fluidizado El balance de energía para el secador de charolas y el secador de lecho fluidizado es el siguiente:
G (Cpas + Y1'Cpw( v ) ) (T1 − T2 ) =
(
)
mss dX dT +Q − λ + mss Cpss + X Cpw( l ) A dt dt
Sustituyendo la ecuación (31) en (32) se tiene la siguiente expresión:
(32)
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(
G (Cpas + Y1'Cp w( v ) ) (T1 − T2 ) = G (Y2 − Y1 ) λ + mss Cpss + X Cpw( l )
) dTdt + Q
(33)
El lado izquierdo de la ecuación 33, es el cambio de entalpía del gas, y el lado derecho , el primer término se refiere al calor necesario para evaporar el agua contenida en el sólido, el segundo término al calentamiento del mismo sólido y Q es el calor que se disipa a los alrededores. 9. DESARROLLO EXPERIMENTAL: 9.1. Propiedades de los vegetales y hortalizas Antes de llevar a cabo cualquier proceso hay que tener en consideración el tipo de compuestos con los que se va ha trabajar, conocer sus propiedades físicas y químicas. Estos lo podemos observar en la siguiente tabla 8. Cenizas: Residuo que queda después de que toda la materia orgánica ha sido quemada. Sirve para medir las sales inorgánicas que había en el producto original. Nombre Familia Especie Agua Celulosa Cenizas Grasas Hemicelulosa Hidratos de carbono Proteínas Vitaminas A B1 B2 B6 C E K PP
AJO
CALABAZA
CEBOLLA
CHÍCHARO
MAÍZ
Allium sativum
Cucúrbita Pepo
Alliun cepa
Pisum sativum
Zea mays
63.7 1.2 0.2 0.3
93 0.9 0.4 0.4
89 0.7 0.4 0.2
77.7 6.9 0.3
12.3 2.1 3.4 3
28.6
4.8
4.8
10.5
70.7
17.5
6
0.8
1.2
4.5
8.5
1.5
1
1.2
0.0001 0.0001
1.740 UI 0.053 mg
50 UI 0.06 mg
10 UI 0.10 mg
0.5 mg
1.250 UI 0.06 mg
10.000 UI 0.0001
0.0001
0.077 mg
0.03 mg
0.70 mg
750 UI 182 microg 71 microg
1 mg
0.8 mg
0.00005
0.017
1.5 mg
14mg
0.25 mg 2 mg 0.10 mg
0.2 mg 10 mg 0.1 mg
20 mg
0.0094
0.540 mg
0.15 mg
0.15 mg
0.5 mg 0.6 mg
0.0004
500 UI 550 microg
PAPA
JITOMATE
Solanum Lycopersic tuberosu um m esculentu m 75 94
0.1
0.4 0.6
ZANAHORIA Daucus carota 88 0.9 0.6 0.3 9
Tabla 8. Propiedades alimenticias de los vegetales. Diccionario de los Alimentos, Coción, Calorías, Vitaminas, Conservación C. TX 3479, D5.2, 1979, c.2 Ediciones Cedel.
Hidratos de Carbono: Tienen una estructura muy simple estando compuestos de carbono, hidrogeno y oxígeno. Se les clasifica en glúcidos directos e indirectos, según el número de moléculas.
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Directos: azúcares de fórmula simple y fácil absorción por el organismo indirectos: los feculentes (harinas) que sintetizan varias moléculas. Grasas: Proporcionan al organismo 9.3 cal/gr, pero para que su asimilación se produzca armoniosamente hacen falta 2 moléculas de hidruros de carbón por molécula de cuerpo graso. Proteínas: Son cuerpos complejos resultan de la unión de diversos cuerpos más simples: los aminoácidos. Son la base de los tejidos de los seres vivos. 9.1.1 Propiedades físicas de los vegetales Los vegetales y las hortalizas, tienen propiedades características las cuales suelen tener suma importancia en el proceso de secado, (las cuales podemos ver en la tabla 9) sobre Todo al momento de realizar los balances de materia y energía.
VEGETAL Ajo calabaza Cebolla chícharo Jitomate Maíz Papa Zanahoria
m [kg] 0.01280 0.05223 0.07341 0.04862 0.06492 0.02353 0.05796 0.04898
ρempacada [kg/m3] 640.00 580.33 587.28 540.22 811.50 580.33 644.00 544.22
Cp Dp ρaparente [m] [kg/m3] [J/kg°C] 914.29 3305 2.39x10-2 970.82 3550 1.54x10-2 857.59 3765 0.62x10-2 1041.11 3765 1.54x10-2 932.76 14.16x10-2 986 3305 0.98x10-2 1038.71 3300 1.12x10-2 999.59 3765 0.9x10-2
φ 0.81 0.81 0.93 1 1 0.81 0.81 0.81
Tabla 9. Densidades de los vegetales
9.2. Operaciones Preliminares Para secar un vegetal u hortaliza se realizan las operaciones preliminares especificas, las cuales de manera sintética se exponen en la tabla 10. VERDURA/HORTALIZA LAVADO PELADO CORTADO DESVAINADO DESGRANADO ESCALDADO
Ajo Cebolla Calabaza Chícharo Maíz
ü
Manual Manual Manual
Rodajas Rodajas Cubos Manual
Manual
Manual
Papa
ü
Manual
Cubos
Zanahoria
ü
Manual
Cubos
Con bisulfito de sodio (1%) 5 min.
Tabla 10. Operaciones preliminares a las que fue sometida cada verdura u hortaliza.
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Cabe mencionar que los cubos y las rodajas se hacen de aproximadamente 5mm de espesor, con el fin de contribuir a un mejor secado. 9.2.1. Secador de Charolas Antes de introducirlas al secador de charolas, se pesan las charolas vacías, después se llenan con las verduras u hortalizas, según sea el caso, de manera que quede una mono capa uniforme, se vuelven a pesar y así se obtiene un mejor registro sobre la masa inicial que entra al secador de charolas. 9.2.2. Secador de Lecho Fluidizado Se prepara una masa para que la altura de la cama de verdura u hortaliza en el lecho sea al menos de 10 cm que es el tamaño del diámetro. Para determinar la velocidad mínima de fluidización se realiza de manera experimental con la masa fresca y se comienza a mover la válvula del aire que entra al secador hasta que la misma comience a fluidizarse. Esto es una política de trabajo para que en un momento dado, tener la menor perdida posible de los finos. 9.3. Metodología experimental 9.3.1. Secador de charolas El secador de charolas se enciende 15 minutos antes del experimento, manteniendo constante el flujo de aire, en este caso fu de 1.25 m/s + 0.5, y el control de temperatura de 60°C + 1, como este aparato cuenta con una pistola la cual contiene dos termómetros, uno para medir la temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco (ambas son mediciones importantes para determinar los balances de materia y energía); se miden ambas temperaturas antes de las charolas. Y con un voltímetro se mide la temperatura de salida de aire. Además el secador se tara, pues tiene una canastilla colgando donde se introducen las charolas. Ya que se tiene la temperatura d 60 °C en la entrada del aire, se procede a introducir la charolas previamente pesadas con el vegetal que va ha ser secado. Tomándose las lecturas de masa, temperatura del bulbo húmedo y bulbo seco, así como la velocidad del aire. Se toman mediciones a diferentes tiempo, al principio se realiza a intervalos de 5 minutos hasta completar 30 minutos, después con intervalos de 10 hasta completar la hora, la siguiente hora se divide en intervalos de 20 minutos. Después la otra hora en intervalos de 30 y si es necesario, se deja correr la otra hora sin ningún intervalo. Cabe resaltarse que las mediciones a estudiar son la velocidad, temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo de entrada y salida del aire, así como la variación del peso en el sólido. 9.3.2. Lecho fluidizado Para el secador de lecho fluidizado se enciende primero el compresor, después se fija la temperatura a la que se va ha trabajar, se abren las válvulas de paso del aire y se
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encienden los bancos de resistencias, el lecho tarda aproximadamente de 20 a 25 minutos para estabilizarse. Una vez estabilizada la temperatura, se mide la temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo, esto se realiza con un psicrómetro portátil, al cual se le da cuerda para que el ventilador que tiene integrado pueda succionar el aire. Otras variables a medir son la caída de presión del aire y el flujo volumétrico de entrada del aire al lecho. Una vez medido todo, se introduce el vegetal ha secar, y se vuelven a medir las variables antes mencionadas, la primera media hora se toman muestras cada 10 minutos, después de media hora dos o tres medicines más. Solo en algunos casos llego a requerirse de mas tiempo, y para ello se tomaron mediciones cada hora. A las muestras obtenidas se les determina la humedad en la balanza analítica, la cual trabajo a 75°C, el tiempo necesario, hasta que el peso del sólido no cambia. 9.3.3. Rehidratación Se conservaron muestras de 15 gr de cada vegetal y hortaliza deshidratada, en cada uno de los secadores. Se hirvió agua en diferentes vasos de precipitados y se le agrego la verdura u hortaliza, de cada secador, y se les dejo hervir durante 5 minutos. Después se escurrieron en charolas y se les comparo, color del agua, consistencia y apariencia, esto se lleva a cabo de manera visual. 10. Resultados 10.1. Secador de Charolas 10.1.1. Balance de materia y energía Con los datos obtenidos experimentalmente podemos calcular la masa seca, la humedad inicial y final de cada uno de los sólidos, la humedad final del aire. Y el calor que se proporciona al aire, el calor que es necesario para secar al sólido. En los balances de energía se realizaron para tres casos, el primero fue tratando al sistema como un sistema adiabático, el segundo fue no adiabático pero el calor disipado se considera constante, y finalmente ocupando la ley de Fourier para calcular el calor disipado. En los tres casos la temperatura2 del sólido fue similar, por lo tanto, se puede considerar al sistema como adiabático.
2
Los cálculos y tablas vienen en el apéndice
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SÓLIDO Verdura
t[seg] Tsol[°C] Tbh[°C] X[kgw/kgss] Qhum[J/seg] Qsol[J/seg] Q[J/seg]
Ajo
2780
54.16
29.0
0.3952
14.70000
0.0672
14.7672
Cebolla
14200
59.991
32.2
1.7500
112.10704
0.0303
112.1373
Chícharo
7800
59.830
33.0
0.0820
68.07030
4.5435
72.6138
Maíz
14400
59.134
27.6
0.2199
34.76080
0.5481
35.3089
Papa
9560
53.350
29.8
0.1003
150.35200
0.7822
151.1342
Papa con anti 13500
53.350
29.2
0.5791
101.73570
0.3647
102.1004
60.474
30.1
0.1002
10.67950
0.2847
10.9642
Zanahoria
8100
Tabla 11. Resultados de los balances de materia y energía de los diferentes compuestos de la sopa en el secador de charolas
AIRE Verdura
T1[°C] T2[°C] Y1[kgw/kgss] Y2[kgw/kgss] G[kgas/m2seg]
Q[J/seg] % error
Ajo
60.00
52.00
0.0185
0.018630
1.3482
1426.2100
98.97
Cebolla
60.27
54.33
0.0184
0.018600
1.1790
1235.7659
90.93
Chícharo
62.32
53.25
0.0218
0.021840
1.3647
290.21897
76.83
Maíz
59.31
58.13
0.0160
0.016050
1.3964
293.3618
87.99
Papa
54.00
48.67
0.0250
0.025290
10.5930
227.1159
33.69
Papa con anti 60.00
51.00
0.0200
0.020160
1.2669
269.1750
62.13
51.79
0.0176
0.017780
1.2556
264.3155
95.91
Zanahoria
61.00
Tabla 12. Resultados de los balances de materia y energía del aire utilizado para secar en el secador de charolas
Como se puede observar, el calor del aire es mucho mayor que el requerido, por lo que da la pauta para poder menor cantidad de aire, y así ahorrar energía tanto del compresor como calorífica. Con los datos obtenidos experimentales y los balances de materia y energía, se obtienen las curvas de secado (tiempo de secado), de velocidad de secado, evolución de la temperatura en el sólido y el aire, así como de la humedad del aire.
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Curva de Secado
60 50
T[°C]
40 30 20 10 0 0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
t[seg] A jo
Calabaza
Cebo lla
Chícharo
M aíz
P apa
P apa c/ antio x
Zanaho ria
Jito m ate
Gráfica 4. Tiempos de secado de los diferentes componentes de la sopa en el secador de charolas
En la gráfica 4, se puede observar que cada uno de los vegetales y hortalizas presenta comportamiento similar al reportado en la teoría. Un punto ha resaltar es que el chícharo requiere de un mayor tiempo para alcanzar la humedad requerida, la cual es del 10% en todos los vegetales. Esto puede deberse a su misma naturaleza, la capa que lo envuelve hace más difícil la evaporación y difusión del agua contenida en él. De los demás vegetales, como tienen tiempos similares poden ser deshidratados en mismo lote. Este experimento se llevo a cabo, y se obtiene la siguiente curva Sopa 7
X (grw/grss)
6 5 4 3 2 1 0 0
50
100
150
200
250
300
350
t (min)
Gráfica 5. Tiempo se secado de la sopa deshidratada en su conjunto.
Otro aspecto a observar, es como va cambiando la humedad del aire con el tiempo, como se puede ver, va disminuyendo, esto es de esperarse, pues con el transcurso del
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tiempo la humedad del sólido es menor, por lo tanto, el aire ya no encuentra casi agua para llevarse.
Y[kg agua/ kg a.seco]
Humedad del Aire
0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01 0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
t[seg] Ajo
Calabaza
Cebolla
Chícharo
M aíz
Papa
Papa c/ antiox
Zanahoria
Jitomat e
Gráfica 6. Humedad del aire a la salida del secador.
De esta gráfica, podemos ver como en algunos casos como el de la papa, la humedad el aire se mantiene constante. Al casi no variar o no variar la humedad del aire nos indica que la cantidad de aire que se introduce en el secador es muy grande y por lo tanto no llega a afectar su humedad intrínseca. Además otro comportamiento interesante ha observar, es el del sólido. Como ya se dijo en la teoría, la temperatura del sólido en los primeros instantes tiende a la temperatura de bulbo húmedo. Z a n a h o r ia
9 .0
70
8 .0
60 50
6 .0 5 .0
40
4 .0
30
3 .0
t [° C ]
X [k g w /k g s s ]
7 .0
20
2 .0 10
1 .0 0 .0
7150
4800
3000
1800
1200
600
7.0
6.2
5.5
5.0
4.2
3.5
3.0
2.0
1.3
1.0
0.5
0.0
0
t [s e g ]
X
T
Gráfica 7. Cambio de la humedad en base húmeda y la temperatura del sólido, en este caso se toma el de la zanahoria3 como ejemplo. 3
Los demás componentes de la sopa tienen un comportamiento similar, como puede verse en el apéndice.
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Como puede observarse en la gráfica 7, se tiene un pozo térmico en los primeros segundos de llevarse a cabo el secado en el lecho fluidizado. Y conforme se va secando el vegetal, la temperatura tiende a estabilizarse, es decir, se mantiene prácticamente todo el tiempo a la temperatura de bulbo seco. Esto lo podemos comparar con la velocidad de secado (flux). V e lo c i d a d d e S e c a d o
4 .0 E -0 4 3 .5 E -0 4
N [kg w/s eg m2 ]
3 .0 E -0 4 2 .5 E -0 4 2 .0 E -0 4 1 .5 E -0 4 1 .0 E -0 4 5 .0 E -0 5 0 .0 E + 0 0 0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
X [k g w / k g s s ]
Ajo
C e b o lla
C h íc h a r o
M a íz
Papa
Papa c on anti
Z a n a h o r ia
Gráfica 8. Velocidad de secado (flux)
Grafica
En la gráfica 8 podemos percibir que el chícharo y el maíz tienen una velocidad de secado similar, es decir, se mantiene casi constante, por lo que se pueden secar en un mismo lote. La cebolla al tener más contenido de agua, es la que tarda mas tiempo en secarse, el maíz es otro que tarde en secarse, esto se debe al endurecimiento superficial que provoca su misma cáscara. 10.2. Secador de lecho fluidizado 10.2.1. Balances de materia y energía Con los datos obtenidos experimentalmente, se realizan los balances de materia y energía tanto de los sólidos como del aire. Para poder observar como se llevo a cabo el secado con este tipo de secador. En los balances de energía se realizaron para tres casos, el primero fue tratando al sistema como un sistema adiabático, el segundo fue no adiabático pero el calor disipado se considera constante, y finalmente ocupando la ley de Fourier para calcular el calor disipado. En los tres casos la temperatura4 del sólido fue similar, por lo tanto, se puede considerar al sistema como adiabático. Los resultados obtenidos se muestran en las tablas 13 y 14 de una manera sintética para cada vegetal y hortaliza.
4
Los cálculos y tablas vienen en el apéndice
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VERDURA t[seg] Tsol[°C] Tbh[°C] X[kgw/kgss]Qhum[J/seg]Qsol[J/seg] Q[J/seg] Calabaza 5050
56.840
20.5
0.3158
22.39370
10.3684
32.7621
Chícharo 11050 50.860
19.0
0.1037
2.76000
8.6800
11.4400
Maíz
7200
54.111
19.3
0.1497
0.69200
49.69
50.3820
Papa
3600
53.023
18.0
0.1091
23.61330
37.4596
61.0729
Zanahoria 7200
56.094
17.4
0.1057
28.04270
4.9505
32.9932
Tabla 13. Resultados del balance de materia y energía de los vegetales y hortalizas en el lecho fluidizado.
VERDURA T1[°C] T2[°C] Y1[kgw/kgss] Y2[kgw/kgss] G[kgas/m2seg] Q[J/seg] % error Calabaza
58 39.16
0.0050
0.005936
1.0870
192.2100 83.15
Chícharo 57.22 52.22
0.0032
0.003320
1.4516
62.66000 83.55
Maíz
57.33 44.00
0.0032
0.003500
1.3549
162.4100 70.71
Papa
57.00 39.00
0.0010
0.001845
1.4524
243.4393 75.17
Zanahoria 59.00 43.00
0.0021
0.003050
1.4411
28.0427 80.23
Tabla 14. Resultados de los balances de materia y energía en el lecho fluidizado.
Como se puede observar, el calor del aire es mucho mayor que el requerido, por lo que da la pauta para poder menor cantidad de aire, y así ahorrar energía tanto del compresor como calorífica. Curva de Secado 8 7
X[kgw /kgas]
6 5 4 3 2 1 0 0
2000
4000
6000
8000
10000
t [s eg ] maíz
papa
z anahoria
c híc haro
Gráfica 9. Curvas de secado en el lecho fluidizado.
12000
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En la gráfica 9 podemos observar que los tiempos de secado en el lecho fluidizado son menores que en el secador de charolas. Esto puede deberse a que en el lecho, los vegetales están suspendidos en el aire, mientras que en el de charolas, están estáticos. H u m e d a d d e l a ir e 0 .0 0 4 0
Y2 [kg w/kg as]
0 .0 0 3 5 0 .0 0 3 0 0 .0 0 2 5 0 .0 0 2 0 0 .0 0 1 5 0 .0 0 1 0 0 .0 0 0 5 0 .0 0 0 0 0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
t [s e g ]
C híchar o
M aí z
P ap a c o n ant io x id ant e
Z anaho r ia
Gráfica 10. Humedad del aire en la salida del secador
Conforme avanza el tiempo, se observa una disminución de la humedad del aire (gráfica 10), esto es porque el sólido ya tiene poco agua que evaporar, esto se observa de una manera muy notoria en el caso de la papa, que es donde se observa esta tendencia. Además otro comportamiento interesante ha observar, es el del sólido. Como ya se dijo en la teoría, la temperatura del sólido en los primeros instantes tiende a la temperatura de bulbo húmedo.
0.0040
70
0.0035
60
0.0030
50
0.0025
40
0.0020 30
0.0015
T [°C]
X [kg w/kg ss]
Zanahoria
20
0.0010
10
0.0005 0.0000
0 0 Y2
600 T
1200
2400
3600
5400
t [seg]
Gráfica 11. Temperatura del sólido
El comportamiento de la temperatura del sólido puede observarse en la gráfica 11, y nos percatamos que sufre un descenso el cual tiende a la temperatura de bulbo húmedo del aire en los minutos del secado, contrario a lo que sucedió en el secador de charolas, los cuales fue en los primeros 7 segundos. Aquí se observa mejor este fenómeno. Aquí se observa mejor fenómeno. Después sube y tiende a la temperatura de bulbo seco del aire. Se coloco la gráfica de la zanahoria como ejemplificación, pero sucede lo mismo
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con todos los demás componentes de la sopa, estos se podrán ver en el apéndice correspondiente. Para poder observar la velocidad de secado utilizamos la gráfica 12. Velocidad de Secado
N [kg w/seg m2]
0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0.0000 0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
X [kg w/kg ss] Chícharo
Maíz
Papa
Calabaz a
Gráfica 12. Velocidad de secado
Como la papa tiene una velocidad de secado mas grande podemos pensar en realizar el secado en un mismo lote del chícharo y el maíz, ya que la papa y la zanahoria hacen los mismo, por lo tanto, lo hacemos otro en otro lote (gráfica 13). Velocidad de Secado
N [kg w/seg m2]
0.0006 0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0.0000 0.0
0.5
Chícharo
Maíz
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
X [kg w/kg ss]
Gráfica 13. Velocidad de secado del chícharo y el maíz.
Esto nos da la pauta final, para poder trabajar de manera industrial, es decir, esta es la manera en que se trabajara la planta deshidratadora, en un mismo lote se encontrará el maíz y el chícharo, y en otro la calabaza, la zanahoria y la papa. 10.4. Rehidratación Se realizaron las pruebas de rehidratación de los vegetales y hortalizas ya señaladas, esta prueba fue totalmente empírica y se baso en la observación simplemente. Teniendo mejor consistencia y apariencia aquellas que se habían deshidratado en el secador de charolas.
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11. CÁLCULOS DE LOS BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA 11.1. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado A continuación se presenta el tratamiento de los datos experimentales correspondiente a los balances de materia. Se muestran los cálculos detallados para un solo vegetal (Zanahoria), ya que el procedimiento es el mismo para los demás. Ø Se determino la humedad de la zanahoria fresca en una balanza electrónica, en la tabla 14 se presentan los resultados. m (kg) 0.02185
ms.s (kg) 0.00265
X (kgH2O/kg A.S) 7.24
Tabla 15. Humedad en base seca de la zanahoria fresca.
Ø Del proceso de deshidratación de la Zanahoria, se obtuvieron los siguientes datos experimentales. Tbs Tbssal t(seg) Tbhsal(°C) en(°C) (°C) 0 61 59 17.00 600 56 19 17.00 1200 61 21 18.00 2400 57 52 17.00 3600 58 50 17.50 5400 61 57 18.00 Tabla 16. Datos experimentales
Ø Al término del proceso se determino la humedad, se tomo una cantidad de zanahoria deshidratada en intervalos de tiempo y se analizo en la balanza electrónica y posteriormente se calcularon las humedades en base seca y húmeda. En la tabla 17 se muestran los resultados. t(seg) 0 600 1200 2400 3600 5400
m [kg] 0.02185 0.01382 0.02696 0.01088 0.01012 0.01025
X ms.s [kg] [kgw/kgsseco] x [kgw/kg] 0.00265 7.2453 0.8787 0.00185 6.4703 0.8661 0.00464 4.8103 0.8279 0.00478 1.2762 0.5607 0.00724 0.3978 0.2846 0.00927 0.1057 0.0956
Tabla 17. Humedades en base seca para la zanahoria deshidratada.
Ø Con las humedades en base seca y el tiempo, se hace una curva de secado X vs. t,
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Zanahoria
9 y = 2E-07x 2 - 0.003x + 7.675
8
R2 = 0.9717
X [kgw/kgss]
7 6 5 4 3 2 1 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
t [seg]
Gráfica 15. Curva de secado
Ø La curva obtenida en la grafica 15 se ajusta a un modelo polinomial, a partir del cual se obtiene la derivada (la variación del contenido de humedad con el tiempo) Por lo tanto El polinomio obtenido es:
X = 5E − 7 * t 2 − 0.0040 t + 8.796
(34)
derivando dX = 10 E − 7 t − 0.0040 dt
(35)
Por lo tanto x t(seg) X [kgw/kgsseco] [kgw/kg] (-dX/dt) N [kgw/m2seg] 0 7.2453 0.8787 0.004093 2.643E-03 600 6.4703 0.8661 0.004094 2.643E-03 1200 4.8103 0.8279 0.004095 2.644E-03 2400 1.2762 0.5607 0.004099 2.647E-03 3600 0.3978 0.2846 0.004100 2.647E-03 5400 0.1057 0.0956 0.004100 2.647E-03 Tabla 18. Velocidad de secado en kg w/seg⋅m2
Ø Para calcular la parte derecha de la ecuación (). Se necesita calcular las humedades del aire con las temperaturas experimentales (temperatura de bulbo seco y húmedo de entrada y salida) y el flujo de aire que se utiliza en el proceso. Los resultados son
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Tbs (°C) Tbh (°C) Y1 [kgw/kg as] G[kgaire/m2seg] Tbs (°C) Tbh (°C) Y2[Kgw/Kgas] 59 17 0.0021 1.44107 59 17.00 0.0021 59 17 0.0021 1.44107 19 17.00 0.0600 59 17 0.0021 1.44107 21 18.00 0.0500 59 17 0.0021 1.44107 52 17.00 0.0300 59 17 0.0021 1.44107 50 17.50 0.0200 59 17 0.0021 1.44107 57 18.00 0.0150 Tabla 19. Información del aire seco
Ø Como se conocen las humedades de entrada y salida se puede calcular la parte izquierda de la ecuación () G(Y2-Y1) [kgw/m2seg] 0 0.00E+00 600 0.00E+00 1200 4.06E-03 2400 1.16E-03 3600 5.81E-03 5400 5.81E-03 7200 5.52E-03 10800 3.34E-03
t [seg]
Tabla 20
Los resultados del balance de materia para el lecho fluidizado se encuentran en el apéndice 11.2. Balances de masa en el secador de charolas Para llevar a cabo el secado de las verduras y hortalizas en el secador de charolas, se procede primero a pesarlas ante de limpiarlas, esto es para saber cuanta materia se pierde, debido a los procesos posteriores de acondicionamiento. Como son las operaciones preliminares que se señalan en la siguiente tabla donde se puede observar cuales se llevaron a cabo Posteriormente para cada vegetal u hortaliza se realizan las operaciones preliminares especificas que se señalan, en la tabla 10, se puede observar cuales y de que manera se llevaron a cabo para cada material. Cabe mencionar que los cubos y las rodajas se hicieron de aproximadamente 5mm de espesor, con el fin contribuir a un mejor secado. Antes de introducirlos al secador, se pesan las charolas vacías. Después se vacían los vegetales de manera que sobre la charola quede una capa uniforme, se vuelven a pesar y así se obtiene un mejor registro sobre la masa inicial que entra al secador de charolas
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39
VERDURA/HORTALIZA LAVADO PELADO CORTADO DESVAINADO DESGRANADO ESCALDADO Ajo Manual Rodajas Cebolla Manual Rodajas Calabaza ü Manual Cubos Chícharo Manual Jitomate ü Manual Rodajas Maíz Manual Manual Con Papa ü Manual Cubos bisulfito de sodio (1%) Zanahoria ü Manual Cubos Tabla 10 . Operaciones preliminares a las que fue sometida cada verdura u hortaliza
El secador de charolas se enciende 15 minutos antes del experimento, manteniendo constante el flujo de aire, en este caso fue de 1.25 m/s +.0.5, y el control de temperatura de 60°C + 1, como cuenta con una pistola la cual contiene dos termómetros, uno para la temperatura de bulbo húmedo y otra para la temperatura de bulbo seco; se miden ambas temperaturas en la entrada del aire. Y con voltímetro se mide la temperatura de salida del aire. Además el secador se tara, pues tiene una canastilla colgando donde se introducen las charolas. Ya que se tiene una temperatura de 60°C en la entrada del aire se procede a introducir las charolas con el vegetal que va ha ser secado. Tomándose las lecturas de masa, temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco, así como de la velocidad del aire. Las mediciones se toman a diferentes tiempos, al principio se hace a intervalos de 5 minutos hasta completar 30, después de 10 hasta completar la hora, la siguiente hora se divide en intervalos de 20 minutos. Después de 30 y por último de 1 hora. El secado tiene una duración aproximada de 3 horas. Cuando se extraen las charolas, la verdura de cada una de ella, se introduce a la balanza electrónica para determinar cuanta humedad todavía contiene, y así ver cual es la masa seca total. A continuación se presenta el tratamiento de los datos experimentales correspondiente a los balances de materia. Se muestra los cálculos detallados para un solo vegetal (Zanahoria), ya que el procedimiento es el mismo para los demás. Ø Se toma una muestra de zanahoria fresca, a la cual se le determino la humedad en una balanza electrónica, en la tabla 21 se presentan los resultados. m (kg)
Mss (kg)
X (kg w/kg s.s)
0.0184
0.0024
6.695
Tabla 21. Humedad en base seca de la zanahoria fresca.
Ø Del proceso de deshidratación de la Zanahoria, se obtuvieron los siguientes datos experimentales.
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PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
T (seg)
m (kg)
vs (m/s) tbh,ent (°C)
tbs,ent (°C)
0
0.36165
1.21
28
60
26
53
300
0.34365
1.19
28
60
26
53
600
0.32265
1.22
28
61
26
53
900
0.30565
1.18
28
61
26
53
1200
0.28565
1.22
28
61
26
53
1500
0.26465
1.23
28
61
26
53
1800
0.24865
1.21
28
61
26
53
2400
0.21365
1.22
28
61
26
53
3000
0.18365
1.25
28
61
26
54
3600 4800 6000 7200 9000
0.15865 0.11365 0.08164 0.06165 0.04365
1.21 28 61 1.22 28 61 1.23 28 61 1.22 28 61 1.23 28 62 Tabla 22. Datos experimentales.
27 27 28 28 28
54 54 56 58 60
40
tbh,sal (°C) tbs,sal (°C)
Ø Al término del proceso, se tomo una cantidad de zanahoria deshidratada en cada charola y se analizo en la balanza electrónica. Con el fin de determinar la masa seca en la misma. CHAROLA
m (kg)
mss (kg)
1 2 3 4 Promedio
0.01308 0.01008 0.01395 0.01392 0.01276
0.01255 0.00960 0.01349 0.01319 0.01221
X (kg H2O/kg s.s) 0.0422 0.0500 0.0341 0.0553 0.04542
Tabla 23. Humedades en base seca para la zanahoria deshidratada.
Ø Con la masa seca determinada con la balanza de humedad, se puede establecer una regla de tres simple para extrapolar la masa seca contenida en la verdura fresca que va a ser sometida a tratamiento “Si la masa de sólido húmedo (m) puesta en la balanza de humedad contiene cierta masa sólido seco (mss muestra) , la masa seca (mss total) presente en cualquier muestra de sólido húmedo será:”
ms .s total =
(ms.s muestra )(mhumedatotal ) mhumedamuestra
(36)
Ø Con el valor de la masa seca se procede a determinar las humedades en base seca y húmeda para los diferentes intervalos de tiempo.
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
T (seg)
m (kg)
0
0.36165
0.042
7.6585
0.8845
300
0.34365
0.042
7.2276
0.8785
600
0.32265
0.042
6.7248
0.8705
900
0.30565
0.042
6.3178
0.8633
1200
0.28565
0.042
5.8389
0.8538
1500
0.26465
0.042
5.3362
0.8422
1800
0.24865
0.042
4.9531
0.8320
2400
0.21365
0.042
4.1151
0.8045
3000
0.18365
0.042
3.3969
0.7726
3600
0.15865
0.042
2.7983
0.7367
4800
0.11365
0.042
1.7210
0.6325
6000
0.08164
0.042
0.9546
0.4884
7200
0.06165
0.042
0.4760
0.3225
9000
0.04365
0.042
0.0451
0.0431
41
ms.s (kg) X(kg w/Kg s.s) x(kg w/Kg tot)
Tabla 24. Humedad en base seca y humedad de la zanahoria
Ø Con las humedades en base seca y el tiempo, se hace una curva de secado X vs. t, y se ajusta la curva para obtener el polinomio que representa cómo cambia la humedad en cada tiempo.
9
X[kg agua/kg s.seco]
8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
2000
4000
6000
8000
10 0 0 0
t [s e g ]
Grafica 16 Comportamiento típico de una curva de secado
Ø Con los datos anteriores, se puede calcular una parte del balance de masa para el secador. El balance de masa es el siguiente.
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PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
mss dX − = G (Y2 − Y1 ) A dt
42
(37)
Ø Para conocer la velocidad de secado. Se ajusta un modelo polinomial a la curva X vs. T y la expresión resultante se deriva para obtener la ecuación (38). La ecuación (40) se obtiene al multiplicar el lado izquierdo de la ecuación (38) por la masa del sólido seco y dividir por el área superficial expuesta al secado
dX = 18 x10−8 t − 1.7 x10− 3 dt
(38)
entonces, el flux de agua evaporada:
N=
mss dX − A dt
(28)
Por lo tanto en la tabla 25 podemos ver la velocidad de secado en el intervalo de tiempo experimental t[seg] (-dX/dt) 0 0.00170
N[kgagua/m2seg] 0.00036
300
0.00165
0.00035
600
0.00159
0.00033
900
0.00154
0.00032
1200
0.00148
0.00031
1500
0.00143
0.00030
1800
0.00138
0.00029
2400
0.00127
0.00027
3000
0.00116
0.00024
3600 4800 6000
0.00105 0.00084 0.00062
0.00022 0.00018 0.00013
7200
0.00040
0.00008
9000
0.00008
0.00002
Tabla 25. Velocidad de secado en w/seg⋅m2
Ø Para obtener la parte derecha de la ecuación 38 se calcula el flujo de aire seco, para ello, se calcula el volumen húmedo del aire que entra al secador, después a la velocidad superficial (u) se divide por el volumen húmedo
v H ( m 3 mezcla / kgaire° C ) = (0.00283 + 0.00456Y ')(t G + 273)
(39)
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PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
G ( kgAS / m 2 seg ) = Ø las Ø masa, el t[seg] 0 300 600 900 1200 1500 1800 2400 3000 3600 4800 6000 7200 9000
vs vH
43
(40)
Para conocer Y1’ se emplea la carta psicométrica teniendo como referencia temperaturas de bulbo húmedo y seco en la entrada del sistema. Con la ecuación 37 se determina Y’2, con esto completamos el balance de cual esta en la tabla 26. N[kg w/ seg m2] Y1 [kg w/kg s.s] Y2[kg w/kg s.s] G[kg a/seg m2] 0.00036 0.018 0.0182861 1.24778 0.00035 0.018 0.0182817 1.22716 0.00033 0.0175 0.0177663 1.25531 0.00032 0.0175 0.0177660 1.21415 0.00031 0.0175 0.0177483 1.25531 0.00030 0.0175 0.0177373 1.26560 0.00029 0.0175 0.0177321 1.24502 0.00027 0.0175 0.0177121 1.25531 0.00024 0.0175 0.0176894 1.28618 0.00022 0.0175 0.0176774 1.24502 0.00018 0.0175 0.0176399 1.25531 0.00013 0.0175 0.0176029 1.26560 0.00008 0.0175 0.0175676 1.25531 0.00002 0.017 0.0170133 1.26281 Tabla 26. Resultados del balance de masa
11.3. Balance de energía en el secador de charolas y lecho fluidizado Ø El balance de energía para este tipo de secador es el siguiente:
(
G (Cpas + Y1'Cpw( v ) ) (T1 − T2 ) = G (Y '−Y1 ) λ + mss Cpss + X Cpw( l )
) dTdt + Q
(33)
para el estudio de esta ecuación se hicieron los siguientes análisis. Como las temperaturas de salida del aire no disminuyeron más de 15°C, puede suponerse un proceso adiabático, para corroborarlo se resolvió la ecuación (33) diferencialmente para obtener la temperatura de sólido:
(
T (t ) = 5.743x10 −17 e −1.48411 t − 9.38308 x 1017 + 1.053 x 1018 e
1.4811 t
)
(41)
al sustituir los diferentes tiempos, no se observa algún pozo térmico, es decir, el desequilibrio térmico que se induce al sistema, al introducir el sólido que se va a secar.; por tal motivo se dieron tiempos pequeños para encontrar este comportamiento en el sistema. Cabe mencionar que se realizan los cálculos para tres casos, el primero considerando el proceso adiabático, el segundo la perdidas de calor constantes y el tercero utilizando el
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44
coeficiente convectivo de calor y la diferencia de temperaturas. Los resultados se muestran en la siguiente tabla 27.
t[seg] 0 0.1 0.5 0.9 1 1.1 1.3 1.5 2 2.5 3 3.2 3.5 4 4.2 4.5 5 5.2 5.5 6 6.2 6.5 7 300 600 900 1200 1500 1800 2400 3000 3600 4800 6000 7150
ADIABÁTICO T[°C] 60.4274 30.1333 34.313 46.0072 52.4647 53.5633 58.8721 59.6871 60.075 60.1655 60.2596 60.3475 60.3681 60.3894 60.4093 60.4188 60.4233 60.4243 60.4254 60.4265 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274 60.4274
Q Cte T[°C] 60.4067 30.133 34.3099 45.9962 52.4493 53.5472 54.4936 56.0127 57.1415 58.8525 59.6669 60.0545 60.145 60.2391 60.3269 60.3474 60.6987 60.3886 60.3933 60.3981 60.4026 60.4036 60.4047 60.4058 60.4067 60.4067 60.4067 60.4067 60.4067 60.4067 60.4067 60.4067 60.4067 60.4067 60.4067
Q (T) T[°C] 60.4526 30.1333 34.5209 46.5761 53.027 54.1016 55.0207 56.4791 57.5459 59.1222 59.8437 60.1739 60.2487 60.325 60.3942 60.4099 60.4259 60.4403 60.4436 60.447 60.45 60.4507 60.4514 60.452 60.453 60.453 60.453 60.453 60.453 60.453 60.453 60.453 60.453 60.453 60.453
Tabla 27. Temperatura del sólido, considerando el caso adiabático, Q constante y Q como función de la temperatura
Como no hay gran diferencia entre las tres temperatura obtenidas, este proceso puede tratarse como un proceso adiabático.
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45
Entonces, para conocer el cambio de entalpía de gas, se utiliza la ecuación (42) pero en lugar de resolver se toman los incrementos en el tiempo y los ∆T correspondientes, es decir, t2-t1. Cabe mencionar que se realizaron gráficas para observar el comportamiento de los Cp’s, y λ en los intervalos de temperatura en los cuales se llevo a cabo el secado, y estos variaban muy poco, por lo que se toman constantes. 12. PRODUCCIÓN ANUAL DE SOPAS DESHIDRATADAS Se realizo un estudio de mercado, se analizo el contenido de varias sopas comerciales y se encontró que el porcentaje de verdura deshidratada contenida en los sobres es de 68.396 % y el porcentaje de polvo (condimentos) es de 31.604% Específicamente se analizo la sopa juliana y se encontró los siguientes datos Verdura /hortaliza
Masa deshidratada
Calabaza Chícharo Maíz Papa Zanahoria
Porcentaje
3.26 2.97 1.48 6.17 5.42
16.89 15.39 7.67 31.97 28.08
Tabla 28. Contenidos de verdura en la sopa juliana
Se requiere producir 80,000 tonelada por año de sopa deshidratada, de este total se necesita saber cuanta cantidad corresponde a sopa deshidratada y que porcentaje de condimentos. De acuerdo al porcentaje encontrado de la sopa comercial tenemos
masa verdura =
80,000 * 68.396 = 54,717 100
(42)
mada polvo = 80,000 − 54,717 = 25,283
(43)
Del masa de verdura calculada anteriormente y con los porcentaje de la tabla (), se puede calcular la cantidad de ingredientes de la sopa VERDURA / HORTALIZA
Calabaza Chícharo Maíz Papa Zanahoria
mss [kg/año]
mss (kg/día)
9,242 8,421 4,197 17,493 15,364
Tabla 29. Producción de sopa deshidratada
37 34 17 70 62
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
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46
13. Diagrama de la planta La distribución general de la planta deshidratadora de verduras y hortalizas se presenta en la Fig. 11. En este diagrama se puede observar como están distribuidos los edificios de la planta. Entre ellos se encuentran las oficinas, la recepción y el almacén de materias primas, los sistemas auxiliares (bombas, compresores y calderas) y el proceso. En la Fig. 12 se muestra la distribución del proceso. Se puede observas las línea de producción para cada vegetal, en cada línea se muestra las operaciones previas al secado (Acondicionamiento del vegetal, pelado, cortado, escaldado), el secado (secador de charolas y secado de lecho fluidizado) y finalmente el envasado.
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS 81.4 m
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46.0 M
SISTEMAS AUXILIARES
5.5 m
(COMPRESORES, BOMBAS, CALDERAS)
15.0 m
TANQUES DE GAS
ALMACEN PRODUCTO ENVASADO
15.0 m
22.0 m
COMEDOR LOCKER BAÑOS
C I S T E R N A
43.2 m
PROCESO P. D E
24.9 m
OFICINAS
T R A. A G U A
15.0 m
RECEPCION ALMACENAMIENTO
19.9 m
ESTACIONAMIENTO
30.0 m 39.1 m
Figura 11. Distribución de la planta
47
40.0 m
8.0 m
PM
P 1
1.2
1.1
48
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
1.3
E
C
1.5
1.4
LZ
SLF
MVF 2.1
2
2.2
2.3
2.4
2.5
E
LP 3
P
3.1
LC 4
LCH
4.1
PM
D
4.2
5
5.1
DE
MVD SLF
MVF
4.3
A
R
1.6 2.6 3.4
3.3
3.2
1.7 2.7 3.5
5.2 5.3
LM
4.4 5.4
E 6
6.1
7
7.1
E
CR 6.2
4.5 5.5
LLC
EN SC
LCE
M
7.2
LA CR
6.3 7.2
6.4 7.3
* Nomenclatura empleada se presenta en la siguiente hoja
Figura 12. Diagrama del proceso.
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PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
49
Nomenclatura empleada en la figura 12 C CR D DE DH E EN LC LCA LCE LCH LLC LI LF LM LP LTA LZ M ML MVF MP MVD P PM SC SLF
Cubicadora Cortadora (Rodajas) Desvainadora Desgranadora Deshojadora Escaldado Envasado Línea de calabaza Lavadora de cinta y aspersión Línea de cebolla Línea de chícharo Llenado de charolas Lavado por inmersión Lavado por flotación Línea de maíz Línea de papa Lavador de tambor y aspersión Línea de zanahoria Molino Máquina limpiadora Mezclador verdura fresca Máquina peladora Mezclador verdura deshidratada Pelador Pelador mecánico Secador de charolas Secador de lecho fluidizado
Tabla 30. Nomenclatura del diagrama del proceso.
La materia necesaria para un lote, nos la da el balance de materia el cual se muestra en la tabla 31. VERDURA/CORRIENTE
1 [kg / ]
1.1 [kg / ]
1.2 [kg / ]
1.3 [kg / ]
1.4 [kg / ]
1.5 [kg / ]
1.6 [kg / ]
1.7 [kg / ]
Zanahoria
551
463
421
337
293
279
279
31
VERDURA/CORRIENTE
2 [kg / ]
2.1 [kg / ]
2.2 [kg / ]
2.3 [kg / ]
2.4 [kg / ]
2.5 [kg / ]
2.6 [kg / ]
2.7 [kg / ]
Papa
577
465
423
338
294
280
280
35
3 [kg / ] 436
3.1 [kg / ] 368
3.2 [kg / ] 320
3.3 [kg / ] 304
3.4 [kg / ] 304
3.5 [kg / ] 19
4 [kg / ] 196
4.1 [kg / ] 165
4.2 [kg / ] 85
4.3 [kg / ] 80
4.4 [kg / ] 80
4.5 [kg / ] 17
VERDURA/CORRIENTE Calabaza VERDURA/CORRIENTE Chícharo
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VERDURA/CORRIENTE Maíz VERDURA/CORRIENTE Cebolla VERDURA/CORRIENTE Ajo
5 [kg / ] 120
5.1 [kg / ] 100
5.2 [kg / ] 36
5.3 [kg / ] 34
5.4 [kg / ] 34
5.5 [kg / ] 9
6 [kg / ] 672
6.1 [kg / ] 551
6.2 [kg / ] 510
6.3 [kg / ] 510
6.4 [kg / ] 30
6.5 [kg / ] 26
6 [kg / ] 147
6.1 [kg / ] 130
6.2 [kg / ] 120
6.3 [kg / ] 120
6.4 [kg / ] 30
6.5 [kg / ] 26
50
Tabla 31. Producción de un día, el cual consta de una jornada de 8 horas de trabajo.
13.2. Diseño de los equipos 13.2.1. Diseño de charolas. La cantidad de masa de cada uno de los vegetales para producir – de verdura deshidratada por un turno de ocho horas se muestran en la tabla 32 y en la tabla 33 se presenta la cantidad de condimentos requeridos. VERDURA/HORTALIZA
Calabaza Chícharo Maíz Papa Zanahoria
mf (kg)
592 178 68 525 558
ms (kg)
37 34 17 70 62
Tabla 32. Masa de los vegetales para producir – al día
CONDIMENTOS
mf (kg)
ms (kg)
Ajo Cebolla Jitomate
9.51 210.46 1088.89
34.56 31.71 43.82
Tabla 33. Masa de los condimentos por día
Para diseñar el número de charolas que contiene el secador, se debe de calcular la cantidad de masa contenida en una sola charola, para calcular m (kg/charola) se
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51
multiplica la densidad empacada (ρempacada) de cada uno de los vegetales por el volumen de una charola (Vcharola) es decir
kg m = ρ empacadaVcharola charola
(44)
En la tabla 34 se presentan los resultados VEGETAL /HORTALIZA
m (kg de vegetal/ charola)
Calabaza Chícharo Maíz Papa Zanahoria
32 30 33 35 30
Tabla 34. Cantidad de masa por charola m (kg vegetal/charola) CONDIMENTO M (kg
condimento
Ajo Cebolla Jitomate
/charola)
0.27 6.67 24.85
Tabla 35. Cantidad de masa por charola m (kgcondimento/charola)
Posteriormente se calcula el número de charolas empleadas por cada vegetal. Se divide la masa final (mf) entre la cantidad de masa que contiene una charola (m) es decir
No de charolas =
mf m
(45)
La tabla 36 y 37 muestra el número de charolas requeridas VERDURA / HORTALIZA
NO DE CHAROLAS
Calabaza Chícharo Maíz Papa Zanahoria
19 6 2 15 19
Tabla 36. Número de charolas requeridas para el secador Condimento Ajo
No de charolas
Cebolla
1 7
Jitomate
25
Tabla 37. Número de charolas requeridas
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13.2.1. Diseño del secador de charolas.
De acuerdo a la información anterior de cuantas charolas se requieren para secar cada vegetal, se puede diseñar las dimensiones del secador. Cada charola tiene las siguientes dimensiones: 90 cm de largo, 60 cm de ancho y 1 cm de espesor.
El secador de charolas que se va a diseñar para la zanahoria, calabaza y papa contiene cuatro bastidores. Por lo tanto se propone que cada bastidor contenga el siguiente número de charolas para cada vegetal. En la siguiente tabla se presenta los datos. VEGETAL / HORTALIZAS
NO DE CHAROLAS POR BASTIDOR
Zanahoria Calabaza Papa
5 5 4
Tabla 38. Número de charolas por bastidor
Para el caso del chícharo, maíz, ajo y cebolla el número de bastidores que contiene el secador son dos. Por el número tan pequeño de charolas requeridas para secar los vegetales y por los tiempos de secado parecidos se van a secar el chícharo y el maíz en un solo secador, así como el ajo y la cebolla. Por lo tanto el número de charolas por bastidor se presentan a continuación. VERDURA /HORTALIZA
NO. DE CHAROLAS POR BASTIDOR
Chícharo y Maíz Ajo y Cebolla
4 4
Tabla 39. Número de charolas por bastidor
Tomando en cuenta que la separación entre charolas es de 10 cm, la separación que existe entre bastidores y la separación de bastidores al techo del secador es de 20 cm respectivamente y la separación de los bastidores a la base del secador es de 50 cm (ventilador y calentador). Se obtienen las siguientes dimensiones para los cinco secadores utilizados en el proceso. SECADOR DE CHAROLAS (4 BASTIDORES)
Zanahoria Calabaza Papa
DIMENSIONES
Largo = 2.4 m Alto = 1.15 m Ancho = 1.80 m Largo = 2.4 m Alto = 1.15 m Ancho = 1.80 m Largo = 2.4 m Alto = 1.04 m Ancho = 1.80 m
Tabla 40. Dimensiones del secador de charolas con cuatro bastidores
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SECADOR DE CHAROLAS (2 BASTIDORES)
Chícharo y maíz Ajo y cebolla
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DIMENSIONES
Largo: 2.4 m Alto: 1.04 m Ancho:1.0 m Largo: 2.4 m Alto: 1.04 m Ancho:1.0 m
Tabla 41. Dimensiones del secador de charolas con dos bastidores
13.3. Diseño de la bomba utilizada en el proceso. Se requiere una bomba para llenar y vaciar los tanques en las diferentes operaciones del proceso. El volumen del tanque es de 0.67 m3 y se necesita llenarlo en un tiempo de 120 seg. Por lo tanto el flujo volumétrico requerido es Q = v/t = 5.58 x 10-3 m3/seg. El flujo volumétrico es igual a
Q =UA
(45)
donde u es la velocidad en m/s y A es el área de la tubería en m2. De la 46 se obtiene el diámetro de la tubería requerido que es igual a
d=
4Q πu
(46)
la velocidad requerida es 0.667 m/s, por lo tanto es d = 0.103 m Se realiza un balance de energía mecánica que es el siguiente
g dP ∆u 2 ∆z + +∫ + Ws + ∑ F = 0 gc 2 gc 1 P 2
(47)
en el sistema no hay cambio de presión P1 = P2 = patm, y no hay cambio en la velocidad u1 = u2 por lo tanto la ecuación 47 se simplifica a
g ∆ z + Ws + ∑ F = 0 gc
(48)
Se requiere cuantificar el trabajo realizado por el fluido para posteriormente calcular la potencia de la bomba. Donde ΣF es igual a la suma de la todas las pérdidas por fricción por unidad de masa.
∑F =
2 fF Lu gcd
2
(49)
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donde
F
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es igual a factor de fricción de Fanning y L es la distancia igual a 80 m
El factor de fricción
F
se calcula con la siguiente formula
1 ε 6.81 0.9 1 = −4 log + 3.7 d Re fF
(50)
donde ε es la rugosidad del tubo igual a 0.046 para una tubería de carbón sanitario por lo tanto fF = 0.522 Por lo tanto ΣF =360.75 De la Ec. (***) se despeja el trabajo necesario que es igual a Ws = 385.3 J/kg La potencia de la bomba es
P = Ws ρ Q
(51)
donde P es la potencia en HP, ρ es la densidad del agua igual a 998 kg/m3 y Q es el flujo volumétrico en m3/ seg por lo tanto se requiere una bomba de
P = 3 HP 13.4. Diseño del la caldera Uno de los procesos previos al secado es el pelado y el escaldado, para llevar a cabo estas operaciones se requiere agua caliente para esto se necesita un sistema que mantenga el agua a la temperatura deseada por lo tanto se van a utilizar tanques de acero inoxidable enchaquetado así como equipos auxiliares (caldera). Los tanques que se emplean son de diferente dimensión ya que la masa del vegetal empleado cambia de acuerdo a los requerimientos de la producción.
Figura 11. Tanque enchaquetado
Para calcular el requerimiento de la caldera se necesita calcular la masa de vapor requerida en todo el proceso. El procedimiento es el siguiente: Balance de energía en el sistema
Q Áire = mv C pv ∆T = QH 20 = magua C p H 2O ∆T
(52)
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donde mv es la masa de vapor en kg y mH2O es la masa de agua en kg. De la ecuación anterior se puede calcular el calor necesario para calentar el agua, este calor es igual al calor necesario para calentar una masa de vapor. El vapor alimentado a la chaqueta se debe mantener a una temperatura tal que no se condense, se considera que la temperatura mínima a la que el vapor se debe enfriar es de 105 °C y la temperatura a que el vapor debe de calentarse es de 130°C y 150°C. Por otra parte el agua se calienta de 20°C a 60°C (temperatura de escaldado). La masa de agua que se debe calentar para cada componente la podemos ver en la tabla 42. VEGETAL / HORTALIZA
Calabaza Papa Zanahoria Chícharo Maíz
mH2o (kg)
222 70 100 65 17
Tabla 42. Masa de agua en los tanques de escaldado
La masa total de vapor empleado a las condiciones antes mencionadas son 20 kg y 12 kg de vapor a las temperaturas 130°C y 150°C respectivamente. La distancia de 150 m y la velocidad del fluido (w)es de 2.5 m/s. con una altura de 2.5 m/s Se realiza un balance de energía y se calcula el trabajo que realiza la caldera por lo tanto Ws = 480 J/kg. La potencia de la caldera es
P = Ws ρ Q
(53)
donde P es la potencia en HP, ρ es la densidad del agua igual a 998 kg/m3 y Q es el flujo volumétrico en m3/ seg por lo tanto se requiere una caldera de
P = 5 HP 13.5. Diseño de los tanques de escaldado Se requieren diseñar cinco tanques para escaldado, estos tanques son de diferente dimensión de acuerdo a la masa empleada de verdura. La masa necesaria fresca para cubrir la producción se presenta a continuación en la siguiente tabla 41 VEGETAL / HORTALIZA
ρ empacada (kg/m3)
mfresca (kg)
Calabaza Papa Zanahoria
640 644 544
320 294 293
Tabla 43.Vegetales escaldados
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Utilizando la densidad empacada de los vegetales se obtiene los volúmenes de los tanques los cuales están representados en la tabla 44. VEGETAL / HORTALIZA
VOLUMEN DEL TANQUE (m3)
Calabaza Papa Zanahoria
1 1 1
Tabla 44. Volumen del tanque de escaldado
13.6. Diseño de bandas transportadoras Para diseñar los transportadores de vegetales utilizados en el proceso, se tomaron los siguientes puntos Ø Ø Ø Ø Ø
Capacidad requerida Longitud de desplazamiento Características de los vegetales a transportar Condiciones de operación La potencia requerida para impulsar el transportador: Potencia para impulsar la banda de vacío, para desplazar la carga en contra de la fricción de las partes giratorias, para vencer la inercia al poner el material en movimiento
Los transportadores que se van a emplear son los siguientes. 1.- Transportadores de banda: Estas bandas se van a utilizar dentro del proceso para la limpieza y tratamiento térmico de los vegetales 2.- Transportadores vibratorios: Se utilizan como mecanismos de alimentación de la mezcladora y del molino A continuación se presentan las dimensiones de las bandas utilizadas en las diferentes corrientes, las velocidades a las que operan dentro del proceso dependen de los tiempos de secado de cada vegetal. Las líneas 1, 2 y 3 operan más lentamente con respecto a las líneas 4 y 5 ya que el tiempo de secado de los vegetales de las líneas 4 y 5 tardan más. TRANSPORTADOR/CORRIENTE mzanahoria (kg) VZanahoria (m3) longitud (m ) Ancho (m) Espesor (m) Velocidad (m/min) mpapa (kg) Vpapa (m3) longitud (m ) Ancho (m) Espesor (m) Velocidad (m/min) MCalabaza (kg) VCalabaza (m3)
i 551 1.0 2.5 0.9 0.44 5.0 577 0.90 2.5 0.9 0.4 5.0 436 0.75
i.1 463 0.85 2.0 0.9 0.47 6.0 465 0.72 2.0 0.9 0.4 6.0 368 0.63
i.2 421 0.77 2.5 0.9 0.34 5.0 423 0.66 2.5 0.9 0.29 5.0 320 0.55
i.3 337 0.62 2.5 0.9 0.28 5.0 338 0.52 2.5 0.9 0.23 5.0 304 0.52
i.4 2930 0.538 2.0 0.9 0.34 6.0 294 0.46 2.0 0.9 0.25 6.0 304 0.52
i.5 279 0.51 2.5 0.9 0.23 5.0 280 0.43 2.5 0.9 0.19 5.0
i.6 279 0.51 2.5 0.9 0.23 5.0 280 0.43 2.5 0.9 0.19 5.0
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longitud (m ) Ancho (m) Espesor (m) Velocidad (m/min) mChícharo (kg) VChícharo (m3) longitud (m ) Ancho (m) Espesor (m) Velocidad (m/min) mcebolla (kg) Vcebolla (m3) longitud (m ) Ancho (m) Espesor (m) Velocidad (m/min) mAjo (kg) VAjo (m3) longitud (m ) Ancho (m) Espesor (m) Velocidad (m/min)
2.5 0.9 0.33 7.0 196 0.36 2.5 0.9 0.16 3.4 672 1.14 2.5 0.9 0.5 3.0 147 0.23 2.5 0.9 0.10 3.0
2.0 0.9 0.35 9.0 165 0.31 2.0 0.9 0.56 4.0 551 0.93 2.0 0.9 0.52 4.0 130 0.20 2.0 0.9 0.11 4.0
2.5 0.9 0.24 7.0 85 0.16 2.5 0.9 0.07 3.4 510 0.87 2.5 0.9 0.39 3.0 120 0.19 2.5 0.9 0.08 3.0
2.5 0.9 0.23 7.0 80 0.15 2.5 0.9 0.07 3.4 30 0.05 2.5 0.9 0.022 3.0 30 0.047 2.5 0.9 0.022 3.0
57
2.0 0.9 0.29 9.0 80 0.15 2.0 0.9 0.07 4.0 26 0. 05 2.0 0.9 0.022 4.0 26 0.041 2.0 0.9 0.022 4.0
Tabla 45. Dimensiones de las bandas empleadas en el proceso.
De los equipos para el acondicionamiento de las verduras y hortalizas en las diferentes lineas, se muestran en la tabla 46, 47, 48, 49, 50 y 51 así como sus especificaciones:
Servicio: Desgranadora de ajos
Modelo Motor (HP) Motor reductor (V) Corrosión permitida Material
DAB - 2000 8 380 Sin corrosión Acero inoxidable
Características Contiene Acarreador elevador Rodillos ajustables Cinta transportadora Doble aspirador de cáscara Caída a cilindros calibrador
Tabla 46. Dimensiones de la desgranadora de ajos.
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Servicio: Descoladora de cebollas
Modelo Motor (HP) Motor reductor (V) Corrosión permitida Material
DCBAE 8 380 Sin corrosión Acero inoxidable
Características Mesa de cepillos de goma Doble mesa de descolado Mesa de inspección Plano inclinado para clasificado Cuenta con tablero
Tabla 47. Dimensiones y características de la decoladora de cebollas. Servicio: Cilindrolavador Dimensiones: Largo (m) Diámetro (m) Motor reductor (HP)
4.8 1 3
Características Ruedas de hierro con cojinetes blindados
Tablillas de chapa soldada Puerta reguladora de salida Caño interior para aspersión de agua
Tabla 48. Dimensiones y características del cilindro lavador.
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Servicio; Barras vibradoras Modelo Motor (HP) Motor reductor (V) Corrosión permitida Material
BVB -700 8 380 Sin corrosión Acero inoxidable
Equipo compuesto por: Barra porta herramientas para tres surcos Cuchillas con ruedas incorporadas para control de profundidad Cuchillas central para corte Timones regulables al ancho de surco Caja escuadrada de mando con engranes de aceo Barra giratoria sobre cojinetes blindados
Tabla 49. Dimensiones y características de la banda transportadora vibradora con espreas.
Servicio: Mesa de inspección Motor (HP) Motor reductor (V) Corrosión permitida Material
1.5 380 Sin corrosión Acero inoxidable
Equipo compuesto por: Chasis construido en tubo de 60 x 40 x 2 mm Rodillos giratorio de chapa Candena de translación con pernos Ejes de acero SAE 1045 Engranajes de fundición de hierro Cajas portacojinetes Gancheras dobles para descarte de un ancho de 120m x 2.50 m de largo
Tabla 50. Dimensiones y características de la mesa clasificadora.
Servicio: Mesa de clasificado primario Motor (HP) Motor reductor (V) Corrosión permitida Material
1.5 380 Sin corrosión Acero inoxidable
Equipo compuesto por: Compuesta de chasis de tubo estructural Cepillos revestidos de goma (Cantidad ocho) Engranajes de hierro fundido Cadena a rodillos ASA 50 Laterales protectores de chapa # 16
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Servicio: Acondicionado de cebollas Equipo compuesto por: Mesas de descolado boble Acarreador elevador secundario Mesa de cepillos para separar cáscaras Mesa de inspección Cinta superior para mercado interno Cinta de reparto a mesa de clasificado Mesa de clasificado Mesa de clasificado doble Caída en cinco tamaños para exportación Plataforma para personal Rodado 700 x (16)4 con neumáticos
Tabla 51. Características y dimensiones de la acondicionadora de cebollas.
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OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES v El tiempo de secado es menor en el lecho fluidizado, después en el secador de charolas y por último, la estufa de vacío. v Este fenómeno se debe al principio de secado que utiliza cada secador. v Por lo anterior, y de analizar las graficas de velocidad de secado, se decide, secar el ajo y la cebolla en el secador de charolas, y los demás en el lecho fluidizado, en un mismo lote se secaran el chícharo y el maíz, y en el otro la calabaza, papa y zanahoria. v La calabaza no es conveniente secarla en el secador de charolas, pues esta se adhiere a la misma charola, por lo tanto, al quitarla se maltrata al material. v La estufa de vacío al no contar con un sistema de regeneración propio del aire, hace muy deficiente el secado, pues hay momentos en que la sílice gel, no absorbe toda el agua evaporada, y provoca que la humedad del sólido aumente en lugar de disminuir. v Las pruebas de deshidratación son contundentes para desechar el secado con la estufa de vacío. Ya que además de requerir un mayor tiempo de secado, el cual implica un mayor costo, la apariencia de las verduras no es la esperada. v La temperatura a la que se trabajo, además de ayudar a secar, no provoca que los sólidos se quemen o formen un endurecimiento superficial que impida el paso del agua al aire. Por lo que trabajara con esta temperatura en la planta. v La velocidad del aire así como la cantidad de aire seco que se utilizo en el secador de charolas, esta muy por encima del mínimo, por lo que este aire puede reutilizarse como un reflujo en el mismo secador, o en su defecto, en la alimentación del lecho fluidizado. v La velocidad del aire, es la velocidad mínima de fluidización, esto se tomo de manera experimental, ya que se abrió la válvula hasta que el sólido empezaba a fluidizarse. Esto es para evitar, que al transcurrir el secado, las pequeñas partículas salieran del lecho. v La humedad al final del aire en el lecho, es muy pequeña, por lo que este aire puede recircularse o mandar menor cantidad de aire, lo que significa un ahorro en el tamaño del compresor. v Como puede observarse en las gráficas de los apéndices, los periodos de secado decreciente tienen un buen ajuste, lo que nos permite confiar en los experimentos realizados al momento de realizar el escalamiento de los equipos, al momento de diseñar la planta. v El uso del antioxidante en la papa, no afecta su secado y si contribuye a evitar el pardeamiento de la misma. v Al obtenerse un tamaño tan grande del secador de charolas para el jitomate, se decidió que este producto se comprara a otros empresarios. v La TIR es mayor que la TREMA, por lo tanto, el proyecto es viable para seguir en curso. v Los factores de riesgo en la planta son principalmente las calderas, los tanques de almacenamiento de combustóleo y del gas LP. v El bisulfito de sodio, no es un contaminante potencial en la planta. v El desecho de las verduras y hortalizas se vendrá como composta o en su defecto para la crianza de ganado.
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NOMENCLATURA A aire As aire seco Cs calor húmedo de la mezcla aire-agua G flux del aire (kg as/m2 seg] H coeficiente convectivo de calor L longitud de la charola N flux del agua (kg w/m2 seg] ss sólido seco T Temperatura (°C) Tbh temperatura de bulbo húmedo (°C) Tbs temperatura de bulbo seco (°C) T1 temperatura de entrada del aire (°C) T2 temperatura de salida del aire (°C) Qas Calor del aire (J/seg) Qhum Calor necesario para evaporar el agua contenida en el sólido (J/seg) Qsol Calor con el que se calentó el sólido (J/seg) Q Calor que se requirió en el proceso de secado (J/seg) VH volumen húmedo del aire (m3/kg a) u velocidad superficial del aire umf velocidad mínima de fluidización W agua X humedad en base seca (kg w/kg ss) x humedad total de sólido (kg w/kg) Y1 humedad en base seca de entrada del aire (kg w/kg as) Y2 humedad en base seca de salida del aire (kg w/kg as) z ancho de la charola
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ÁPENDICES A. Curvas caracteristicas del secador de charolas A.1. Curvas de velocidad de secado en función del tiempo Las siguientes gráficas se utilizaron para encontrar un correlación para la velocidad de secado en función del tiempo, la cual se utiliza en el balance de masa, como (-dX/dt) Ajo
3.0
2.5
X[kgw/kgss]
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
t[seg]
Cebolla
18 16 14 X[kgw/kgss]
12 10 8 6 4 2 0 0
2000
4000
6000
8000 t[seg]
10000
12000
14000
16000
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Maíz 3.0
X[kgw/kgss]
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
t[seg]
Papa
4.5 4.0 3.5
X[kgw/kgss]
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
t[seg]
Papa con antioxidante
7.0 6.0
X[kgw/kgss]
5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0
2000
4000
6000
8000 t[seg]
10000
12000
14000
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67
Zanahoria
9.0 8.0
X [kgw/kgss]
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
t[seg]
A las gráficas anteriores, se les hizo un ajuste a un polinomio de segundo grado, como puede observarse en las mismas, del cual se obtienen las siguientes ecuaciones. VERDURA/HORTALIZA Ajo Cebolla Chícharo Maíz Papa ¨Papa con antioxid Zanahoria
−
dX = at 2 + bt + c dt
3x10-7 t2 –16x10-4 t + 2.7847 Ex10-8 -2x10-3 t + 15.57 -7x10-9 t2 –7x10-3 t + 3.6501 1x10-8 t2 –3x10-4 t + 2.7613 -2x10-9 t2 –4x10--4t + 4.1071 3x10-e t2 – 8x10-4 + 6.5116 1x10-7 t2 – 1.7x10-3 t + 7.653
R2 0.995 0.9956 0.9935 0.9979 0.9962 0.9996 0.9997
Tabla 52. Ecuaciones del ajuste realizado a las curvas de secado.
A.2. Curvas de velocidad de secado en función de la humedad en base seca. Con estas gráficas podemos observar la cinética de secado en el intervalo que nos interesa.
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Ajo 5.E-04
N (kg w/seg m2)
4.E-04 4.E-04 3.E-04 3.E-04 2.E-04 2.E-04 1.E-04 5.E-05 0.E+00 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
X (kg w/kg ss)
Cebolla 2.5.E-04
N(kgw/segm 2)
2.0.E-04 1.5.E-04 1.0.E-04 5.0.E-05 0.0.E+00 0
5
10
15
20
X (kg w/Kg ss)
En estas gráficas, se puede considerar que no solo tienen un periodo de secado constante, sino que cuentan con dos periodos de tiempo de secado decreciente. Chícharo
7.8E-04
N (kg w/seg m2)
7.7E-04 7.6E-04 7.5E-04 7.4E-04 7.3E-04 7.2E-04 7.1E-04 7.0E-04 6.9E-04 0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
X (kg w/kg ss)
3.0
3.5
4.0
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
69
Papa con antioxidante
3.5E-03
N(kgw/segm 2)
3.0E-03 2.5E-03 2.0E-03 1.5E-03 1.0E-03 5.0E-04 0.0E+00 0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
X (kg w/kg ss)
Papa
N (Kg w/seg m2)
3.30E-04 3.25E-04 3.20E-04 3.15E-04 3.10E-04 3.05E-04 3.00E-04 0
1
2
3
4
5
X(kg w/kg ss)
Zanahoria 4.0E-04 3.5E-04
N(kg w/seg m2)
3.0E-04 2.5E-04 2.0E-04 1.5E-04 1.0E-04 5.0E-05 0.0E+00 0
1
2
3
4
5
6
7
8
X(kg w/kg ss)
A las gráficas anteriores, se les hizo un ajuste a un polinomio de segundo grado, como puede observarse en las mismas, del cual se obtienen las siguientes ecuaciones (tabla 53)
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
VERDURA / HORTALIZA
dN = aX + b dX
R2
Ajo
1e-4 X + 7e-5
0.9598
Cebolla
9e-6 X + 4e-5
0.9563
Chícharo
3e-5 X + 7e-4
0.9929
Maíz
2e-5 X + 3e-5
0.9852
Papa con antioxidante
4e-4 X + 9e-4
0.9863
Zanahoria
3e-5 X + 1e-4
0.9778
70
Tabla 53. Ecuaciones del ajuste realizado a las graficas de secado en función de la humedad en base seca.
En los ajustes realizados se obtuvieron correlaciones aceptables, por lo tanto, serán utilizados en la próxima parte proyecto, al realizar el diseño del secador. A.3. Tablas de la temperatura de sólido en el secador de charolas Se analizaron tres situaciones en el secador de charolas, el caso adiabático, donde no hay pérdidas de calor hacia los exteriores, el caso no adiabático con dos variaciones, la primera fue tratando la perdida de calor hacia el exterior constante y la segunda considerando la ley de ourier. AJO Adiabático
Qcte
Q(T)
t (seg)
T( °C)
t (seg)
T( °C)
t (seg)
T( °C)
10.0
59.3305
0.0
29.00000
0.0
59.27640
0.1
55.5263
0.1
29.00000
0.1
29.00000
0.5
55.5263
0.5
58.77960
0.5
56.36950
0.9
59.3296
0.9
59.25470
0.9
59.27620
1.0
59.3305
1.0
59.25560
1.0
59.27640
1.1
59.3305
1.1
59.25560
1.1
59.27640
1.3
59.3305
1.3
59.25560
1.3
59.27640
1.5
59.3305
1.5
59.25560
1.5
59.27640
2.0
59.3305
3.0
59.25560
2.0
59.27640
2.5
59.3305
7.0
59.25560
2.5
59.27640
3.0
59.3305
300
59.25561
3.0
59.27640
3.2
59.3305
600
59.25561
3.2
59.27640
3.3
59.3305
900
59.25561
3.5
59.27640
3.5
59.3305
1200
59.25561
4.0
59.27640
4.0
59.3305
1500
59.25561
4.2
59.27640
4.2
59.3305
1800
59.25561
4.5
59.27640
4.5
59.3305
2400
59.25561
5.0
59.27640
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
5.0
59.3305
5.2
59.27640
5.2
59.3305
5.5
59.27640
5.5
59.3305
6.0
59.27640
6.0
59.3305
6.2
59.27640
6.2
59.3305
6.5
59.27640
6.5
59.3305
7.0
59.27640
7.0
59.3305
300
59.27640
300
59.3305
600
59.27641
600
59.3305
900
59.27641
900
59.3305
1200
59.27641
1200
59.3305
1500
59.27641
1500
59.3305
1800
59.27641
1800
59.3305
2400
59.27641
2400
59.3305
CEBOLLA
71
5.5
59.984
59.93650
59.9852
Adiabático
Qcte
Q(T)
6.0
59.9946
59.94710
59.9927
t (seg)
T( °C)
T( °C)
T( °C)
6.2
60.0054
59.95780
59.9999
0.0
60.0171
32.16670 60.0072
6.5
60.008
59.96050
60.0017
0.1
35.5498
32.16670 32.1667
7.0
60.011
59.96340
60.0035
0.5
45.4422
41.11770 35.7400
300
60.0139
59.96630
60.0054
0.9
45.4422
45.41950 45.9988
600
60.0171
59.96950
60.0072
1.0
51.335
51.30220 51.9207
900
60.017104 59.96951
60.0072
1.1
52.3896
52.35510 52.9586
1200
60.017104 59.96951
60.0072
1.3
53.3162
53.28000 53.8633
1800
60.017104 59.96951
60.0072
1.5
54.8453
54.80650 55.3392
2400
60.017104 59.96951
60.0072
2.0
56.0254
55.98470 56.4606
3000
60.017104 59.96951
60.007239
2.5
57.9282
57.88410 58.2227
3600
60.017104 59.96951
60.0072
3.0
58.9239
58.87820 59.1093
4800
60.017104 59.96951
60.0072
3.2
59.445
59.39840 59.5554
6000
60.017104 59.96951
60.0072
3.5
59.5755
59.52870 59.664
7800
60.017104 59.96951
60.0072
4.0
59.7177
59.67060 59.7799
9600
60.017104 59.96951
60.0072
4.2
59.8604
59.81310 59.8929
11700
60.017104 59.96951
60.0072
4.5
59.8962
59.84880 59.9203
14100
60.017104 59.96951
60.0072
5.0
59.9351
59.88770 59.9497
5.2
59.9742
59.92670 59.9783
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
CHÍCHARO Adiabático
Qcte
Q(T)
t (seg)
T( °C)
T( °C)
T( °C)
0.0
61.4725
61.33760
61.42250
0.1
36.7142
33.00000
33.00000
0.5
36.7142
36.69660
36.90080
0.9
47.3179
47.25000
47.83610
1.0
53.3802
53.28360
53.89490
1.1
54.4358
54.33420
54.92800
1.3
56.846
55.24780
55.81930
1.5
57.9744
56.73300
57.25180
2.0
59.7335
57.85600
58.31800
2.5
60.608
59.60680
59.93850
3.0
61.0427
60.47710
60.71310
3.2
61.1476
60.90980
61.08340
3.5
61.2589
61.01410
61.17010
4.0
61.3663
61.12490
61.26040
4.2
61.3922
61.23190
61.34500
4.5
61.4197
61.25760
61.36480
5.0
61.4463
61.28500
61.38540
5.2
61.4527
61.31140
61.40480
MAÍZ
5.5
61.4595
61.31780
61.40930
6.0
61.4661
61.32460
61.41400
6.2
61.4676
61.33110
61.41840
6.5
61.4693
61.33270
61.41950
7.0
61.4709
61.33440
61.42050
300
61.4725
61.33600
61.42150
600
61.47254
61.33760
61.42250
900
61.47254
61.33757
61.42247
1200
61.47254
61.33757
61.42247
1800
61.47254
61.33757
61.42247
2400
61.47254
61.33757
61.42247
3000
61.47254
61.33757
61.42247
3600
61.47254
61.33757
61.42247
5400
61.47254
61.33757
61.42247
7200
61.47254
61.33757
61.42247
9000
61.47254
61.33757
61.42247
18600
61.47254
61.33757
61.42247
22200
61.47254
61.33757
61.42247
25800
61.47254
61.33757
61.42247
27600
61.47254
61.33757
61.42247
4.5
59.8828
59.85310
59.87930
Adiabático
Qcte
Q(T)
5.0
59.8872
59.85760
59.88260
t (seg)
T( °C)
T( °C)
T( °C)
5.2
59.8908
59.86110
59.88510
0.0
59.89290
59.86320
59.88650
5.5
59.8914
59.86180
59.88560
0.1
27.64000
27.64000
27.64000
6.0
59.8921
59.86240
59.88600
0.5
33.27740
33.27220
33.48460
6.2
59.8926
59.86290
59.88630
0.9
47.55050
47.53220
48.02220
6.5
59.8927
59.86300
59.88640
1.0
54.16940
54.14500
54.55500
7.0
59.8928
59.86310
59.88650
1.1
55.16980
55.14440
55.52130
300
59.8929
59.86320
59.88650
1.3
55.99530
55.14440
56.31250
600
59.8929
59.86320
59.88650
1.5
57.23870
57.21150
57.49070
900
59.892923
59.86324
59.88654
2.0
58.08550
58.05750
58.28050
1200
59.892923
59.86324
59.88654
2.5
59.20130
59.17220
59.29560
1500
59.892923
59.86324
59.88654
3.0
59.62820
59.59880
59.66910
1800
59.892923
59.86324
59.88654
3.2
59.79160
59.76200
59.80650
2400
59.892923
59.86324
59.88654
3.5
59.82390
59.79430
59.83290
3000
59.892923
59.86324
59.88654
4.0
59.8542
59.82450
59.85710
3600
59.892923
59.86324
59.88654
4.2
59.8781
59.84840
59.87570
4800
59.892923
59.86324
59.88654
72
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
6000
59.892923
59.86324
59.88654
10800 59.892923
59.86324 59.88654
7200
59.892923
59.86324
59.88654
14400 59.892923
59.86324 59.88654
9000
59.892923
59.86324
59.88654
PAPA Adiabático
Qcte
Q(T)
t (seg)
T( °C)
T( °C)
T( °C)
0.0
53.341
48.1279 53.3981
0.1
29.8333
29.8333 29.8333
0.5
30.7099
30.7064 30.8903
0.9
33.9012
33.8853 34.6649
1.0
36.6425
36.6158 37.8064
1.1
37.2652
37.2361 38.5058
1.3
37.8646
37.8331 39.1738
1.5
38.9973
38.9614 40.4212
2.0
40.047
40.007
2.5
42.3475
42.2985 43.9865
3.0
44.2499
44.1934 45.9162
3.2
45.8231
45.7604 47.4503
3.5
46.3733
46.3085 47.9719
4.0
47.124
47.0563 48.6698
4.2
48.1998
48.1279 49.6392
4.5
48.5761
48.5027 49.9689
5.0
49.0895
49.014
41.5592
5.2
49.8252
49.7469
51.0226
5.5
50.0825
50.0032
51.2309
6.0
50.4336
50.3529
51.5096
6.2
50.9367
50.854
51.8968
6.5
51.1127
51.0293
52.0285
7.0
51.3528
51.2684
52.2046
300
51.6968
51.6112
52.4493
600
53.341
53.2489
53.3981
900
53.341
53.2489
53.3981
1200
53.341
53.2489
53.3981
1800
53.341
53.2489
53.3981
2400
53.341
53.2489
53.3981
3000
53.341
53.2489
53.3981
3600
53.341
53.2489
53.3981
4800
53.341
53.2489
53.3981
7200
53.341
53.2489
53.3981
50.4099
PAPA CON ANTIOXIDADNTE
3.5
53.7346
53.36040
54.28930
Adiabático
Qcte
Q(T)
4.0
54.2301
53.84840
54.71050
t (seg)
T( °C)
T( °C)
T( °C)
4.2
54.8447
54.45360
55.21710
0.0
56.2003
55.78850 56.20740
4.5
55.033
54.63910
55.36800
0.1
31.1552
29.21050 29.21050
5.0
55.2676
54.87000
55.55230
0.5
31.1552
31.12550 31.35180
5.2
55.5585
55.15660
55.77400
0.9
37.6302
37.50170 38.34800
5.5
55.6477
55.24430
55.84000
55.7587
55.35370
55.92070
1.0
42.4311
42.22940 43.37490
6.0
1.1
43.4233
43.20640 44.39270
6.2
55.8965
55.48930
56.01770
1.3
44.3439
44.11300 45.32980
6.5
55.9387
55.53090
56.04660
1.5
45.9909
45.73490 46.98690
7.0
55.9913
55.58270
56.08190
2.0
47.4091
47.13150 48.39150
300
56.0565
55.64690
56.12440
2.5
50.1516
49.83210 51.03690
600
56.2003
55.78850
56.20740
3.0
52.0385
51.69030 52.78690
900
56.2003
55.78850
56.20740
3.2
53.3368
52.96870 53.94460
1200
56.2003
55.78850
56.20735
73
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
1800
56.2003
55.78850
56.20735
2400
56.2003
55.78850
56.20735
3000
56.2003
55.78850
56.20735
3900
56.2003
55.78850
56.20735
4800
56.2003
55.78850
56.20735
6000
56.2003
55.78850
56.20735
7200
56.2003
55.78850
56.20735
8400
56.2003
55.78850
56.20735
9600
56.2003
55.78850
56.20735
10800
56.2003
55.78850
56.20735
12000
56.2003
55.78850
56.20735
UAM Iztapalapa
74
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
75
A.4. Curvas de T vs X En las siguientes gráficas podemos observar como cambia la humedad en base seca y la temperatura del sólido en los diferentes vegetales y hortalizas
1800
1200
600
7.0
6.2
0
5.5
10
0.00
5.0
20
0.50 4.2
1.00
3.5
40 30
3.0
1.50
2.0
50
1.3
2.00
1.0
60
0.5
70
2.50
0.0
3.00
T[°C]
X[kgw /kgss]
Ajo
t[seg] X
T
4.0
70
3.5
60
3.0
50
2.5
40
2.0 30
1.5
6000
3600
2400
1200
600
7.0
6.2
5.5
5.0
4.2
3.5
3.0
2.0
1.3
0 1.0
10
0.0 0.5
20
0.5 0.0
1.0
T[°C]
X[kgw /kgss]
Chícharo
t[seg] X
T
3.0
70
2.5
60 50
2.0
40 1.5 30 1.0
20
t[seg] X
T
10800
7200
4800
3000
1800
1200
600
7.0
6.2
5.5
5.0
4.2
3.5
3.0
2.0
0 1.3
0.0 1.0
10
0.5
0.5
0.0
X[kgw/kgss]
Maíz
X
t[seg]
T
10800
8400
6000
3900
2400
1200
600
7200
3600
2400
1200
600
7.0
6.2
5.5
5.0
4.2
3.5
3.0
2.0
1.3
1.0
0.5
0.0
3.0
2.0
7150
4800
3000
1800
1200
600
7.0
X 7.0
6.2
5.5
5.0
4.2
3.5
3.0
2.0
1.3
1.0
X
6.2
5.5
5.0
4.2
3.5
3.0
2.0
1.3
1.0
0.5
X [kgw /kgss] 4.0 50
30
1.0 10
0.0 0
7 70
6 60
5 50
4 40
3 30
2 20
1 10
0 0
9 70
8 7 60
6
5 4 40
3 30
2 1
20
10
0
0 T[°C]
0.5
0.0
X [kg w /kgss]
60
T[°C]
0.0
5.0
T [°C]
X[kgw/kgss]
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
UAM Iztapalapa
Papa
40
20
t[seg] Serie1
Papa con antioxidante
t[seg]
T
Zanahoria
50
76
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
B. Curvas caracteristicas del secador de lecho fluidizado B.1. Curvas de velocidad de secado en función del tiempo
Calabaza
20 18 16 X [kgw/kgss]
14 12 10 8 6 4 2 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
tiempo [seg]
Chícharo
2.5
X [kgw/kgss]
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0 0
2000
4000
6000 t [seg]
8000
10000
12000
77
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
78
Maíz
3.0
X [kgw/kgss]
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
2500
3000
3500
4000
t [seg]
Papa
4.0 3.5
X [kgw/kgss]
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0
500
1000
1500
2000 t [seg]
Zanahoria
9 8
X [kgw/kgss]
7 6 5 4 3 2 1 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
t [seg]
En la tabla 54 se encuentran las ecuaciones del ajuste que se realizo a las curvas de secado.
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
dX 2 = a t + bt + c dt
VERDURA / HORTALIZA
R2
6x10-7 t 2- 6.1x10-3t + 15.18 2x10-8t-2 -4x10-4t + 2.4329 7x10-8t2 - 8x10-4t + 2.7059 3x10-7t2 - 2.2x10-3t + 3.6942 2x10-7t2 - 3x10-3t + 7.675
Calabaza Chícharo Maíz Papa Zanahoria
79
0.9133 0.9932 0.9617 0.9745 0.9717
Tabla 54. Correlaciones del ajuste a las curvas de secado del lecho fluidizado.
B.2. Curvas de velocidad de secado en función de la humedad en base seca. Con estas gráficas podemos observar la cinética de secado en el intervalo que nos interesa. Chícharo
1.5E-04 1.0E-04 5.0E-05 0.0E+00 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
X [kg w/kg ss]
Maíz
6.0E-04 N [kg w/seg m2]
N [kg w/seg m2]
2.0E-04
5.0E-04 4.0E-04 3.0E-04 2.0E-04 1.0E-04 0.0E+00 0.0
0.5
1.0
1.5 X [kg w/kg ss]
2.0
2.5
3.0
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
80
Papa
2.5E-03
N [kg w/seg m2]
2.0E-03 1.5E-03 1.0E-03 5.0E-04 0.0E+00 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
5
6
7
8
X [kg w/kg ss]
Zanahoria
2.5E-03
N [kg w/seg m2]
2.0E-03 1.5E-03 1.0E-03 5.0E-04 0.0E+00 0
1
2
3
4 X [kg w/kg ss]
La tabla 55 contiene las ecuaciones del ajuste realizado en las curvas de velocidad de secado. VERDURA / HORTALIZA Calabaza Chícharo Maíz Papa Zanahoria
dX 2 = a t + bt + c dt
-2x10-6 X -4x10-5 X -4x10-5 X -4x10-5 X -4x10-5 X
+ + + + +
7x10-5 8x10-8 2x10-4 1x10-3 3x10-4
R2 0.898 0.9714 0.9513 0.9412 0.9670
Tabla 55. Correlaciones de los ajustes realizados a la velocidad de secado.
B.3. Tablas de la temperatura del sólido en el lecho fluidizado Se analizaron tres situaciones en el secador de charolas, el caso adiabático, donde no hay pérdidas de calor hacia los exteriores, el caso no adiabático con dos variaciones, la
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
81
primera fue tratando la perdida de calor hacia el exterior constante y la segunda considerando la ley de Fourier.
t(seg)
CHÍCHARO T adi [°C] Tnadia[°C]
TQ(T) [°C]
0.0 0.1 0.5
50.868 19.630 46.659
50.3359 19.6300 46.1987
50.3521 19.6300 46.2313
0.9 1.0 1.3
50.867 50.868 50.868
50.3345 50.3359 50.3359
50.3508 50.3521 50.3521
1.5 2.0 2.5 3.0
50.868 50.868 50.868 50.868
50.3359 50.3359 50.3359 50.3359
50.3521 50.3521 50.3521 50.3521
3.5 4.0
50.868 50.868
50.3359 50.3359
50.3521 50.3521
MAÍZ
t[seg]
Tad[°C]
Tnadi[°C]
TQ(T) [°C]
0.0 0.1 0.5 0.9
54.1113 19.333 48.2975 54.1068
54.1075 19.333 46.8591 54.0939
54.2151 19.333 26.0017 42.1406
1.0 1.3 1.5
54.1113 54.1113 54.1113
54.1075 54.1075 54.1075
49.0476 50.0355 52.0036
2.0 2.5 3.0
54.1113 54.1113 54.1113
54.1075 54.1075 54.1075
52.7683 53.7143 54.0418
3.5 4.0
54.1113 54.1113
54.1075 54.1075
54.1551 54.1943
4.5 5.0
50.868 50.868
50.3359 50.3359
50.3521 50.3521
5.5 6.0 6.5 7.0
50.868 50.868 50.868 50.868
50.3359 50.3359 50.3359 50.3359
50.3521 50.3521 50.3521 50.3521
7.5 600 1200
50.868 50.868 50.8680
50.3359 50.3359 50.33589
50.3521 50.3521 50.35209
2400 3600 5400
50.8680 50.8680 50.8680
50.33589 50.33589 50.33589
50.35209 50.35209 50.35209
7200 10800
50.8680 50.8680
50.33589 50.33589
50.35209 50.35209
4.5
54.1113
54.1075
54.2079
5.0 5.5 6.0
54.1113 54.1113 54.1113
54.1075 54.1075 54.1075
54.2126 54.2143 54.2148
6.5 7.0 7.5
54.1113 54.1113 54.1113
54.1075 54.1075 54.1075
54.215 54.2151 54.2151
600 1200 2400
54.1113 54.11129 54.11129
54.1075 54.10754 54.10754
54.2151 54.21511 54.21511
3600 7200
54.11129 54.11129
54.10754 54.10754
54.21511 54.21511
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
ZANAHORIA
t[seg]
Tadia[°C]
Tnadi[°C]
TQ[t][°C]
0 0.1 0.5 0.9
36.0924 17.4167 28.3062 35.8571
36.0888 17.4167 35.8537 35.8537
33.6596 17.4167 27.0366 33.6596
1.0 1.3 1.5
36.0853 36.0894 36.0922
36.0817 36.0859 36.0886
33.8561 33.8596 33.8619
2.0 2.5 3.0
36.0923 36.0924 36.0924
36.0888 36.0888 36.0888
33.8621 33.8621 33.8621
3.5 4.0
36.0924 36.0924
36.0888 36.0888
33.8621 33.8621
PAPA
T [seg]
Tadi [°C]
Ts nadi [°C] TQ(T) [°C]
0.0 0.1 0.5 0.9
47.1622 16.833 39.3261 39.3261
53.2489 29.8333 30.7064 33.8853
53.3981 29.8333 30.8903 34.6649
1.0 1.3 1.5
38.1905 47.1622 47.1622
36.6158 37.2361 38.9614
37.8064 38.5058 40.4212
2.0 2.5 3.0
47.1622 47.1622 47.1622
40.007 42.2985 44.1934
41.5592 43.9865 45.9162
3.5 4.0
47.1622 47.1622
45.7604 47.0563
47.4503 48.6698
82
4.5 5.0 5.5
36.0924 36.0924 36.0924
36.0888 36.0888 36.0888
33.8621 33.8621 33.8621
6.0
36.0924
36.0888
33.8621
6.5 7.0 7.5
36.0924 36.0924 36.0924
36.0888 36.0888 36.0888
33.8621 33.8621 33.8621
600 1200 2400
36.0924 36.09238 36.09238
36.0888 36.08884 36.08884
33.8621 33.86211 33.86211
3600 5400
36.09238 36.09238
36.08884 36.08884
33.86211 33.86211
4.5 5.0
47.1622 47.1622
48.1279 49.014
49.6392 50.4099
5.5 6.0 6.5
47.1622 47.1622 47.1622
49.7469 50.3529 50.854
51.0226 51.5096 51.8968
7.0 7.5 300
47.1622 47.1622 47.1622
51.2684 51.6112 51.8946
52.2046 52.4493 52.6439
600 1200
47.16220 47.16220
53.2489 53.2489
53.3981 53.3981
2400 3600
47.16220 47.16220
53.2489 53.2489
53.3981 53.3981
UAM Iztapalapa
PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS
83
B.4. Curva de T vs X Las siguientes curvas muestran el cambio de la temperatura del sólido mientras va cambiando su humedad. Chícharo
0.00330 0.00328 0.00326 0.00324
X
7200
5400
3600
2400
10800
T
1200
600
0
0.00322
t [seg]
0.0037 0.0036 0.0035 0.0034 0.0033 0.0032 0.0031
58 56 54 52 50 48 46 0
600
1200
2400
3600
T[°C]
X [kg w/kg ss]
Maíz
7200
t [seg] y2
T
Papa
0.0025
60
0.0020
50 40
0.0015
30 0.0010
20
0.0005
10
0.0000
0 0
300
600
1200
t [seg] Y2
T
2400
3600
T[°C]
X [kg w/kg ss]
X [kg w/kg ss]
0.00332
T [°C]
60 58 56 54 52 50 48 46
0.00334
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0.0040
70
0.0035
60
0.0030
50
0.0025
40
0.0020
30
0.0015 0.0010
20
0.0005
10
0.0000
0 0
600
1200
2400
t [seg] Y2
T
3600
5400
T [°C]
X [kg w/kg ss]
Zanahoria
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C. BALANCE ECONÓMICO En la siguiente tabla se muestra el equipo necesario para la operación de la planta y su valor en el mercado en $USD C.1. Depreciación del equipo utilizado en la planta CANTIDAD 7 8 4 1 2 3 1 1 1 1 1 1 2 7 1 1 1 1 4 3
CONCEPTO Banda transportadora Bascula Bombas Caldera Cortadoras Cubicadora Decoladora Decoladora de cebollas Desgranadora de ajo Desgranadora de maíz Desvainadora de chícharo Envasadora Espreas Maquinas de rodillo Mesa de inspección Mezclador Molino Secador de armario Secador de lecho fluidizado Tanque inmersión Tanque de escaldado Tubería Total
$ USD $ USD DEPRECIACIÓN AÑO 1 1,500.00 10,500.00 10% 1,050.00 125,000.00 1,000,000.00 10% 100,000.00 390.00 1,560.00 10% 156.00 120,000.00 120,000.00 10% 12,000.00 32,000.00 64,000.00 10% 6,400.00 32,000.00 96,000.00 10% 9,600.00 590.00 590.00 10% 59.00 590.00 590.00 10% 59.00 585.00 585.00 10% 58.50 290.00 290.00 10% 29.00 750.00 750.00 10% 75.00 50,000.00 50,000.00 10% 5,000.00 100.00 0.00 10% 0.00 5,000.00 10,000.00 10% 1,000.00 90.00 630.00 10% 63.00 11,540.00 11,540.00 10% 1,154.00 930.00 930.00 10% 93.00 220,000.00 220,000.00 10% 22,000.00 315,000.00 315,000.00 10% 31,500.00 4,500.00 18,000.00 10% 1,800.00 9,960.00 29,880.00 10% 2,988.00 390,169.00 390,169.00 10% 39,016.90
2,341,014.00 Tabla 56. Depreciación del equipo
234,101.40
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C.2. Costos de depreciación del mobiliario Como se sabe, el inmobiliario se deprecia a través del tiempo, en la tabla que se muestra a continuación esta la depreciación la cual es considerada como constante. CANTIDAD 6 2 1 8 4 4 4 10 5 2 4 4 4 4 16
CONCEPTO $ USD DEPRECIACIÓN Camionetas de transporte 200,000.00 25% Montacargas 60,000.00 20% Acabado Sanitario 18,000.00 10% Computadoras 8,000.00 20% Escritorios Ejecutivos 2,400.00 10% Sillón giratorio ejecutivo 1,400.00 10% Escritorio secretarial 1,200.00 10% Archiveros metálicos 1,034.00 10% Programas de computadora 500.00 15% Sala de espera 1,000.00 10% Sillas giratorias 900.00 10% Máquinas de escribir 620.00 10% Impresoras 520.00 10% Sumadoras 350.00 10% Uniformes 265.00 100% Total $ USD
296,189.00
AÑO 1 50,000.00 12,000.00 1,800.00 1,600.00 240.00 140.00 120.00 103.40 75.00 100.00 90.00 62.00 52.00 35.00 265.00 66,682.40
Tabla57. Depreciación del mobiliario
Además el terreno es otro de los activos que sufre depreciación CONCEPTO AREA M2 $ USD Terreno 7500 1,125,000 Construcción 500 175,000 Total $USD
DEPRECIACIÓN AÑO 1 5% 56,250 4% 7,000
1,300,000 Tabla58. Depreciación del terreno.
63,250
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3. Gastos indirectos de fabricación Los gastos indirectos de fabricación son considerados como todos aquellos servicios que son utilizados en la operación de la planta, los cuales están representados en la tabla 59. CONSUMO Energía electrica Gasto de agua m3 Agua y Drenaje $ Combustible (gas) Combustoleo Total $ (USD)
Año 1 101,150 50,000 1,323,300 68,300 65,800 1,608,550
Año 2 131,495 56,000 1,521,795 73,764 71,064 1,854,118
Año 3 170,944 62,720 1,750,064 79,665 76,749 2,140,142
Año 4 222,227 70,246 2,012,574 86,038 82,889 2,473,974
Año 5 288,895 78,676 2,314,460 92,921 89,520 2,864,472
Año 6 375,563 88,117 2,661,629 100,355 96,682 3,322,346
Año 7 488,232 98,691 3,060,873 108,384 104,416 3,860,596
Año 8 634,701 110,534 3,520,004 117,054 112,770 4,495,063
Año 9 825,112 123,798 4,048,005 126,419 121,791 5,245,124
Año 10 1,072,645 138,654 4,655,206 136,532 131,535 6,134,571
Tabla 59. Costo de servio.
C.4. Costos de producción.
Los costos de producción, son básicamente el costo de la materia prima, la tabla 60 muestra el valor de esta en una proyección de 10 años. VERDURA / HORTALIZA Ajo Cebolla Calabaza Chícharo Maíz Papa Zanahoria Total
m [kg] 41,040 181,440 158,400 72,000 43,200 210,240 198,720 905,040
$/kg 0.730 0.182 0.298 0.426 0.089 0.370 0.136 2
Año 1 29,959 33,022 47,203 30,672 3,845 77,789 27,026 249,516
Año 2 36,550 40,287 57,588 37,420 4,691 94,902 32,972 304,410
Año 3 44,591 49,150 70,257 45,652 5,723 115,781 40,225 371,380
Año 4 54,401 59,963 85,714 55,696 6,982 141,253 49,075 453,083
Tabla 60. Costos de producción.
Año 5 66,370 73,155 104,571 67,949 8,518 172,328 59,871 552,761
Año 6 80,971 89,249 127,576 82,897 10,391 210,240 73,043 674,369
Año 7 98,785 108,884 155,643 101,135 12,677 256,493 89,113 822,730
Año 8 120,517 132,838 189,885 123,385 15,467 312,922 108,717 1,003,731
Año 9 147,031 162,063 231,659 150,529 18,869 381,765 132,635 1,224,551
Año 10 179,378 197,716 282,625 183,646 23,020 465,753 161,815 1,493,953
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C.5. Salarios
En la tabla 61 se muestran los salarios mensuales por individuo y su proyección en los siguientes 10 años.
Cantidad 1 1 1 1 4 5 8 4 4 10 4 6 8 6 80
Concepto Gerente general Gerente de ventas Gerente administrativo Gerente de producción Secretarias Agentes de ventas Supervisores Tec. de mantenimiento Tec. control de calidad Operadores Almacenista de productos Choferes Vigilantes Intendentes Obreros Total $USD
Sueldo mensual 180 145 145 145 50 60 60 50 50 350 350 20 18 18 18 1659
Año 1
Año 2
Año 3
Año 4
Año 5
Año 6
Año 7
Año 8
Año 9 Año 10
2,160 1,740 1,740 1,740 600 720 720 600 600 4,200 4,200 240 216 216 216 19,908
2,376 1,914 1,914 1,914 660 792 792 660 660 4,620 4,620 264 238 238 238 21,899
2,614 2,105 2,105 2,105 726 871 871 726 726 5,082 5,082 290 261 261 261 24,089
2,875 2,316 2,316 2,316 799 958 958 799 799 5,590 5,590 319 287 287 287 26,498
3,162 2,548 2,548 2,548 878 1,054 1,054 878 878 6,149 6,149 351 316 316 316 29,147
3,479 2,802 2,802 2,802 966 1,160 1,160 966 966 6,764 6,764 387 348 348 348 32,062
3,827 3,083 3,083 3,083 1,063 1,276 1,276 1,063 1,063 7,441 7,441 425 383 383 383 35,268
4,209 3,391 3,391 3,391 1,169 1,403 1,403 1,169 1,169 8,185 8,185 468 421 421 421 38,795
4,630 3,730 3,730 3,730 1,286 1,543 1,543 1,286 1,286 9,003 9,003 514 463 463 463 42,675
Tabla 61. Salarios de cada trabajador para los próximos 10 años.
5,093 4,103 4,103 4,103 1,415 1,698 1,698 1,415 1,415 9,903 9,903 566 509 509 509 46,942
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C.6. Tasa interna de retorno La comparación de la TIR vs TREMA es un indicador de la factibilidad del proceso. En la tabla 62 se establecen los valores correspondientes Año 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
IG 3,614,138 3,794,845 3,984,587 4,183,817 4,393,008 4,612,658 4,843,291 5,085,455 5,339,728 5,606,715
D -364,034 -364,034 -364,034 -364,034 -364,034 -364,034 -364,034 -364,034 -364,034 -364,034
FAIs -4,156,259 3,978,172 4,158,879 4,348,621 4,547,851 4,757,041 4,976,692 5,207,325 5,449,489 5,703,762 5,970,748
TI 34% 34% 34% 34% 34% 34% 34% 34% 34% 34% 34%
I -1,264,948 -1,328,196 -1,394,606 -1,464,336 -1,537,553 -1,614,430 -1,695,152 -1,779,909 -1,868,905 -1,962,350
FDIs 0 5,243,120 5,487,075 5,743,227 6,012,186 6,294,594 6,591,122 6,902,476 7,229,399 7,572,667 7,933,098
INF 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5%
FAI 3,937,203 3,937,204 3,937,205 3,937,206 3,937,207 3,937,208 3,937,209 3,937,210 3,937,211 3,937,212
IG FDIC FDI -4,156,259 -4,156,259 3,573,169 2,308,221 2,934,900 3,573,170 2,244,974 3,242,100 3,573,171 2,178,566 3,564,661 3,573,172 2,108,836 3,903,350 3,573,173 2,035,621 4,258,973 3,573,174 1,958,744 4,632,378 3,573,175 1,878,023 5,024,453 3,573,176 1,793,267 5,436,132 3,573,177 1,704,272 5,868,394 3,573,178 1,610,828 6,322,270
Tabla 62. Cálculo de la TIR.
Igs D FAIs TI I
Ingreso gravable sin inflación Depreciación Flujo antes de impuestos sin inflación Tasa de impuesto Impuesto
INF FAI IG FDIC FDI
Inflación Flujo antes de impuesto con inflación Ingreso gravable con inflación Flujo despues de impuestos corrientes Flujo despues de impuestos constantes
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Con el calculo anterior se determina la TIR con la siguiente ecuación 10
TIR = Fo − ∑
n =1
Fn ( 1 + i )n
donde n = año sustituyendo los valores de FDI y resolviendo la ecuación, se obtiene un valor de la TIR = 0.7996
4´ 10 7
3´ 10
7
2´ 10 7
1´ 10 7
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Gráfica 16. Cálculo de la TIR, se observa que X tiende a 0.7996 CONCEPTO Capital fijo Cargos fijos Costos de mantenimiento Costos directos Costos directos de producción Costos indirectos Costo de materia prima Costo de manufactura Costo de producción
$ USD 8,612,500 258,375 344,500 6,890,000 2,298,009 1,596,189 249,516 2,782,434 249,516
Costo de refacciones Costo por sueldos y salarios Costo de servicios Contingencias Gastos de instalación Ingresos por ventas OVH Publicidad Inversión total
Tabla 63. Distribución de la inversión.
51,675 26,876 1,608,550 13,780,000 344,500 480,000 226,051 1,000,000 40,318,691
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Cabe mencionar que estos cálculos fueron realizados con las ecuaciones (Ulrich, 1990) En base a los cálculos anteriores, se puede calcular el potencial económico de la planta (tabla 64). CONCEPTO Envasado y etiquetado/paquete Costo de producción/paquete Precio al publico/paquete Produccion Costo anual de materia prima Ingresos anuales Ganancia neta anual Potencial económico
$ USD 0.45 0.56 0.9 533,333 249,516 480,000 230,484 92.37%
Tabla 64. Cálculo del potencial económico.
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D. PÉRDIDA DE VITAMINAS Y MINERALES: La calidad de los alimentos es el que se refiere a su contenido en oligonutrientes, específicamente su riqueza en vitaminas y minerales. D.1. Pérdida de vitaminas y minerales en los alimentos procesados. Cuando un alimento se somete a un proceso determinado, se pretende conseguir un producto seguro y con una vida útil adecuada pero, al tiempo, ha de intentarse que las perdidas de nutrientes, que siempre van a existir, sean mínimas. La influencia de los distintos parámetros que ocasionan la pérdida de nutrientes es muy diferente en vitaminas y minerales. Así, los minerales que se encuentran presentes en los alimentos, normalmente no se ven afectados por la exposición a la luz, agentes antioxidantes, calor y otros factores que pueden ocasionar importantes pérdidas de vitaminas. Sin embargo, sí pueden ser eliminados de los alimentos por lixiviación o por separación física y también pueden transformarse en compuestos biológicamente no asimilables. D.2. La manipulación previa a los procesos. Durante el pelado, corte y otras operaciones, se separan partes de los vegetales que no se utilizan y que muchas veces son más ricas en nutrientes que las porciones comestibles. Si la eliminación de la piel se realiza mediante tratamientos químicos pueden producir incluso pérdidas de nutrientes localizados en las capas carnosas más externas. En las operaciones de lavado, escaldado y cocción en agua siempre hay pérdidas, por lixiviación, de vitaminas hidrosolubles y minerales. La intensidad de estas pérdidas está relacionada con: Ø Ø Ø Ø
El pH del medio: la acidez favorece la solubilidad de las sales minerales La temperatura influye en la solubilidad El contenido de agua en el alimento Relación superficie / volumen: hay una mayor pérdida cuanto mayor sea la superficie del alimento expuesta al agua
El escaldado es una de las operaciones que ocasiona mayores pérdidas minerales. Si se realiza con vapor, son menores que si se realizan con agua caliente, y se minimizan más si se realiza con microondas. D.3. Interacción con sustancias químicas utilizadas en los tratamientos tecnológicos. A los alimentos se les puede añadir sustancias químicas como conservadores o como coadyuvantes en ciertos tratamientos; algunas de estas sustancias pueden tener un efecto adverso sobre algún nutriente, por ejemplo, el dióxido de azufre, utilizado normalmente para prevenir el pardeamiento enzimático, puede reducir el contenido en tiamina aunque protege al ácido ascórbico debido a su carácter reductor.
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D.4. Reacciones degradativas. Durante la oxidación de los lípidos se origina la formación de hidroperóxidos, peróxidos y epóxidos que pueden oxidar a los carotenoides, tocoferoles y ácido ascórbico o reaccionar con ellos, lo que lleva consigo una pérdida de actividad vitamínica. En las reacciones de pardeamiento no enzimático que tienen lugar en los alimentos también se pueden formar compuestos carbonilo capaces de reaccionar con algunas vitaminas, con la consiguiente pérdida de las mismas. D.5. Procesos tecnológicos. El tratamiento térmico de los alimentos es el principal responsable de la reducción de la activad de muchas vitaminas. Como regla general, puede decirse que las vitaminas hidrosolubles, con alguna excepción son más termolábiles, que las liposolubles y, además, sus pérdidas son superiores por arrastre acuoso. Sin embargo, las liposolubles son especialmente inestables frente a la oxidación y a la luz. D.5.1. Vitaminas hidrosolubles Vitamina
C
Forma Natural
Isomero L, la forma D sólo tiene 10% de actividad vitamínica
B1(tiamina) Tiamina libre
Ácido nicotínico
La nicotinamida en forma de nicotinamidaadenina (NAD+) o NAD-fosfato es la coenzima de las deshidrogenasas
Como Se ¿Qué Afecta Su Realizan Las Estabilidad? Perdidas lo La afectan PH básicos transforma en diversos factores como 2,3oxigeno, pH, dicetogulónico. luz, enzimas y Y por lixiviación catalizadores metálicos Por lixiviación durante la fase La estabilidad de cocción. es Cuando se utiliza relativamente sulfito reacciona baja y depende con la pirimina del pH ácido, la rindiendo aw compuestos sin actividad vitamínica Es la vitamina Por lixiviación, más estable y siendo éstas del no se ve mismo orden que afectada de las de otras forma vitaminas apreciable por hidrosolubles el calor ni la luz en el rango de pH habitual de
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los alimentos Se encuentra en forma de fosfato, hay tres sustancias que presentan B6 actividad (piridoxina) vitamínica: piridoxal, piridoxina o piridoxol y piridoxamina
Ácido fólico
Biotina
Se encuentra en forma de folatos en el 80% de los casos
La intensidad del tratamiento térmico.
El ácido fólico es la forma más estable frente a la oxidación. Su estabilidad térmica depende del pH; entre 4 y 6 es sensible al calor pero a pH neutro o alcalino es estable. Los folatos pueden sufrir degradación oxidativa por lo que los agentes reductores como el ácido ascórbico o los tioles ejercen un efecto protector Es bastante estable frente lixiviación al calor, la luz, Por el oxigeno y un principalmente pH medio entre 5 y8
Tabla 65. Vitaminas hidrosolubles que se pierden en el proceso de secado
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D.5.2. Vitaminas liposolubles Como Se ¿Qué Afecta Su Realizan Las Estabilidad? Perdidas Se consideran bastante estables en las En los productos condiciones vegetales habituales de tratados procesado y Se encuentran térmicamente almacenamiento K en hojas verdes no se han de alimentos de las hortalizas detectado debido a que la perdidas en el reactividad del contenido de grupo quinona esta vitamina es relativamente baja Se pierde en Los tocofelores todos los son procesos que termoestables Implican una que se oxidan separación de la fácilmente fracción lípica o sobre todo en una Presentan presencia del hidrogenación. actividad ión férrico de El uso formándose vitamínica el αsustancias E radicales libres. tocoferol y otros químicas como La actividad isomeros el peróxido de antioxidante, es naturales. hidrógeno puede inversamente dar lugar a proporcional a oxidaciones y la vida media de por lo tanto, a los radicales una pérdida de libres y depende actividad del medio. vitamínica. Tabla 66. Vitaminas liposolubles que se pierden durante el proceso de secado
Vitamina
Forma Natural
D.5.3. Minerales la presencia de minerales en los alimentos es muy variable ya que depende de muchos factores, siendo la más importante: la composición del suelo. La pérdida de minerales en los alimentos sometidos a los diferentes procesos es muy pequeña comparada con la que sufren las vitaminas. Las mayores reducciones se deben al arrastre de los minerales solubles en agua, por lixiviación, y a las separaciones físicas que tienen lugar como en el pelado.
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También es necesario notar que hay sustancias minerales que pueden interaccionar con otros componentes de los alimentos dando lugar a compuestos no asimilables por el organismos, es decir, hay una reducción de la biodisponibilidad de los minerales. D.6. Pérdida de vitaminas durante el almacenamiento Los cálculos para conocer exactamente la pérdida de vitaminas durante el almacenamiento es muy complicado, sin embargo, en términos generales, para poder estimar las posibles pérdidas de vitaminas es imprescindible conocer como mínimo: ⇐ La composición inicial del nutriente ⇐ Las condiciones de tiempo y temperatura en las que el alimento se almacena y la de los canales de distribución, puesto que las reacciones químicas son temperatura dependientes. Además, puede haber modificaciones en la velocidad de reacción enzimática, por agotamiento de uno o mas reactivos, por variaciones en el desarrollo de la reacción e incluso por influencia de crecimiento microbiano ⇐ Características del envase: permeabilidad al oxígeno, al vapor de agua y a la luz. La composición de la fase gaseosa también es importante, principalmente en relación con la presencia de oxigeno. ⇐ La influencia de factores ambientales: luz, humedad relativa, etc. Su importancia esta relacionada con las características del envase. D.7. Adición de nutrientes a los alimentos una de las prioridades al ofrecer un producto alimenticio, es que este tenga una vida útil así como valor nutritivo adecuado. En ocasiones, conviene añadir ciertos nutrientes para dotar al alimento de una mejor calidad nutritiva o reponer las pérdidas durante el procesado. La adición nutrientes se engloba bajo diversos términos: reposición o restitución de nutrientes a aquellos alimentos que durante su procesado tecnológico han podido perderlos. Fortificación: adición de nutrientes en cantidades considerables, suficientes para que el producto tenga un contenido superior al original. Se pueden añadir nutrientes que originalmente los alimentos carecían de ellos. Enriquecimiento: adición de cantidades especificas de determinados nutrientes, seleccionadas según las normas definidas por reglamentaciones de organismos oficiales. Nutrificación: es un término genérico que incluye cualquier adición de nutrientes al alimento. También se añaden vitaminas a los alimentos desde el punto de vista tecnológico, como el caso de las vitaminas C y E, que tienen acción antioxidante debido a sus propiedades de fijar el oxigeno y evitar que pueda ejercer efectos adversos en el alimento. O los carotenoides que se emplean como colorantes. Cabe mencionar que todas las vitaminas que se añaden a los alimentos son vitaminas sintéticas.
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La adición de vitaminas es beneficiosa, ya que se ha demostrado con la erradicación casi total de enfermedades carenciales en países desarrollados.
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E. SEGURIDAD EN LA PLANTA E.1 Hojas de seguridad E.1.1 Agua 1.- oxicidad n id del producto Sinónimos: Oxido de hidrógeno, Oxido de dihidrógeno, agua destilada No. CAS: 7732-18-5 Peso Molecular: 18.02 Formula química: H2O 2.-Composición/ oxicidad n del producto Ingredientes CAS No Porcentaje Agua 7732-18-5 100% 3.- Identificación Datos Rango de flamabilidad: 0-1 Rango de reactividad: 1Rango de contacto: 0 Equipo protector de laboratorio: Goggles, bata de laboratorio Código de color almacenamiento: Verde Efectos del calentamiento El agua no es oxicidad : No aplicable Contacto con la piel No aplicable Contacto con los ojos No aplicable 4.- Medidas oxicidad No aplicable oxicidad No aplicable 5.- Medidas oxicidad No aplicable oxicidad n especial 6.- Medidas accidentales 7.- Almacenamiento Mantener cerrado el contenedor. Proteger contra el congelamiento. El agua es considerada como un producto no regulado, pero puede reaccionar vigorosamente con algunos materiales específicos. 8.- Control de oxicidad / protección de personal Sistema de oxicidad n No requerida Protección en la piel
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No aplicable Protección en los ojos No requerida 9.- oxicidad n físicas y químicas Apariencia: Líquido transparente Olor: Inodoro Solubilidad: Completa (100%) Peso especifico: 1.00 Ph: 7.0 % Volatilidad por volumen a 21 °C 100 10.- Reactividad y estabilidad Estabilidad Es estable en condiciones de uso y almacenamiento oxicidad n idad Ácido clorhídrico, 11. oxicidad n ecológica oxicidad ambiental No aplicable 12 Información de transportación No regulada Tabla 67. Hoja de seguridad del agua. E.1.2. Bisulfito de Sodio 1.- Identificación del producto Nombre comercial: Bisulfito de sodio Sinónimos: Disulfito sodico, metabisulfito de sodio Familia Química: Sulfitos ácidos Fórmula química: Na2S2O5 2.-Composición/ información del producto Ingredientes CAS No Porcentaje Na2S2O5 7681-57-4 99% 3.- Propiedades fisicoquímicas Datos Estado físico, color y olor : Polvo blanco con ligero olor a azufre Solubilidad en agua a 20°C : 470 g/lt Peso Específico: 1000-1200 kg/m3 PH de la solución 50 gr/lt a 20°C: 3.5-5 Coeficiente de dispersión n-octanol/agua (Log POW): -3.7 4.- Riesgos de fuego o explosión Equipo de protección personal : Utilizar equipo completo de bombero Procedimiento y precauciones especiales en el combate de incendio: En caso de incendio utilice rocío de agua o niebla de agua. No utilice chorro de agua
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Condiciones que conducen a un peligro de fuego o explosión: Este material no es flamable, pero si se expone a un incendio cercano puede desprender dióxido de azufre. Productos de la combustión nocivos para la salud: Dióxido y monóxido de azufre 5.- Datos de reactividad Sustancia: Estable Condiciones a evitar: La descomposición empieza a 150°C Incompatibilidad (sustancia a evitar) : Ácidos, NaNO2, NaNO3 y medios oxidantes 6.- Riesgos para la salud • Por exposición aguda a) Ingestión accidental: Irritación en boca, garganta y esófago b) Inhalación: Irritación en las vías respiratorias c) Ojos: Irritación • Emergencias y primeros auxilios a) Contacto con los ojos: Lavar con abundante agua b) Contacto con la piel: Lavar con abundante agua y jabón c) Ingestión: Lavar boca y beber posteriormente abundante agua 7.- Indicaciones en caso de fuga o derrame
Evitar que el material derramado entre en contacto con Nitratos, Nitritos, Ácidos y Materiales Oxidantes. Delimite el área de derrame y recoja el material
Derramado y deposítelo en envases de plásticos. 8.- Protección especial a) Equipo de protección personal: Use goggles, guantes de hule, careta, ropa adecuada de trabajo, equipo de protección respiratoria con filtros contra polvos b) Ventilación Ventilación natural 9.- Información sobre transportación Debe estar de acuerdo con el REGLAMENTO PARA EL TRANSPORTE TERRESTRE DE MATERIALES Y RESIDUOS PELIGROSOS y con la normas que para el efecto se expidan Durante el transporte se debe de portar la HOJA DE EMERGENCIAS EN TRANSPORTACIÓN 10.- Información sobre ecología Debe estar de acuerdo con las reglamentaciones ecológicas : Producto que por su clasificación, representa un peligro al equilibrio ecológico. 11. – Precauciones especiales Precauciones que deben ser tomadas para el manejo y almacenamiento: Almacene en un lugar fresco, no almacenar junto a agentes oxidantes. Nitratos, Nitritos y Ácidos. A temperatura ambiente. Tabla 68. Hoja de seguridad del bisulfito de sodio.
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E.1.3. Gas Licuado del Petróleo. Rombo de clasificación de riesgo NFPA-704
INFLAMABILIDAD GRADOS DE RIESGO 4. Muy alto 3. Alto 2. Moderado 1. Ligero 0. Mínimo
SALU 4 1
0
REACTIVIDAD ESPECIAL
1.- Identificación del producto Nombre del producto: Gas licuado comercial, con odorífero Nombre químico: Mezcla Propano-Butano Familia Química: Hidrocarburos del Petróleo Fórmula química: C3H8 + C4H10 Sinónimos: Gas LP, LPG, gas licuado del petróleo. 2.-Composición/ información de los materiales Materiales % LEP
(Límite de Exposición Permisible)
Propano N – Butano Etil Marcaptano
60.0 40.0 0.0017-0.0028
1000 ppm 800 ppm 50 ppm
3.- Identificación de riesgos El gas licuado tiene un nivel de riesgo alto, sin embargo, cuando las instalaciones se diseñan, constituyen y mantienen con estándares rigurosos, se consiguen óptimos atributos de confiabilidad y beneficio 4.- Primeros auxilios a) Ojos: La salpicadura de este líquido puede provocar daño físico a los ojos desprotegidos, además de quemaduras fría, aplicar de inmediato y con precaución agua tibia. Busque atención medica. b) Piel: La salpicadura de este líquido provocan quemaduras frías, deberá rociar o empapar el área afectada con agua tibia o corriente. No use agua caliente. Quítese la ropa y los zapatos impregnados. 5.- Peligros de explosion e incendio Punto de flash –98.0°C Temperatura de Ebullición - 32.5 °C Temperatura de Auto ignición 4350 °C Límites de Explosividad: Inferior 1.8 % Superior 9.3 %
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Extinción de Incendios: Polvo Químico Seco (púrpura K = bicarbonato de potasio, bicarbonato de sodio, fosfato monoamónico) bióxido de carbono y agua esperada para enfriamiento. Apague el fuego, solamente después de haber bloqueado la fuente de fuga. Instrucciones Especiales para el Combate de Incendios. a) Fuga a la atmósfera de gas licuado, sin incendio: Esta es una condición realmente grave, ya que el gas licuado al ponerse en contacto con la atmósfera se vaporiza de inmediato, se mezcla rápidamente con el aire ambiente y produce nubes de vapores con gran potencial para explotar y explotarán violentamente al encontrar una fuente de ignición. · No intente apagar el incendio sin antes bloquear la fuente de fuga, ya que si se apaga y sigue escapando gas, se forma una nube de vapores con gran potencial explosivo. Pero deberá enfriar con agua rociada los equipos o instalaciones afectadas por el calor del incendio. 6.- RESPUESTA EN CASO DE FUGA En caso de fuga: Se deberá evacuar el área inmediatamente, cerrar las llaves de paso, bloquear las fuentes de ignición y disipar la nube de vapores; solicite ayuda a la Central de Fugas de Gas de su localidad. 7.- PRECAUCIONES PARA EL MANEJO Y ALMACENAMIENTO Almacene los recipientes en lugares autorizados, (NOM-056-SCFI-1994, “Bodegas de Distribución de Recipientes Portátiles para Gas LP”), lejos de fuentes de ignición y de calor. Disponga precavidamente de lugares separados para almacenar diferentes gases comprimidos o inflamables, de acuerdo a las normas aplicables. Almacene invariablemente todos los cilindros de gas licuado, vacíos y llenos, en posición vertical, (con esto se asegura que la válvula de alivio de presión del recipiente, siempre esté en contacto con la fase vapor del LPG). No deje caer ni maltrate los cilindros. Cuando los cilindros se encuentren fuera de servicio, mantenga las válvulas cerradas, con tapones o capuchones de protección de acuerdo a las normas aplicables. Los cilindros vacíos conservan ciertos residuos, por lo que deben tratarse como si estuvieran llenos (NFPA-58, “Estándar para el Almacenamiento y Manejo de Gases Licuados del Petróleo”). 8.- CONTROLES CONTRA EXPOSICION / PROTECCION PERSONAL Ventile las áreas confinadas, donde puedan acumularse mezclas inflamables. Acate la normatividad eléctrica aplicable a este tipo de instalaciones (NFPA-70, “Código Eléctrico Nacional”). Protección Respiratoria: En espacios confinados con presencia de gas, utilice aparatos auto contenidos para respiración (SCBA para 30 ó 60 minutos o para escape 10 ó 15 minutos), en estos casos la atmósfera es inflamable ó explosiva, requiriendo tomar precauciones adicionales. Ropa de Protección: El personal especializado que interviene en casos de emergencia, deberá utilizar chaquetones y equipo para el ataque a incendios, además de guantes, casco y protección facial, durante todo el tiempo de exposición a la emergencia. Protección de Ojos: Se recomienda utilizar lentes de seguridad reglamentarios y, encima de éstos, protectores faciales cuando se efectúen operaciones de llenado y manejo de gas licuado en cilindros y/o conexión y desconexión de mangueras de llenado Otros Equipos de Protección: Se sugiere utilizar zapatos de seguridad con suela anti derrapante y casquillo de acero. 9.- PROPIEDADES FISICAS / QUÍMICAS
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Peso Molecular 49.7 Temperatura de Ebullición @ 1 atmósfera 32.5 °C Temperatura de Fusión 167.9 °C Densidad de los Vapores (Aire =1) @ 15.5 °C 2.01 (Dos veces más pesado que el aire) Densidad del Líquido (Agua =1) @ 15.5 °C 0.540 Presión Vapor @ 21.1 °C 4500 mm Hg Relación de Expansión (Liquido a Gas @ 1 atmósfera) 1 a 242 (Un litro de gas líquido, se convierte en 242 litros de gas fase vapor, formando con el aire una mezcla explosiva de 11,000 litros aproximadamente). Solubilidad en Agua @ 20 °C 0.0079 % en peso (Insignificante; menos del 0.1%). Apariencia y Color Gas incoloro e insípido a temperatura y presión ambiente. Tiene un odorífero que produce un olor característico, fuerte y desagradable para detectar las fugas. 10.- ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD Estabilidad Química: Estable en condiciones normales de almacenamiento y manejo. Condiciones a Evitar: Manténgalo alejado de fuentes de ignición y calor, así como de oxidantes fuertes. Productos de la Combustión: Los gases productos de la combustión son: bió xido de carbono, nitrógeno y vapor de agua. La combustión incompleta produce monóxido de carbono (gas tóxico), ya sea que provenga de un motor de combustión o por uso doméstico. También puede producir aldehídos (irritante de nariz y ojos). Peligros de Polimerización: No polimeriza. 11.- INFORMACION TOXICOLOGICA El gas licuado no es tóxico; es un asfixiante simple que, sin embargo, tiene propiedades ligeramente anestésicas y que en altas concentraciones produce mareos. No se cuenta con información definitiva sobre características carcinogénicas, mutagénicas, órganos que afecte en particular, o que desarrolle algún efecto tóxico. 12.- INFORMACION ECOLÓGICA El efecto de una fuga de GLP es local e instantáneo sobre la formación de oxidantes fotoquímicos en la atmósfera. No contiene ingredientes que destruyen la capa de ozono (40 CFR Parte 82). No está en la lista de contaminantes marinos DOT (49 CFR Parte 1710). 13.- CONSIDERACIONES PARA DISPONER DE SUS DESECHOS Disposición de Desechos: No intente eliminar el producto no utilizado o sus residuos. En todo caso regréselo al proveedor para que lo elimine apropiadamente. Los recipientes vacíos deben manejarse con cuidado por los residuos que contiene. El producto residual puede incinerarse bajo control si se dispone de un sistema adecuado de quemado. Esta operación debe efectuarse de acuerdo a las normas mexicanas aplicables.
Tabla 69. Hoja de seguridad del gas LP.
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E.2 Reglas de seguridad establecidas para empleados 1.- No fumar en áreas de trabajo 2.- No jugar en el área de trabajo 3.- Portar lentes de seguridad 4.- Portar tapones auditivos lavables correctamente 5.- Portar protección para las manos 6.- Portar zapatos de seguridad 7.- Prohibido portar joyería en las estaciones de trabajo 8.- No ingerir ningún tipo de alimento en el área de trabajo 9.- Disponer apropiadamente de los reactivos peligrosos y no peligrosos 10.- Debe conocer las hojas de seguridad de los materiales (MSDS, siglas en inglés) 11.- Identificar las rutas de evacuación y salidas de emergencia de su área, así como extintores más cercanos E.3. Condiciones de seguridad para el manejo de calderas. De acuerdo a la norma oficial mexicana NOM-122-STPS las condiciones de seguridad para la caldera son las siguientes: Ø Contar con el personal capacitado para la operación y mantenimiento de los equipos. Ø Elaborar y establecer por escrito un manual de seguridad e higiene para la operación y mantenimiento de los equipos, sus accesorios y dispositivos. Ø Operar los equipos de conformidad con lo establecido en los manuales de procedimientos de seguridad. Ø La presión de operación de los equipos no debe exceder a la presión de calibración de las válvulas de seguridad señalada en la autorización de los mismos. Ø Los equipos deben instalarse libres de impactos y vibraciones, con iluminación y ventilación permanente. Ø Los generadores de vapor o calderas deben contar cuando menos con una válvula de seguridad calculada técnicamente para evitar riesgos durante la operación del equipo, cuyas características estén de acuerdo con las condiciones de operación. Ø La presión de la calibración de las válvulas de seguridad utilizadas en ningún caso debe rebasar la presión de trabajo máxima permisible.
E.4. Programa específico de Seguridad para la Operación y Mantenimiento de la Maquinaria y Equipo Ø El programa debe contener procedimientos para que: los protectores y dispositivos de seguridad se instalen en el lugar requerido y se utilicen durante la operación Ø Se mantenga limpia y ordenada el área de trabajo Ø La maquinaria y equipo estén ajustados para prevenir un riesgo;
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Ø Las conexiones de la maquinaria y equipo y sus contactos eléctricos estén protegidos y no sean un factor de riesgo Ø El cambio y uso de la herramienta y el herramental se realice en forma segura Ø El desarrollo de las actividades de operación se efectúe en forma segura Ø El sistema de alimentación y retiro de la materia prima, subproducto y producto terminado no sean un factor de riesgo. Ø Mantenimiento de la maquinaria y equipo Ø Protectores de seguridad en la maquinaria y equipo Ø La maquinaria y equipo deben estar provistos de dispositivos de seguridad para paro de urgencia de fácil activación.
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