INFORME DE OPERACIONES_ FLUIDIZACION.pdf

UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO
Escuela profesional de Ingeniería Industrial
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Carrera Profesional de Ingeniería Industrial
TEMA:
“SECADO DE QUINUA MEDIANTE LECHO FLUIDIZADO”
Curso: Operaciones y procesos unitarios industriales.
Docente: Ing. Juan Carlos Manrique Palomino.
Estudiantes:
● Cereceda Bustinza Nicold Brenda. 020100192F
● Dueñas Vargas Joaquin Ignacio 020100453D
● Ibarra Coronado Bruno Sebastian 020100251B
● Pariguana Vargas Kiara Nicole. 020101697D
● Paucarmayta Macera Inti Prackash. 020100533H
CUSCO - PERÚ
2022
1

ÍNDICE DE CONTENIDOS
1. INTRODUCCIÓN 3
2. ANTECEDENTES 4
2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 5
2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 6
2.3 OBJETIVOS 6
2.3.1. Objetivo general. 6
2.3.2. Objetivos específicos. 6
2.4 JUSTIFICACIÓN 7
2.5 METODOLOGÍA 7
3. MARCO TEÓRICO 9
SECADO DE LOS GRANOS DE QUINUA 10
3.1 ESTUDIOS PREVIOS 11
3.2 BASES TEÓRICAS 20
4. DISEÑO DEL EQUIPO 25
5. CÁLCULOS Y RESULTADOS 25
6. DISCUSIÓN 26
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 26
8. BIBLIOGRAFÍA 26
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“SECADO DE QUINUA MEDIANTE LECHO FLUIDIZADO”
1. INTRODUCCIÓN
En Perú la producción de quinua se ve limitada por la falta de apoyo hacia los campesinos y
los precios de los materiales e insumos agrícolas que cada vez aumentan debido a los
problemas económicos del país. Todo esto hace que la quinua peruana no sea competitiva en
lo referente a costos. Sin embargo,la buena calidad del producto ayuda a su competitividad en
el mercado, por esto se debe desarrollar nuevas tecnologías para tener mejores costos que la
competencia.
Dentro de los equipos usados para el secado de quinua el principal problema está en la
movilidad de los granos, la mayoría de métodos son estacionarios, donde el intercambio de
calor y masa tienen bajos coeficientes y el secado no es homogéneo, por ello aparecen
gradientes de temperatura dentro de la masa a secar. Estos métodos al usar grandes áreas de
secado se necesitan mano de obra, para mantener la quinua en movimiento y así será
uniforme la transferencia de calor.
3

2. ANTECEDENTES
En los últimos años está existiendo el interés en la búsqueda de métodos más sofisticados y
eficientes para la producción de algún alimento, en este caso la quinua. La búsqueda de un
método que consiga reducir costos y tiempo es fundamental para la buena producción de
cualquier alimento. Partimos con el punto de una búsqueda de la mejor forma de producir la
quinua, centrando el trabajo en el secado de la quinua.
En el año 2017 se realizó una investigación sobre el secado de quinua en lecho fluidizado y
su comparación con otros métodos tradicionales. Se utilizó un reactor de 0,1m de diámetro y
la altura se mantuvo constante e igual a un diámetro. Los datos que se obtuvieron llevaron a
la conclusión de que el secado en lecho fluidizado logró disminuciones del tiempo de secado
hasta 4 minutos con valores bajos de temperatura de 450 C, siendo 20 veces menores que los
valores obtenidas en secadores de bandejas y aun superiores en comparación con los métodos
tradicionales de secado intensivo solar, evitar la pérdida de masa por sobre secado y garantiza
un secado más homogéneo.
En 2010 en la Universidad Nacional Del Altiplano se desarrolló un trabajo de secado de
quinua en lecho fluidizado elaborado por Canahuire Flores, Livia Roxana. El objetivo fue
evaluar el proceso de secado de los granos de quinua en un prototipo de lecho fluidizado
implementado. DIcho trabajo concluye en que el método y la temperatura de secado óptimo
fue el secado en vacío a 55°C, disminuyendo el tiempo de secado un 80%, además, no hubo
disminución de vitamina C, a partir del contenido en el germinado; y no tuvo impacto
significativo sobre el contenido de proteínas y de hierro.
4

2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En los últimos tiempos la quinua peruana se vio afectada grandemente por los problemas
económicos que atraviesa el país además de la falta de apoyo del estado a los campesinos que
cosechan este alimento, ocasionando la alza de precios en este alimento por lo costoso de
cosechar y la demanda que no se llega a cubrir ya que el Perú es uno de los grandes
exportadores de este alimentos ve una escasez en el mundo.
Los procesos de producción de la quinua de chenopodium también toman valores mayores a
los esperados por los productores ya que con el alza del dólar en la economía peruana su
secado de este producto se ve afectado,como sabemos el producto tiene que tener la
temperatura y tiempo adecuado para la conservación o prolongación de la vida de este mismo
teniendo una humedad del 12% ya que si supera este porcentaje la quinua pierde sus
propiedades nutricionales y organolépticas.
5

2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cómo podríamos mejorar el proceso de secado de la quinua de Chenopodium para poder
ayudar a los productores?
2.3 OBJETIVOS
2.3.1. Objetivo general.
● Establecer parámetros de secado para la quinua Chenopodium quinoa mediante lecho
fluidizado.
2.3.2. Objetivos específicos.
● Evaluar los parámetros de temperatura y flujo de aire en el secado de la quinua.
● Establecer las curvas de secado.
● Evaluar el grado de eficiencia del proceso de secado.
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2.4 JUSTIFICACIÓN
Es importante eliminar la humedad del grano para garantizar el éxito en el almacenamiento
por determinados periodos de tiempo o su posterior uso en la alimentación o con finos de
semilla para siembra, es por ello que resulta importante el estudio del proceso de secado ,
evitando así que los granos húmedos constituyan un medio ideal para el desarrollo de
microorganismos, insectos y ácaros, además de conservar las propiedades germinativas del
mismo. El presente proyecto constituye un estudio necesario para dar soluciones a una
realidad presente, ya que los métodos tradicionales de secado de quinua más utilizados como
el solar no brindan una garantía de inocuidad y dependen totalmente de las condiciones
climáticas. Con los resultados de esta investigación basada en la aplicación de un lecho
fluidizado y sustentada en investigaciones empíricas en laboratorio y pruebas de campo en un
prototipo piloto, es necesario demostrar que el producto final garantiza seguridad y confianza,
es un alimento sano e inocuo. , así como se probará con resultados verdaderos que es posible
evitar pérdidas, gasto de energía y tiempo, empleo de mucha mano de obra, etc. Las ventajas
que ofrece un secador de lecho fluidizado a la investigación es: Menor cantidad de energía
térmica necesaria para el proceso en cuestión, es decir, altos periodos energéticos. Posibilidad
de llevar a cabo el secado y el enfriamiento en el mismo equipo. Proteger los aromas. 3
Cortos tiempos de secado. Secado eficiente (NEOTEC, 2010) Para resolver problemas
presentes en el secado de la quinua, la investigación propuesta desarrollará un novedoso
proceso de secado de granos de quinua, basado en la aplicación de un lecho fluidizado.
7

2.5 METODOLOGÍA
Según Cala (2010) el procedimiento experimental constará de las siguientes partes
características de una investigación en lechos fluidizados:
1. Clasificación de los granos de quinua, determinación de sus parámetros físicos y
geométricos fundamentales para la organización del lecho fluidizado.
2. Estudio gasodinámico con la determinación de la velocidad mínima de fluidización,
así como las respuesta de los granos de quinua al flujo de aire fluidizado
3. Estudio comparativo del secado utilizando lecho fijo, lecho fluidizado.
4. El grado de humedad de las muestras se determinará por el método del muestreo y
pesado consecutivo de la muestra.
5. Los resultados se analizan comparativamente y se elaborará un modelo para el secado
(Cala & Riera , 2010).
8

3. MARCO TEÓRICO
LA QUINUA
La quinua puede proporcionar alimentos de alta calidad, aumenta la seguridad alimentaria y
reducir la desnutrición, pero el gran potencial de este cultivo aún no ha sido plenamente
explotado, principalmente debido a la falta de investigación en cuanto a las limitaciones de
producción.
Figura 1. Variedades de quinua
Las excepcionales propiedades de la Quinua (Chenopodium quinoa) como suplemento
alimenticio rico en proteínas, vitaminas, otros componentes beneficiosos para el organismo
humano y por sus aplicaciones en la industria médica, hacen que las perspectivas para su
producción a nivel agroindustrial sea una meta a corto y largo plazo en las Regiones Andinas
y otras partes del planeta (network, 2015)
El valor nutricional de los granos y/o semillas de la quinua (Chenopodium quinoa Willd.) es
conocido y de menor cuantía se conoce sus características físicas, siendo fundamental para un
adecuado diseño y desarrollo de maquinarias y procesos que permitan incrementar el
desarrollo productivo (Cervilla et al., 2012).
9

TAXONOMÍA
La clasificación taxonómica de la quinua Chenopodium quinoa se describe en la Tabla 1.
SECADO DE LOS GRANOS DE QUINUA
Aún cuando la trilla se efectúa con panojas secas, es necesario que el grano pierda humedad
hasta obtener una humedad comercial y permitir su almacenamiento, puesto que al momento
de la trilla los granos contienen entre un 12 a 15 % de humedad. Esto se consigue exponiendo
a los rayos solares el grano trillado, limpio y extendido en mantas durante todo el día,
debiendo remover y voltear el grano varias veces en el día para que pierda completamente la
humedad. En el caso contrario se corre el riesgo de producir fermentaciones o amarillamiento
del grano en el almacén.
También en casos de grandes producciones se está utilizando el secado mediante corrientes
de aire caliente, de tal manera que en pocas horas el grano pierde la humedad necesaria hasta
quedar listo para su envasado y almacenamiento. Se considera que el grano de quinua está
seco cuando las semillas contienen máximo un 10% de humedad.
10

3.1 ESTUDIOS PREVIOS
3.1.1 LA FLUIDIZACIÓN COMO OPERACIÓN UNITARIA
La fluidización ocurre cuando pequeñas partículas sólidas son suspendidas por una corriente
de un fluido que se dirige de abajo hacia arriba venciendo el peso de las mismas. Cuando la
velocidad del fluido debe ser lo suficientemente alta como para suspender las partículas, pero
a la vez no tan elevada como para expulsar las partículas fuera del recipiente. Las partículas
sólidas rotan en el lecho rápidamente, creando un excelente mezclado. El material que se
fluidiza es casi siempre un sólido y el medio que fluidiza puede ser tanto líquido como gas.
Las características y comportamiento de los lechos fluidizados dependen fuertemente de las
propiedades del sólido y del fluido.
3.1.2 EL FENÓMENO DE LA FLUIDIZACIÓN
● Si la velocidad del gas de fluidización (u) es muy baja no podrá contrarrestar el peso
de las partículas y el lecho se comportará como un lecho fijo (Figura 5.1a).
● Existirá un valor de velocidad (velocidad mínima de fluidización, umf) a partir de la
cual el lecho se fluidizará (Figura 5.1b).
● Velocidades mayores de fluidización conducen a una expansión del lecho, pudiéndose
dar una fluidización homogénea. Cuando se fluidiza con gas este comportamiento
puede observarse sólo en condiciones especiales (partículas livianas y gas denso a alta
presión).
● Los lechos gas-sólido presentan burbujas y canalización de gas cuando la velocidad se
aumenta sobre la de mínima fluidización
● Cuando las burbujas aparecen la agitación del lecho es vigorosa, y el lecho no se
expande mucho más allá de la altura de mínima fluidización, a este tipo de operación
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se la denomina comúnmente fluidización burbujeante. En muy raras ocasiones un
sistema líquido-sólido se comporta como lecho burbujeante.
● Las burbujas pueden coalescer y crecer a medida que ascienden por el lecho, y
eventualmente pueden ser los suficientemente grandes como para expandirse a lo
ancho del lecho. Si se trata de partículas pequeñas, ellas fluyen hacia abajo en las
cercanías de la pared, alrededor de los paquetes de gas que 5.2 ascienden
● Si las partículas son más grandes, el lecho que queda debajo de una burbuja es
empujado como con un pistón. Los sólidos se reintegran al lecho por que “llueven” a
través de los paquetes de gas. Este comportamiento suele presentarse en lechos de
pequeños diámetros.
● Cuando el lecho se fluidiza a altas velocidades la velocidad terminal de las partículas
puede superarse, en este caso la superficie superior del lecho se desdibuja. El gas se
lleva material particulado y en lugar de burbujas se observa un movimiento turbulento
de paquetes de sólidos y espacios llenos de gas de varias formas y tamaños En estas
condiciones el lecho se denomina lecho fluidizado turbulento.
● Si la velocidad aumenta aún más, los sólidos son arrastrados fuera del lecho, existe un
transporte neumático de los sólidos.
3.1.2 LECHO FLUIDIZADO
Un lecho fluidizado se basa en el paso de un fluido (líquido o gas) a través de un sólido
provocando su movimiento, pero sin llegar a arrastrarlo. Es decir, se alcanza el régimen de
fluidización cuando el sólido se mueve como si fuese un fluido y se mantiene en el lecho.
(Dufour, 2016)
Esto se consigue gracias a que la fuerza de empuje que ejerce el fluido sobre cada una de las
partículas, vence el peso de las mismas. Por lo tanto, las propiedades del fluido y del sólido,
además de la geometría del reactor, van a determinar las condiciones de fluidización. Para un
12

determinado sistema fluido-solido en un reactor, según se aumenta la velocidad del fluido, la
pérdida de carga del lecho también aumenta, pero cuando se alcanza la fluidización (punto de
mínima fluidización) la pérdida de carga del lecho se mantiene constante con el aumento de
la velocidad del fluido, y las partículas sólidas se encuentran en régimen fluidizado,
adquiriendo propiedades propias de un fluido. Esto sucede hasta que la velocidad es tan alta
que el fluido arrastra al sólido, produciendo un transporte neumático. En este momento la
pérdida de carga del lecho comienza a disminuir al aumentar el caudal (figura 2). Cuando el
fluido es un gas, en la mayoría de los casos la fluidización es burbujeante, es decir, el sólido
se mueve como el agua en ebullición.
Figura 2. Sistemas fluido-sólido para distintas velocidades del gas (izquierda), y pérdida de carga
frente a velocidad del gas (derecha)
Las principales ventajas que ofrece el uso de un lecho fluidizado radican en el buen contacto
sólido-fluido, favoreciendo la transferencia de masa y calor entre ambos. Por ejemplo, en el
caso de la combustión el uso de un lecho fluidizado produce mayor eficiencia de combustión
y mayor ratio de transferencia de calor, menor temperatura de combustión y menores
emisiones de NOx, que el uso de un lecho fijo.
Existen numerosas aplicaciones industriales en las que se usan reactores de lecho fluidizado,
como el cracking catalítico fluido (FCC), combustión, pirólisis y gasificación, y producción y
procesado de químicos, como la captura de CO2.
13

3.1.3 ORIGEN DE LA QUINUA EN PERÚ
La quinua es una planta andina que se originó en los alrededores del lago Titicaca de Perú y
Bolivia. La quinua fue cultivada y utilizada por las civilizaciones prehispánicas y
reemplazada por los cereales a la llegada de los españoles, a pesar de constituir un alimento
básico de la población de ese entonces.
La evidencia histórica disponible señala que su domesticación por los pueblos de América
puede haber ocurrido entre los años 3.000 y 5.000 antes de Cristo. Existen hallazgos
arqueológicos de quinua en tumbas de Tarapacá, Calama y Arica, en Chile, y en diferentes
regiones del Perú. A la llegada de los españoles, la quinua tenía un desarrollo tecnológico
apropiado y una amplia distribución en el territorio Inca y fuera de él. El primer español que
reporta el cultivo de quinua fue Pedro de Valdivia, quien al observar los cultivos alrededor de
Concepción menciona que, entre otras plantas, los indios siembran también la quinua para su
alimentación.
La evidencia histórica disponible señala que su domesticación por los pueblos de América
puede haber ocurrido entre los años 3.000 y 5.000 antes de Cristo. Existen hallazgos
arqueológicos de quinua en tumbas de Tarapacá, Calama y Arica, en Chile, y en diferentes
regiones del Perú. A la llegada de los españoles, la quinua tenía un desarrollo tecnológico
apropiado y una amplia distribución en el territorio Inca y fuera de él. El primer español que
reporta el cultivo de quinua fue Pedro de Valdivia, quien al observar los cultivos alrededor de
Concepción menciona que, entre otras plantas, los indios siembran también la quinua para su
alimentación.
DOMESTICACIÓN
Antes de su domesticación, la quinua silvestre probablemente se usó por sus hojas y semillas
para la alimentación. Una evidencia temprana de su morfología se encuentra en la cerámica
14

de la cultura Tiahuanaco, que representa a la planta de quinua con varias panojas distribuidas
a lo largo del tallo, lo que mostraría una de las razas más primitivas de la planta. Desde el
punto de vista de su variabilidad genética puede considerarse como una especie egocéntrica,
con centro de origen de amplia distribución y diversificación múltiple. La región andina,
especialmente las orillas del Lago Titicaca, muestra la mayor diversidad y variación genética
de la quinua.
Durante la domesticación de la quinua, y como producto de la actividad humana, hubo un
amplio rango de modificaciones morfológicas. Entre ellas: la condensación de la
inflorescencia en el extremo terminal de la planta, el incremento del tamaño de la planta y la
semilla, la pérdida de los mecanismos de dispersión de la semilla, así como altos niveles de
pigmentación.
Durante la domesticación los pueblos andinos seleccionaron los genotipos por el tipo de uso y
por la tolerancia a factores adversos tanto bióticos como abióticos, llegando a obtener las
actuales plantas y ecotipos con características diferenciales, tales como las quinuas "chullpi"
para sopas, las quinuas "pasankalla" para tostado, las "coytos" para harina, las "reales" para la
"pissara" o graneado, la "utusaya" para resistir a la salinidad, las "witullas" y "achachinos"
para resistir el frío, las "kcancollas" para resistir la sequía, las "quellus" o amarillas para alto
rendimiento, las "chewecas" para resistir el exceso de humedad, las "ayaras" por valor
nutritivo (alto balance de aminoácidos esenciales y proteína), y las "ratuquis" por precocidad.
MERCADOS PRINCIPALES
Del mismo modo, en el año 2019 la quinua peruana conquistó 70 mercados internacionales,
siendo los Estados Unidos, Canadá y Europa, los principales destinos de nuestro grano
andino, beneficiando primordialmente a los pequeños productores de las zonas altoandinas.
15

Las regiones más productoras de quinua son (2019): Puno (44%), Ayacucho (17,6%),
Apurímac (12,6%), Arequipa (9,4%), Cusco (4,7%), Junín (3,9%), Huancavelica (2,5%), La
Libertad (1,7%), Cajamarca (1,3%) y otros (2,3%).
La producción de quinua en el país comprende 65,280 hectáreas de cultivos y con una
producción de 89,775 toneladas, conforme a registros del año 2019.
De la misma manera, se proyecta que al cierre del año 2020 la producción de quinua habría
llegado a las 94,000 toneladas métricas.
POTENCIALALIMENTICIO
Las semillas de quinua concentran altas cantidades de ácidos grasos, proteínas y aminoácidos
que le otorgan un elevado valor nutritivo e ideal para potenciar la masa muscular, absorción
del calcio, estimula el crecimiento y desarrollo cerebral de los niños.
Para lograr mayores índices de rentabilidad en beneficio de los pequeños productores, las
nuevas variedades de quinua tienen tolerancia a plagas y enfermedades, así como buena
adaptabilidad a diferentes pisos climatológicos, lo que redundará en una mayor producción.
La quinua, por sus características nutricionales superiores (minerales y vitaminas), es muy
útil en etapas de desarrollo y crecimiento de niños; además es fácil de digerir y no contiene
16

colesterol. Los estudios bioquímicos realizados, en las distintas investigaciones, demuestran
su gran aporte de aminoácidos esenciales de fácil asimilación.
3.1.3 Transferencia de Calor
La transferencia de calor, transmisión de calor o transferencia térmica es el proceso de
propagación del calor en distintos medios. Esta se produce siempre que existe un gradiente
térmico o cuando dos sistemas con diferentes temperaturas se ponen en contacto. El proceso
persiste hasta alcanzar el equilibrio térmico, es decir, hasta que se igualan las temperaturas.
Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos o regiones lo suficientemente
próximas, la transferencia de calor no puede ser detenida, solo puede hacerse más lenta.
El calor puede definirse como la energía en tránsito. Siempre que existe un gradiente de
temperatura en un sistema o se ponen en contacto dos sistemas a diferente temperatura, se
transfieren energía entre ellos. Esta transferencia puede percibirse por los cambios que se
producen en el o los sistemas. La termodinámica, basándose en los estados de cada sistema
desde un punto de vista macroscópico, es decir, en función de aspectos tales como la presión,
la temperatura y el volumen, que puedan ser medibles, determina si ha habido cambios en la
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energía interna de los mismos. Estos parámetros solo se pueden medir, o tiene valor su
medida, si es homogénea en todo el sistema, lo que solo ocurre si están en equilibrio.
La variación de energía interna sólo puede ser debida al calor, es decir, a transferencia de
energía de un sistema al otro.
3.1.4 Términos Psicométricos
3.1.4.1 Presión de vapor
Los sólidos y líquidos producen vapores consistentes en átomos o moléculas que se
han evaporado de sus formas condensadas. Si se tiene una sustancia, ya sea sólida o
líquida, ocupando una parte de un recipiente cerrado, las moléculas que escapan no se
pueden difundir ilimitadamente sino que se acumulan en el espacio libre por encima
de la superficie del sólido o el líquido, y se establecerá un equilibrio dinámico entre
los átomos y las moléculas que escapan del líquido o sólido y las que vuelven a él. La
presión correspondiente a este equilibrio es la presión de vapor y depende únicamente
de la naturaleza del líquido o el sólido y de la temperatura a la que se encuentre.
18

Se debe tener en cuenta que la presión de vapor en los líquidos crece rápidamente al
aumentar la temperatura,esto se explica en el aumento de energía de las moléculas al
calentarse, puesto que cuando calentamos un líquido, estamos suministrando energía.
Esta energía significa un aumento de velocidad de las moléculas que lo componen, lo
que a su vez generará que los choques entre ellas sean más frecuentes y violentos. Así
la cantidad de moléculas que alcanzarán suficiente velocidad para pasar al estado
gaseoso será mucho mayor, y por tanto la presión también aumentará.
3.1.4.2 Humedad Relativa
Se define como la relación entre la fracción de vapor de agua en el aire y la fracción
de vapor de agua en el aire saturado a la misma temperatura y presión atmosférica,
dicho en otras palabras se denomina como humedad relativa a la relación entre la
presión de vapor del aire y la presión de vapor del aire saturado. La humedad relativa
es adimensional y se expresa de forma decimal o como un porcentaje (al multiplicar el
valor decimal por 100). Específicamente en el secado de granos se encuentran valores
de humedad relativa entre 0,5 y 100 %
3.1.4.3 Humedad Absoluta
Se le conoce como humedad absoluta (Ha) a la masa de vapor de agua contenida en el
aire húmedo por unidad de masa de aire seco. Otros términos usados para referirse a
la humedad absoluta son relación de humedad y humedad específica. Los valores de
humedad absoluta del aire que se encuentran en el secado de granos son relativamente
pequeños, variando desde 0,005 kg a 0,2 kg de agua por kg de aire seco.
3.1.5 Temperaturas de secado
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La temperatura del aire de secado es el parámetro de mayor flexibilidad en un sistema
de secado a altas temperaturas e influye significativamente en el volumen, la
eficiencia de secado y en la calidad del producto final. Un aumento de esta
temperatura significa un menor consumo de energía por unidad de agua evaporada y
un mayor volumen de secado.La temperatura de secado, junto con los flujos de aire y
de granos, determina la cantidad de agua evaporada en un secador.
Sin embargo se debe tener en cuenta que temperaturas de secado muy elevadas
pueden causar daños térmicos acentuados en los granos, por ello se tienen valores de
temperatura recomendados para algunos procesos de secado como los siguientes:
Producto Temperatura máxima recomendada para
el secado (°C)
Grano para el consumo humano 57
Grano para elaboración y manufactura 60
Grano para semilla o fabricación de
cerveza
43
Arroz para el consumo humano 43
Frijoles para el consumo humano 35
20

3.2 BASES TEÓRICAS
3.2.1 Tipos de secado de Quinua
Por lo general se emplea un secado natural utilizando los rayos solares y el viento. En este
procedimiento se colocan los granos de quinua sobre una manta o lona que esté cubriendo
una cama ondulada de un espesor de 5 cm y se deben remover los granos cada 30 minutos. La
exposición de grano de quinua por 6 a 8 horas es suficiente para bajar el contenido de
humedad. Posteriormente se deja enfriar el grano y se guarda en los envases adecuados.
Cuando la cosecha se va a destinar para semilla, el secado debe ser en un lugar aireado
procurando que los rayos del sol no caigan sobre los granos. Estos granos de quinua tienen el
embrión directamente expuesto sin mayor protección, por lo tanto las temperaturas muy
elevadas pueden dañarlo y reducir o eliminar su poder germinativo.
Otros métodos de secado artificiales consisten en el uso de secadores apropiados. La
temperatura de los secadores se debe manejar en concordancia con la humedad del grano de
quinua. Si están muy húmedos la temperatura debe ser más baja que cuándo están más secos
y debe estar alrededor de 30 a 35 ºC.
3.2.2 Secado de granos mediante Fluidización
El secado mediante fluidización o comúnmente llamado secado del lecho fluidizado es un
método muy eficaz de secado de partículas sólidas. La superficie de cada partícula individual
es expuesta para su secado al suspenderla en el flujo de aire, lo que resulta en una mejor
transferencia de calor y en un menor tiempo de secado. La temperatura homogénea del
producto y el secado uniforme del producto se logran a través de la continua y minuciosa
mezcla y control del aire de secado de entrada y de salida.
21

Durante este proceso es importante que se realice un monitoreo con precisión de la humedad
del aire de secado, con el objetivo de optimizar el proceso de secado, puesto que las
condiciones varían con respecto a la humedad y la temperatura.
Según Gómez (2010):
La fluidización es el proceso mediante el cual las partículas sólidas se comportan como un
fluido mediante suspensión a través de una corriente de gas o líquido.
Cuando un fluido atraviesa, de abajo arriba, un lecho de granos cuyo tamaño varía entre
límites estrechos, se establece el gradiente de presión necesario para vencer el frotamiento
(Sánchez, 2013). Si se aumenta la velocidad del flujo se provocará un aumento en el
gradiente de presión. Cuando la pérdida de presión se acerque al valor del peso del lecho por
unidad de superficie de sección transversal al flujo, los granos comienzan a moverse. En este
punto comienza la fluidización.
3.2.3 Requisitos para el secado de granos
Los requisitos mínimos que se deben cumplir para llevara a cabo esta operación, según Corzo
(2011) son los siguientes:
· El secado de los granos debe superar o por lo menos igualar un mínimo
exigible por las normas, siendo un requisito mantener la calidad nutritiva
del grano, para ser aceptado comercialmente.
22

· Costos de operación suficientemente bajos, de manera de conferir al
producto, un margen de competitividad adecuado, dentro del mercado que
se quiere abordar.
· En términos de la preservación de la calidad proteica del grano se debe
evitar el desprendimiento del germen, el cual engloba una porción
considerable del contenido de proteína.
· Otra condición que debe cumplirse, es que el tratamiento que se aplique
no debe fracturar los granos, ya que inclusive una fracción relativamente
baja de granos rotos, comunica una apariencia de menor calidad al
producto.
3.2.4 Preparación del grano de quinua para su secado
El grano de quinua después de ser sometido a un lavado, debido a su propiedad higroscópica
adquiere humedad y germina cambiando sus características gaseodinámicas e imposibilitando
su fluidización.
La fluidización de la quinua en ese estado promueve la formación de canales
preferentes,rotura del lecho, etc. produciendo un contacto inadecuado para la operación de
secado, por ello como paso previo al secado se debe mezclar quinua previamente lavada y
limpia con quinua seca (con humedad de equilibrio en condiciones ambientales), en
proporciones 90% lavada, 10 % seca. De esta forma se produce una quinua con humedad
entre el 30 y 35 % que es tratable en lecho fluidizado, desde el punto de vista gasodinámico.
3.2.5 Secado de quinua mediante lecho fluidizado
23

El proceso de secado de quinua es de suma importancia para su posterior comercialización, se
debe procurar que los granos conserven sus propiedades germinativas o que sean adecuados
para el consumo humano.
Según (Cala & Riera , 2010) en su investigación de Secado de arroz en un secador de lecho
fluidizado pulsante, los resultados obtenidos demostraron que la velocidad del secado en
lecho fluidizado pulsante es mucho mayor que la del secado cuando se utiliza métodos
tradicionales requiriendo menor tiempo en alcanzar la humedad final deseada, así como una
mayor homogeneidad en el producto final.
Resulta de gran importancia eliminar la humedad del grano para garantizar éxito en su
almacenamiento por cierto periodo de tiempo hasta su posterior uso en la alimentación o con
fines de semilla para la siembra, es por ello que resulta importante el estudio del proceso de
secado, evitando así que los granos húmedos constituyan un medio ideal para el desarrollo de
microorganismos, insectos y ácaros, además de conservar las propiedades germinativas del
mismo.
De acuerdo con el tamaño del grano de arroz y a su densidad, resulta prometedora la
utilización de las técnicas de fluidización para su procedimiento y secado, ya que se
intensifica el proceso de intercambio de calor y masa entre el grano y el agente gaseoso
secante, disminuyendo el tiempo de secado.
4. DISEÑO DEL EQUIPO
El diseño de la máquina y su estructura es la siguiente:
24

Se distinguen los siguientes componentes:
1- Reactor de columna cilíndrica de acrílico transparente
Este permite el correcto funcionamiento del proceso de secado y también la visualización de
la levitación de la quinua, tendrá un diámetro de 18 cm y una altura de 30 cm lo cual
proporcionará espacio suficiente para la fluidización del grano.
2- Control de pulsaciones
25

Esta herramienta sirve para saber la frecuencia de las pulsaciones del flujo de aire. Al tener
un dispositivo con muchas variables que se necesitan controlar en tiempo real se requiere de
un preciso y automatizado dispositivo que permite saber con exactitud una variable
característica de este proceso de secado que son las pulsaciones .
3- Unidad de captura, almacenamiento y procesamiento de datos.
Aquí se va almacenar toda la información de los distintos sensores del lecho fluidizado. Aquí
se puede tener un panorama completo y a tiempo real de lo que sucede con todas las variables
del Lecho fluidizado.
4- Soplador generador de flujo de aire
su principio de funcionamiento consiste en una ventola con aspas que giran en el interior de
un estator. El aire se absorbe a través del lado de succión del dispositivo, los rotores y los
impulsores giran y es ahí cuando el aire se presuriza para ser liberado.
5- Sistema de calentamiento
Se produce la combustión del gas dentro del quemador lo que origina los gases de
combustión y lo que permite la transferencia de calor en el intercambiador de calor del aire
con el gas de combustión, esto produce el incremento de la temperatura del aire que pasa
hasta la cámara de secado.
6- Termocupla
Esta parte del Lecho Fluidizado permite medir la temperatura, Al tener un pequeño tamaño y
una respuesta rápida hace que trabaje de forma eficiente en entornos peligrosos o difíciles.
26

Tiene la capacidad de medir de manera precisa y rápida temperaturas extremas, lo que hace
que trabaje de forma correcta en esta maquinaria.
7- Manómetro diferencial con columna de agua.
Este dispositivo nos permite medir la diferencia de presión entre sus extremos, para esto en
uno de los canales se acondiciona la entrada de flujo. Antes de medir es importante que la
columna de agua se encuentre a nivel, es decir ambas columnas de agua al mismo nivel.
El proceso de esta máquina se basa en realizar la transferencia de calor del gas entrante hacia
la quinua, hasta que la temperatura de entrada esté igual a la salida como resultado de un
secado parcial de toda la quinua. Para llegar a este resultado requiere el control in-line de las
condiciones de operación, como el flujo de aire suministrado, temperatura de la resistencia y
velocidad del tornillo.
5. CÁLCULOS Y RESULTADOS
La quinua contiene de 30 - 40% de agua al momento de la cosecha. El agua influye en
la textura, sabor y calidad de los alimentos, pero es también una de las causas de la
perecibilidad de los mismos, si bien está postulado que los microorganismos dejan de
ser activos cuando el contenido de agua se reduce por debajo del 10% en peso, por lo
general resulta necesario reducir este contenido de humedad por debajo del 5% en
peso, para preservar el sabor del alimento y su valor nutritivo.
Para los cálculos se consideraron los siguientes parámetros:
Temperaturas:
A1: 40 °C
27

A2: 45 °C
A3: 50 °C
Velocidades de flujo de aire:
B1: 0,5 m/s
B2: 0,68 m/s
B3: 0,86 m/s
Con las cuales, se efectuaron los siguientes 9 tratamientos producto de todas
las posibles combinaciones entre los valores de ambos parámetros:
Tratamiento Descripción
Tratamiento1 40 °C y 0.5 m/s
Tratamiento2 40 °C y 0,68 m/s
28

Además según el estudio realizado por Rodríguez & Soler (2001) en su investigación
“propiedades físicas y aerodinámicas de la cáscara de arroz” al analizar las curvas de la caída
de presión contra velocidad del aire se determinó que con la boquilla mayor (18 cm) y con un
lecho de 18 cm de altura la velocidad a la que el arroz comenzó a fluidizar fue de 0,38 m/s,
por lo cual se aplicarán estos mismos datos en el presente informe.
El proceso de secado de quinua fue el siguiente:
1) Selección y pesado de granos de quinua
Para la experimentación se consideró una muestra de quinua de 280 g con
valores granulométricos de 1,5 mm que de acuerdo a la norma INEN
1673:2013 corresponden a granos medianos. Esta experimentación se dio en
condiciones ambientales.
2) Los granos de quinua se introdujeron al secador de lecho fluidizado con
humedades iníciales entre 25 y 30 % dependiendo de las características de la
quinua en un cilindro con un diámetro de 1,4 mm. Se tomó nota del tiempo y
peso que fue perdiendo el producto durante el proceso, con intervalos de 1,5 y
3 min, para todos los niveles de temperatura. Se usó un cronómetro y una
balanza electrónica, llegando a obtener un peso constante para cada especie.
Este proceso se lo realizó manteniendo constante la velocidad del aire (0,5
m/s, 0,68m/s y 0,86 m/s) dependiendo de los tratamientos.
29

3) Luego de ello los granos de quinua se pesaron con una balanza electrónica
para poder determinar los rendimientos a través del balance de materiales y el
nivel de humedad perdido por el proceso.
Tiempo de secado de quinua y humedad obtenida:
Luego de efectuado el proceso de Secado de quinua, se obtuvieron los siguientes
resultados de tiempo expresado en horas y porcentaje de humedad obtenido:
Tratamientos Tiempo en horas % de Humedad
Tratamiento1 0.48 9.07
30

Se observa que el Tratamiento 5 (45 °C y 0,68 m/s) es el más eficiente en cuanto al tiempo
empleado y el porcentaje de humedad obtenido, puesto que además cumple con los
estándares de porcentaje de humedad esperados los cuales son por debajo del 5%, por ende
este es considerado el mejor tratamiento con un tiempo de 0.48 horas o 29 minutos, el cual
reducirá costos en energía y optimizará el tiempo empleado en la cosecha de granos de
quinua.
6. DISCUSIÓN
En los últimos tiempos la quinua peruana se vio afectada grandemente por los problemas
económicos que atraviesa el país además de la falta de apoyo del estado a los campesinos que
cosechan este alimento, ocasionando la alza de precios en este alimento por lo costoso de
cosechar y la demanda que no se llega a cubrir ya que el Perú es uno de los grandes
exportadores de este alimentos ve una escasez en el mundo. Por tal motivo se realizó el
presente trabajo para investigar y analizar más a fondo las causas, consecuencias y posibles
soluciones frente a esta situación.
La problemática se resume en la siguiente pregunta:
¿Cómo podríamos mejorar el proceso de secado de la quinua de Chenopodium para
poder ayudar a los productores?
Para resolver esta incógnita analizamos el secado de quinua mediante lecho fluidizado, los
resultados indican que entre las ventajas en la industria se encuentran los siguientes:
● Lo que nos permite controlar los procesos fácilmente es el comportamiento de las
partículas como un fluido.
● El eficiente mezclado de los sólidos satisface el comportamiento isotermo a través del
reactor, de ahí que se controle de forma simple.
31

● Además cabe resaltar que, el mezclado homogéneo de los sólidos genera una inercia
térmica que no permite cambios bruscos de temperatura y brinda un amplio margen
de seguridad para poder evacuar el calor en procesos muy exotérmicos.
● La circulación de partículas entre dos lechos hace factible extraer, o añadir, grandes
cantidades de calor necesario en grandes reactores.
● Lo podemos utilizar en operaciones a grandes escalas.
● Comparados con otros procesos, los coeficientes de transferencia de calor y de masa
son altos.
● La transferencia de calor entre un lecho fluidizado y un objeto sumergido es alta, por
lo que se requiere pequeñas áreas en los intercambiadores.
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
● Después de realizada la investigación se puede concluir que el secador de lecho
fluidizado nos permitió aumentar la eficiencia en el secado de granos de quinua, ya
que permitió que estos granos alcancen la humedad final deseada para su
empacamiento, la cual es de 10% a 12% de humedad e incluso llegó a alcanzar
niveles menores al 5% de humedad lo cual permite preservar el sabor y el valor
nutricional de la quinua, esto se logró en un tiempo de 0,48 horas o lo que en minutos
vendría a ser 29 minutos, durante este tiempo, dependiendo de qué conjugación entre
factores de temperatura y velocidad de flujo del aire se emplee, se obtuvieron los
valores de humedad esperados. Comparando estos resultados con los obtenidos
mediante otros métodos como podría ser utilizando estufas para el secado, el cual
demora alrededor de 15 a 18 horas, o la comúnmente utilizada técnica natural de
32

secado, que emplea de 6 a 8 horas, se puede observar una significativa mejora en
cuanto al tiempo empleado, quedando demostrado el ahorro de energía y disminución
de tiempos que el uso de un secador de lecho fluidizado supone.
● Podemos decir que el sólido puede ser tratado en lecho fluidizado ya que la quinua
húmeda debe ser mezclada con quinua seca. El proceso de mezclado de quinua
húmeda con quinua 109 seca mejora notablemente el contacto sólido-gas y evita la
formación de canales que hace ineficiente el proceso de secado
● En conclusión el secado mediante el lecho fluidizado es muy útil para el secado de
partículas sólidas, al someterlas al flujo en el aire y suspenderlas el tiempo de secado
es menor y existe una mayor transferencia de calor lo que lo hace muy eficiente para
este tipo de procesos. Al ser eficiente en el secado de partículas sólidas este tipo de
secado tiene muchas utilidades a nivel agroindustrial. También hay que tener en
consideración que el equipo debe estar bien optimizado para evitar pérdidas de calor y
energía, y así reducir costos
33

8. BIBLIOGRAFÍA
Humedad Relativa. (n.d.). Relative Humidity. Retrieved November 24, 2022, from
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Kinetic/relhum.html
Palau, S. (2018, April 9). Humedad relativa, específica y absoluta. Humedad relativa,
específica y absoluta [Carta Psicométrica] | S&P. Retrieved November 24, 2022, from
https://www.solerpalau.com/es-es/blog/humedad-relativa-especifica-absoluta/
Presión de vapor. (n.d.). EcuRed. Retrieved November 24, 2022, from
https://www.ecured.cu/Presi%C3%B3n_de_vapor
Quinua | FAO | Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura.
(n.d.). Food and Agriculture Organization of the United Nations. Retrieved November
24, 2022, from http://www.fao.org/quinoa/es/
Transferencia de calor. (n.d.). Mineduc. Retrieved November 24, 2022, from
https://www.mineduc.gob.gt/DIGECADE/documents/Telesecundaria/Recursos%20Di
gitales/3o%20Recursos%20Digitales%20TS%20BY-SA%203.0/CIENCIAS%20NAT
URALES/U9%20pp%20210%20transferencia%20de%20calor.pdf
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