50918694 planta-deshidratadora-iztapalapa

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 1
2. Objetivos
2. 1. Objetivo general 1
2.2. Objetivos particulares 1
3. Justificación 1
4. Introducción 1

4. 1. Efecto de tas propiedades del alimento en la deshidratación 2
4.1.1. Endurecimiento superficial 3
4.1.2. Movimiento de sólidos solubles 3
4.1.3. Retracción 3
4.2. Procesos alternativos 5
4.3. Procesos preliminares 6
4.3.1. Recepción de hortalizas 6
4.3.2. Acarreo 6
4.3.3. Limpieza en seco 6
4.3.4. Lavado 7
4.3.5. Inspección 8
4.3.6. Recorte 8
4.3.7. Petado, 8
4.3.7.1 Métodos mecánicos 8
4.3.7.2. Agua caliente 9
4.3.8. Eliminación de la piel 9
4.3.9. Corte en láminas o en forma de cubos 9
4.3. 10. Escaldado 10
4.3.10.1. Escaldado con vapor 10
4.3.10.2. Pérdida de nutrientes durante el escaldado 10
5. Estudio de mercado 11
6. Rentabilidad del proyecto 13
7. Ubicación de la planta 16
7. 1. Clima 16
7.2. Vías de comunicación 17
7.3. Carreteras 17
7.4. Vías férreas 17
7. S. Aeropuertos 18
7.6. Telefonía 18
8. Teoría de secado de sólidos 19
8. 1. Secado 19
8.2. Teoría general 19
8.2.1 Curvas de velocidad de secado 19
8.2.1.1. Conversión de los datos a curvas de velocidad
de secado 19
8.2.1.2. Gráfica de la curva de velocidad de secado 20
8.2.1.2. 1. Período inicial 20
8.2.1.2.2. Período de secado constante 20
8.2.1.2.3. Periodo de secado decreciente 21
8.2.2. Equipo de secado 21

8.2.2.1 Secador de charolas 21
8.2.2.2. Secador de lecho fluidizado 22
8.3. Balances de materia 23
8.3. 1. Balances de materia para el secador de charolas 23
8.3.2. Balances de materia para el secador
de lecho fluidizado 23
8.4. Balances de energía 24
8.4. 1. Balances de energía para el secador de charolas
y secador de lecho fluidizado 24
9. 1. Propiedades de (os vegetales y hortalizas 25
9. 1. 1. Propiedades físicas de los vegetales 26
9.2. Operaciones preliminares 26
9.2. 1. Secador de charolas 27
9.2.2. Secador de techo fluidizado 27
9.3. Metodología experimental 27
9.3. 1. Secador de charolas 27
9.3.2. Lecho fluidizado 27
9.3.3. Rehidratación 28
10. Resultados
10. 1. Secador de charolas 28
10. 1. 1. Balance de materia y energía 28
10.2. Secador de lecho fluidizado 32
10. 2. 1. Balances de materia y energía 32
10.3. Rehidratación 35
11. Cálculos de los balances de materia y energía 36
11. 1. Balances de materia para el secador de lecho fluidizado 36
11.2. Balances de masa en el secador de charolas 38
11. 3. Balance de energía en el secador de charolas y lecho fluidizado 43
12. Producción anual de sopas deshidratadas 45
13. Diagrama de la planta 46
13.1. Diseño del proceso 46
13.2. Diseño del los equipos
13.2.1. Diseño de charolas 50
13.2.2. Diseño del secador de charolas 52
13.3. Diseño de la bomba utilizada en el proceso 53
13.4. Diseño de la caldera 54
13.5. Diseño de los tanques de escaldado 55
13.6. Diseño de bandas transportadoras 56

Observaciones y conclusiones 61

Nomenclatura 62

Bibliografía 63

Apéndices

A. Curvas características del secador de charolas 65
A. 1.curvas de velocidad de secado en función del tiempo 65
A.2.curvas de velocidad de secado en función de
la humedad en base seca 67

A.3. Tablas de la temperatura de sólido en el
secador de charolas 70
A.4. Curvas de T vs X 75
8. Curvas características del secador de techo fluidizado
B. 1.Curvas de velocidad de secado en función del tiempo 77
B.2. Curvas de velocidad de secado en función de la
humedad en base seca 79
B.3.Tablas de la temperatura del sólido en el techo fluidizado 80
B.4. Curva de T vs X 83
C. Balance económico
C. l. Depreciación del equipo utilizado en la planta 85
C.2. Costos de depreciación del mobiliario 86
C.3. Gastos indirectos de fabricación 87
C.4. Costos de producción 87
C.S. Salarios 88
C.6. Tasa interna de retorno 89
C.7. Distribución del capital 90
D. Pérdida de vitaminas y minerales
D. 1.pérdida de vitaminas y minerales en tos alimentos procesados 92
D.2. La manipulación previa a los procesos 92
D.3. Interacción con sustancias químicas utilizadas
en tos tratamientos tecnológicos 92
D.4. Reacciones degradativas 93
D.5. Procesos tecnológicos 93
D. 5. 1. Vitaminas hidrosolubtes 93
D.5.2. Vitaminas tiposolubtes 95
D.5.3. Minerales 95
D.6. Pérdida de vitaminas durante el almacenamiento 96
D.7. Adición de nutrientes a tos alimentos 96
E. Seguridad en la planta
E. l. Hojas de seguridad 98
E. 1. 1. Agua 98
E. 1 -2. Bisulfito de sodio 99
E. 1 .3. Gas licuado del petróleo 101
E.2. Reglas de seguridad establecidas para empleados 104
E-3. Condiciones de seguridad para el manejo de calderas 104
E.4. Programa específico de seguridad para la operación
y mantenimiento de la maquinaria y equipo 104

PLANTA DESHIDRATADORA DE VEGETALES Y HORTALIZAS UAM Iztapalapa 1

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 Estudio de mercado (nacional)
Ø Obtención de datos experimentales necesarios para el diseño
Ø Experimentación
Ø Balances de materia y energía
Ø Análisis económico y rentabilidad de proceso
Ø Proyección económica a 10 años
Ø Ubicación de la Planta
Ø Layout de la planta
Ø 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.


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.


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).


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


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
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Ø Se utiliza velocidades de flujo del aire grandes para
DESHIDRATADORASDE las fases iniciales.
AIRE CALIENTE 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
DESHIDRATADORAS el producto en forma granular y el alimentado por la
IMPELENTES 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
DESHIDRATADORA dirección paralela a los ejes motores y por la moción
DE ARTESA 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
ARMARIOS O mover el aire, de deflectores para ajustar el flujo
CAMARAS del aire.
DESHIDRATADORAS 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
DESHIDRATADORAS zonas, cuyas condiciones de temperatura y humedad
DE son debidamente controladas.
CINTA 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
DESHIDRATADORA calentamiento se emplea un flujo convencional
DE DESVÁN 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


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 HORTALIZA
Presencia de cubierta protectora natural Sí
Características fisiológicas:


Ø Tipo y duración de la respiración Aeróbica durante todo el almacenamiento

Ø Calor generado Moderado a sustancial

Ø Daño por alteraciones del Daño por frío en algunas
metabolismo durante la
refrigeración.
Tendencia de la calidad tras recolección o Las hortalizas inician su alteración
producción inmediatamente tras la recolección
Causas habituales de alteración 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.


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.


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.

CONCENTRACIÓN TEMPERATURA TIEMPO
HORTALIZAS
(%) (°C) (min)
Zanahorias 5 95 1-3
Papas 8-18 60 2-7
Cebollas 20 80 1-2
Jitomates 16 90 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.


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) 4 a 10

Calabaza 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


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


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


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.


n Rj
VPN = ∑ − Io (2)
j =1 (1 + i ) j

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


Costos Directos de Producción = Costo de materias primas + costo por (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 Ingresos por TREMA TIR Inversión total
prima ventas

249,516 533,333 480,000 23.05% 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.


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 VERDURA /
PRODUCTOR 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.


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


• México D.F. -- Querétaro -- Guadalajara -- Manzanillo -- Mexicali
• México D.F. -- Querétaro -- Ciudad Juárez
• México D.F. -- Querétaro -- Nuevo Laredo
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.


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,

m − mss kg totales agua
Xt = (23)
mss kg solido sec o

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


ciertos valores de t. Se calcula entonces, la velocidad N para cada punto con la
expresión

mss  dX 
N= −  (24)
A  dt 

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


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.


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.


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 (25)
A dt

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 ) (27)
A  dt 

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.


Figura 10. Control de volumen en la que se realiza el balance

Realizando el balance de materia:

1 dmw
= G2Y2 − G1Y1 (29)
A dt

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 
−  = G (Y2 − Y1 ) (31)
A  dt 

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 
−
A  dt 
(
 λ + mss Cpss + X Cpw( l )
dT
dt
+Q ) (32)

Sustituyendo la ecuación (31) en (32) se tiene la siguiente expresión:


(
G (Cpas + Y1'Cp w( v ) ) (T1 − T2 ) = G (Y2 − Y1 ) λ + mss Cpss + X Cpw( l ) ) dT + Q
dt
(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.
AJO CALABAZA CEBOLLA CHÍCHARO MAÍZ PAPA JITOMATE ZANAHORIA
Nombre
Familia Allium Cucúrbita Alliun Pisum Zea Solanum Lycopersic Daucus
sativum Pepo cepa sativum mays tuberosu um carota
Especie m esculentu
m
Agua 63.7 93 89 77.7 12.3 75 94 88
Celulosa 1.2 0.9 0.7 2.1 0.9
Cenizas 0.2 0.4 0.4 6.9 3.4 0.6
Grasas 0.3 0.4 0.2 0.3 3 0.1 0.4 0.3
Hemicelulosa 0.6
Hidratos de 28.6 4.8 4.8 10.5 70.7 17.5 9
carbono
Proteínas 6 0.8 1.2 4.5 8.5 1.5 1 1.2
Vitaminas
A 0.0001 1.740 UI 50 UI 10 UI 750 UI 1.250 UI 10.000 UI
0.0001 0.053 mg 0.06 mg 0.10 mg 182 0.5 mg 0.06 mg 0.0001
B1
microg
0.0001 0.077 mg 0.03 mg 0.70 mg 71 1 mg 0.8 mg 0.00005
B2
microg
B6 0.25 mg 0.2 mg
C 0.017 1.5 mg 14mg 2 mg 10 mg 20 mg 0.0094
E 0.10 mg 0.1 mg
K 500 UI 0.5 mg
0.540 mg 0.15 mg 0.15 mg 550 0.6 mg 0.0004
PP
microg

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.


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.

m ρempacada ρaparente Cp Dp
VEGETAL φ
[kg] [kg/m3] [kg/m3] [J/kg°C] [m]
Ajo 0.01280 640.00 914.29 3305 2.39x10-2 0.81
calabaza 0.05223 580.33 970.82 3550 1.54x10-2 0.81
Cebolla 0.07341 587.28 857.59 3765 0.62x10-2 0.93
chícharo 0.04862 540.22 1041.11 3765 1.54x10-2 1
Jitomate 0.06492 811.50 932.76 14.16x10-2 1
Maíz 0.02353 580.33 986 3305 0.98x10-2 0.81
Papa 0.05796 644.00 1038.71 3300 1.12x10-2 0.81
Zanahoria 0.04898 544.22 999.59 3765 0.9x10-2 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 Manual Rodajas
Cebolla Manual Rodajas
Calabaza ü Manual Cubos
Chícharo Manual
Maíz Manual Manual
Con
bisulfito
Papa ü Manual Cubos
de sodio
(1%) 5 min.
Zanahoria ü Manual Cubos

Tabla 10. Operaciones preliminares a las que fue sometida cada verdura u hortaliza.


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


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


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
Zanahoria 8100 60.474 30.1 0.1002 10.67950 0.2847 10.9642

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
Zanahoria 61.00 51.79 0.0176 0.017780 1.2556 264.3155 95.91

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.


C ur v a de Se c a do

60

50

40
T[°C]

30

20

10

0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

t [seg]

A jo C a l a b a za C ebo lla C hí c haro J it o m at e
M aí z P apa P a p ac / a n t i o x Z a naho r ia

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

S op a

7

6

5
X (grw/grss)

4

3

2
1

0

0 50 100 150 200 250 300 35 0
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


tiempo la humedad del sólido es menor, por lo tanto, el aire ya no encuentra casi agua
para llevarse.

Humedad del Aire

0.03
0.03
Y[kg agua/ kg a.seco]

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 Chí charo Jit o mat e
M aí z Papa Papa c/ antiox Zanahoria

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
7 .0
50
6 .0
X [k g w /k g s s ]

5 .0 40
t [° C ]

4 .0 30
3 .0
20
2 .0
10
1 .0

0 .0 0
3.5
0.0

0.5

1.0

1.3

2.0

3.0

4.2

5.0

5.5

6.2

7.0

600

1200

1800

3000

4800

7150

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.


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

3 .0 E -0 4

2 .5 E -0 4
N [kg w/s eg m2 ]

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

Grafica
Gráfica 8. Velocidad de secado (flux)

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


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.

C u r v a e e c a d o
d S

8

7

6
k w k s]

5
X[ g / ga

4

3

2

1

0
0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0

t[ s e g ]

ma í z p a p a z a n a h o r i ac h í c h a r o

Gráfica 9. Curvas de secado en el lecho fluidizado.


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
0 .0 0 3 5
0 .0 0 3 0
Y2 [kg w/kg as]

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.

Za n a h or i a

0 .0 0 4 0 70
0 .0 0 3 5 60
0 .0 0 3 0
50
X [kg w/kg ss]

0 .0 0 2 5
40
T [°C]

0 .0 0 2 0
30
0 .0 0 1 5
20
0 .0 0 1 0
0 .0 0 0 5 10

0 .0 0 0 0 0
0 600 1200 2400 3600 5400

t [se g]
Y2 T

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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