Cinetica De Secado

Cinética de Secado del Bagazo de Naranja en Función de la Temperatura con Aire Forzado. Gómez-Aldapa, C. A1*., Martínez-Flores, H. E2., González-Pérez, N. E3., López-Zúñiga, J3., Padilla-Alquicirez, D3., Tovar-Jiménez, X3., Castro-Rosas, J1., y Carrasco-Reyes, R4. 1 Centro de Investigaciones Químicas, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carr. Pachuca-Tulancingo, km. 4.5, Ciudad Universitaria, Pachuca, Hgo. C.P. 42076. 2 Escuela de Quimicofarmacobiología, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Tzintzuntzan No. 1973, Col. Matamoros, Morelia Michoacán, C. P. 58240. 3 Estudiante de la Licenciatura en Química en Alimentos, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carr. PachucaTulancingo, km. 4.5, Ciudad Universitaria, Pachuca, Hgo. C.P. 42076. 4 Unidad de Gestión de Servicios Tecnológicos, Dirección de Empresas Universitarias. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carr. Pachuca-Tulancingo, km. 4.5, Ciudad Universitaria, Pachuca, Hgo. C.P. 42076. *dirección de contacto: [email protected] Resumen. Se determinó la cinética de secado (horno de secado con aire forzado) del bagazo de naranja a tres temperaturas (60, 70 y 80 °C) hasta alcanzar la humedad de equilibrio a las condiciones empleadas. Todas las cinéticas de secado se ajustaron a un modelo de tipo exponencial, observándose además el periodo de velocidad constante y el periodo de velocidad decreciente del proceso de secado. En el periodo de secado de velocidad constante los valores de la pendiente (velocidad de secado) fueron aumentando a medida que aumentó la temperatura del horno, obteniéndose la mayor velocidad a 80 °C (20.59 %humedad perdida/hora) y la menor a 60 °C (7.33 %humedad perdida/hora), lo cual concuerda con los datos reportados de las propiedades termodinámicas, en donde, a mayor temperatura mayor energía cinética de las moléculas del agua. Así mismo se observó que el tiempo necesario para llegar al periodo de secado de velocidad decreciente fue menor cuando la temperatura fue más alta. El porcentaje de humedad promedio que mantuvo el material al final de cada temperatura fue de 6.82%, 2.59% y 1.41% para 60, 70 y 80 °C, respectivamente. La energía de activación del periodo de velocidad constante fue: 50.6 KJ/mol. Abstract. The drying kinetic of of the remainders of the orange applying three temperatures 60, 70 and 80 °C was determined (drying with forced air) until reaching the equilibrium humidity. All the drying kinetic was adjusted to an exponential model. In addition it was observed the constant speed period and the decreasing speed period of the drying process. In the constant

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drying period, speed values of the slope increased with correspondence the temperature of the furnace. The greater dried speed was obtained to 80°C (20.59) and the lower dried speed to 60°C (7.33). These results are in agreement with the reports on the behavior of the thermodynamic properties. When the applied drying temperature is higher, then, the kinetic energy of water molecules is increased. Also, the time necessary to arrive at the drying period of decreasing speed, was low when the dried temperature increased. The percentage of average humidity in materials at the end of each temperature applied was 6,82%, 2,59% and 1,41% when temperature was for 60, 70 and 80 °C, respectively. The activation energy of the constant speed period was: 50.6 KJ/mol. Introducción. La transferencia de masa juega un papel muy importante en las operaciones unitarias del procesamiento de los alimentos, tales como el secado, extracción, destilación y absorción. En estas operaciones físicas, la resistencia a la transferencia de masa es usualmente el factor limitante, aunque la transferencia de calor y el flujo de fluidos podrían también intervenir. La dificultad para aplicar la teoría de transferencia de masa al procesamiento de los alimentos se deriva de la estructura física y la composición química tan complejas de estos mismos, los cuales pueden variar igual dentro del mismo alimento y pueden cambiar durante el procesamiento y transporte. Las dificultades son mas pronunciadas en alimentos sólidos debido a que los procesos de transporte son más complejos en sólidos que en líquidos. El proceso de transferencia de masa involucra la transferencia de diferentes componentes dentro de la misma fase y entre fases diferentes por difusión molecular y convección natural o forzada. La masa es trasferida por gradientes de concentración o de presión parcial en contraste con el transporte en general de masa por energía mecánica. La difusión en formas geométricas simples homogéneas puede ser cuantificada por la integración de la Ley de Fick de la difusión por series infinitas, sin embargo, los materiales biológicos no tienen una forma geométrica simple, regular y homogénea, lo cual hace la situación de cálculo compleja. En operaciones de transferencia de masa que involucran a gases y líquidos, la teoría esta bien desarrollada. El procesamiento de sólidos esta basado en el conocimiento empírico. La mayoría de los alimentos contienen componentes sólidos en diferentes formas y el análisis de transferencia de masa en estas circunstancias empieza a ser más complicado que en sistemas homogéneos simples. El diseño eficiente y la operación

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de los procesos de transferencia de masa requieren datos confiables sobre las propiedades de transferencia de los alimentos. Estas propiedades podrían ser determinadas experimentalmente para cada sistema alimenticio debido a que las predicciones matemáticas no son posibles aún. Las dificultades de la predicción y la determinación de las propiedades de transferencia de masa han sido reconocidas en la literatura (Saravacos, 1995). En el presente trabajo se estudio el efecto de la temperatura para determinar las propiedades de transferencia de masa y velocidad de secado en bagazo de naranja. Materiales y Métodos. Se emplearon naranjas valencia que se compraron en mercados de Pachuca, Hgo, estas se lavaron y posteriormente se les extrajo el jugo, el bagazo obtenido se corto en pedazos de aproximadamente un centímetro cuadrado con un espesor de 3 milímetros, los cuales se sometieron a un proceso de secado en una estufa de secado con aire forzado (Oven Series 9000 marca Thermolyne) a tres temperaturas diferentes (60, 70 y 80 ºC) en función del tiempo hasta obtener una humedad final donde no se observaran cambios, es decir hasta alcanzar la humedad de equilibrio a las condiciones de secado empleadas. Las muestras se pusieron en charolas de acero inoxidable dentro de la estufa a las diferentes temperaturas de prueba, determinándose el contenido de humedad a diferentes intervalos de tiempo empleándose el método No. 934.06 de la AOAC (1990). La humedad de las muestras se analizo a 110 ºC por una hora, determinándose la humedad como porcentaje de perdida de peso en las mismas. Todos los análisis estadísticos se realizaron empleando el software Statistica versión 6.0 para Windows (Statsoft, 2000). Resultados y Discusión En las Figuras 1 a la 3 se muestran las cinéticas de secado obtenidas a las tres diferentes temperaturas analizadas, en cada una de las graficas se observa que las cinéticas se ajustaron a un modelo de tipo exponencial, lo cual esta de acuerdo a lo reportado anteriormente para diferentes productos (Saravacos, 1995; Chrastil, 1989) Asimismo, se observó que las curvas obtenidas muestran dos zonas lineales de diferente pendiente, lo cual esta directamente relacionado con las dos etapas de secado generalmente observadas (Geankoplis, 1998), es decir se diferencian perfectamente los dos periodos principales de secado: de velocidad constante y velocidad decreciente.

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En el periodo de secado de velocidad constante se obtuvieron valores de la pendiente (la cual está relacionada directamente con la velocidad de secado) que fueron aumentando a medida que aumentó la temperatura del horno (Figuras 1 a la 3), obteniéndose la mayor velocidad a 80 °C (Figura 3) y la menor a 60 °C (Figura 1), lo cual esta de acuerdo con los datos reportados de las propiedades termodinámicas, es decir que a mayor temperatura mayor energía cinética de las moléculas del agua. Asimismo se observó que fue menor el tiempo necesario para llegar al periodo de secado de velocidad decreciente cuando se aplicó la temperatura más alta (Figura 3). 100 %H = 96.2692 * Exp (-0.3039X %H (Z1) = 69.7958 - 7.3289 * X %H (Z2) = 34.0587 - 3.3866 * X

90 80

% Humedad

70 60 50

Zona 1

40 30 20 10

Zona 2

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Tiempo (h) Figura 1. Cinética de secado del bagazo de naranja determinada a 60 °C.

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100 % H = 99.0027 * Exp (-0.5325 * X) % H (Z1) = 72.3358 - 13.3358 * X % H (Z2) = 20.1601 - 2.6362 * X

90 80

% Humedad

70 60

Zona 1

50 40 30 20 10

Zona 2

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Tiempo (h) Figura 2. Cinética de secado del bagazo de naranja determinada a 70 °C. 100 % H = 76.9829 * Exp (-0.791*X) % H (Z1) = 64.2121 - 20.5966 * X % H (Z2) = 4.1241 - 0.4599 * X

90 80

% Humedad

70 60 50 40

Zona 1

30 20 10

Zona 2

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Tiempo (h) Figura 3. Cinética de secado del bagazo de naranja determinada a 80 °C.

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El porcentaje de humedad promedio en equilibrio que mantuvo el material al final de cada tratamiento de secado fue 6.82%, 2.59% y 1.41 % de humedad para las temperaturas de 60, 70 y 80 °C, respectivamente. Para determinar la energía de activación del periodo de secado de velocidad constante se empleo la ecuación de Arrhenius (Smith, 1977):

=

−

donde m es igual a la pendiente del periodo de secado de velocidad constante, A es el factor pre-exponencial, R la constante universal de los gases, T la temperatura absoluta y Ea la energía de activación del proceso de secado durante el periodo de velocidad constante de secado. De esta manera se obtuvo una energía de activación de 50.6 KJ/mol para el periodo de secado de velocidad constante. Bibliografía. AOAC, 1990. Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists. 15Th edition. Edited by Kenneth Helrich. Chrastil, J. 1987. Adsorption and diffusion properties of flours from different types of rice. J. Cereal Sci. 6: 61 – 68. Chrastil, J. 1988. Enzymic product formation curves with the normal or diffusion limited reaction mechanism and in the presence of substrate inhibitors. Int. J. Biochem. 683 – 693. Chrastil, J. 1989. Quantitation of water absorption, swelling, and drying of biological materials. Soaking of rice and soaking and drying of wood. J. Agric. Food Chem. 37: 965 – 968. Geankoplis, C. G. 1998. Procesos de transporte y operaciones unitarias. Compañía Editorial Continental, México, D. F. Saravacos, G. D. 1995. Mass transfer properties of food. In Engineering properties of food. 2nd ed. Rao, M. A. and Rizvi, S. S. H. (Ed), Marcel Dekker, USA. Smith, J. M. 1977. Ingeniería de la cinética química. Segunda edición. Compañía Editorial Continental. México D. F. Statsoft 2000. Statistica user´s guide, Statistica for windows. Version 6.0. Statsoft, Tulsa, OK. USA.

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