Pi_monrroy_ivan Doc.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE JULIACA VICEPRESIDENCIA DE INVESTIGACIÓN

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

CINÉTICA DE SECADO Y DIFUSIVIDAD TÉRMICA DE CACAO VARIEDAD FORASTERITO (THEOBROMA CACAO) EN DOS TIPOS DE SECADORES TÚNEL Y SOLAR Tipo de Investigación aplicada Propiedades físicas y micro estructurales de los alimentos Plan de tesis para optar el grado de Ingeniero en Industrias Alimentarias

Presentado por: Ivan Mardoqueo Monrroy Lopez

Asesor: Dr.

Juliaca-Perú 2018

I.

INDICE RESUMEN .......................................................................................... 3

II.

CUERPO DE PLAN DE TESIS ........................................................ 3

2.1 Planteamiento del problema científico ......................................................... 3 2.2 Revisión de la literatura científica ................................................................ 4 2.2.1 Cacao ................................................................................................... 4 2.2.2 Secado ................................................................................................. 5 Secadores Solares ........................................................................................ 5 2.2.3 Difusividad de transferencia de masa ................................................... 6 2.2.4 Cinética de secado ............................................................................... 6 2.2.5 Modelo matemático .............................................................................. 6 2.3 Hipótesis de investigación científica ............................................................ 6 Hipótesis General .......................................................................................... 6 Hipótesis especificas ..................................................................................... 7 2.4 Objetivos de la investigación científica .................................................... 7 Objetivo general ............................................................................................ 7 Objetivos específicos..................................................................................... 7 2.5 Materiales y métodos .............................................................................. 7 2.5.1 Materiales ............................................................................................. 7 2.5.2 Métodos ............................................................................................... 8 Velocidad flujo de aire ................................................................................... 8 Humedad en equilibrio.................................... Error! Bookmark not defined. Velocidad de secado ..................................................................................... 9 La difusividad de transferencia de masa ....................................................... 9 Modelos matemáticos.................................................................................... 9 2.5.1 Ámbito de estudio ................................................................................10 2.5.2 Población y muestra ............................................................................10 2.5.3 Obtención de la información ................................................................10 2.5.4 Análisis de la información ....................................................................10 2.6 Utilidad de los resultados........................................................................11 III.

CRONOGRAMA .............................................................................11

IV.

PRESUPUESTO .............................................................................14

V.

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA .....................................................15

VI.

ANEXOS .........................................................................................17

I.

RESUMEN La investigación se orientará a determinar los parámetros para los

secadores solares como son cinética de secado con la metodología de perdida de humedad con respecto a la humedad en equilibrio además con la relación de la velocidad de secado , difusividad efectiva mediante formula basada en la segunda ley de Fick y el modelamiento adecuado para la cinética de secado comprobando en diferentes ecuaciones ya desarrolladas y ajustar a la curva de secado teniendo en cuenta el lugar de estudio será en el distrito de San Gabán, provincia de Macusani, departamento de Puno. Las materias primas serán adquiridas de la Cooperativa agroindustrial San Gabán. Los métodos a emplear serán experimentales en campo los cuales serán en la misma Cooperativa Agroindustrial

San

Gabán,

estos

resultados

nos

permitirán

conocer

adecuadamente como es el comportamiento de los secadores de acuerdo a la temperatura esto facilitara predecir en cuanto tiempo podemos tener un producto bajo en contenido de humedad y así poder hacer de una maquina eficiente además poder servir como parámetros para el diseño y fabricación de secadores y posteriores trabajos de investigación. II.

CUERPO DE PLAN DE TESIS

2.1 Planteamiento del problema científico El Cacao (Theobroma Cacao) pertenece a la familia Malvaceae, subfamilia Sterculioideae, y comprende 22 especies en seis secciones. Todas las especies crecen en los bosques tropicales lluviosos y su distribución natural se extiende desde la cuenca del Amazonas por el sur hasta la región meridional de México. Su centro de diversidad se encuentra en la región amazónica en lo que hoy es Brasil, Perú, Ecuador, Venezuela y Colombia (Caballero Cava, 2015). En la actualidad este fruto tropical viene con gran producción en algunas regiones del país tal es como en Puno, su producción viene desarrollándose en las provincias de Carabaya y Sandia. (Rosero, 2013) Indica que el grano de cacao requiere cumplir con una cadena de procesos muy particulares antes de convertirse en la materia prima básica para la elaboración del chocolate. Las etapas fundamentales de este proceso son: beneficiado del cacao, tostado, molido, prensado y conchado. En el procesamiento del cacao existen dos etapas críticas, que son el secado y la fermentación, procesos que ocasionan que las paredes celulares se destruyan, permitiendo que los contenidos de la semilla queden expuestos a otros constituyentes químicos que afectan sus propiedades organolépticas (Kim, 1984).

(Averrhoa, Londoño, Ossa, Perdomo, & Herrera, 2011) La aplicación del método de secado, brinda varias ventajas como ahorro por costos de transporte y almacenamiento, debido a que se reduce notablemente el peso y volumen del producto húmedo y posibilita la adquisición y el consumo del fruto en cualquier época del año. Por esta razón, este método se convierte en una alternativa de solución para minimizar las pérdidas poscosecha. El secado del cacao es el proceso mediante el cual las almendras terminan de perder el exceso de humedad pasando de un 55% a un 6-8 %, completando así los cambios en el sabor, aroma y color (Alean Valle, 2011). El proceso de secado es fundamental para obtener un producto de alto valor además es necesario para el desarrollo de otros productos, es importante durante el proceso de obtención de cacao. 2.2 Revisión de la literatura científica 2.2.1 Cacao El uso de las semillas de cacao se remonta a los Mayas y Aztecas, ellos las utilizaban como moneda para el comercio y para producir una bebida llamada “Chocolatl”, elaborada entre otros ingredientes por semillas de cacao tostado y molido, se cultiva principalmente en África del Oeste, América Central, Sudamérica y Asia, de los cuales, ocho son los principales países productores: Costa de Marfil, Ghana, Indonesia, Nigeria, Camerún, Brasil, Ecuador y Malasia (Morales, Garcia, & Mendez, 2012). El Cacao (Theobroma Cacao) pertenece a la familia Malvaceae, subfamilia Sterculioideae, y comprende 22 especies en seis secciones. Todas las especies crecen en los bosques tropicales lluviosos (Caballero, 2015). El crecimiento de la producción del cacao se ha convertido en algunas localidades de Perú en una importante fuente de ingresos de los productores, los territorios de clima tropical, desde San Martín hasta Puno, son ideales para el cultivo de cacao (Barrientos, 2015).

La calidad del cacao para el mercado mundial, depende del manejo del material genético, tipos de semillas a ser empleadas por parte de los agricultores cacaoteros y del tostado del cacao en las fábricas (Teneda, 2016 ). El cacao es uno de los productos que demanda el mercado agrícola internacional; algunas compañías han invertido desde sus inicios en investigación y desarrollo, con el fin de obtener nuevos productos, algunos factores incrementan los costos en los productos derivados del cacao (Tinoco, 2010). El cacao fino de aroma es considerado un complejo nacional cuya calidad se basa en tres aspectos físico (tamaño, peso, color de su pepa, etc.) Químico (Grasas, proteínas,

carbohidratos, etc.) Organolépticos (Sabor y aroma), de estos, el más importante es el tercero (SIPAE, 2016). 2.2.2 Secado El proceso de secado tiene como principal objetivo eliminar el exceso de agua presente en los alimentos que alteran su estabilidad, sin embargo, este proceso causa efectos signicativos en la calidad en general el secado produce cambios en el color, la microbiología y en el contenido de aceites esenciales (Garcia, 2014). Luego de la cosecha y la fermentación viene el proceso de secado, una etapa complementaria a la fermentación, cuya correcta práctica permite al cacao continuar desarrollando los precursores del sabor y el aroma (ANECACAO, 2016). Durante el periodo de secado decreciente, la velocidad de secado depende de las condiciones de humedad interna y de las propiedades de transporte del agua en el seno del material o bien a través de la capa periférica (Chavez & Mendoza, 2016). proceso de transferencia simultanea de calor y masa (Mendoza, 2016). Secadores Solares Existe una gran diversidad de sistemas e instalaciones que usan la energía solar térmica para la conservación de productos agrícolas y específicamente de frutas tropicales y uno de los mayores retos de estas tecnologías es su diseño (Iglesias, 2007). En el Perú, precisamente en las zonas alto andinas, existe desde tiempos remotos, tradiciones ancestrales relacionadas al uso de energía solar para el secado de diversos productos agrícolas (Sivipaucar, 2010). El secador solar, al hacer uso de la luz del sol y de las corrientes de aire caliente naturales, permite llevar a cabo el proceso de una manera eficiente e higiénica, si se lleva a cabo mediante la exposición directa al sol en un dispositivo sellado herméticamente (Romero, 2016). El tipo de secaderos consiste en un largo túnel aislad. Las bandejas cargadas de material húmedo se colocan en carretillas que entran en el túnel, las carretillas viajan a lo largo del túnel y salen por el otro lado del extremo, el aire caliente también fluye a través del túnel pasando por las bandejas del alimento (Brennan, 2006). Otros tipos de secadores como colector solar para calentar el aire, que entonces proporcionan el calor al alimento por convección (Brennan, 2006).

2.2.3 Difusividad de transferencia de masa El tercer proceso fundamental de transferencia, esto es, la transferencia de masa, interviene en la destilación, absorción, secado, extracción líquidolíquido adsorción y procesos de membrana (Geankoplis, 1998). La difusión molecular es un proceso de transporte que se efectúa con parámetros de distancia para tiempos determinados, siendo estos tiempos extensos para difusiones naturales cuando se dan tanto en fases sólidas y fases liquidas, pero cortos cuando se presentan en fases gaseosas por ser estas solubles entre ellas, fenómenos que son descritos por la primera Ley de Fick de difusión de masa y la segunda Ley de Fick de difusión de masa (Fabregas, 2015). A partir de modelos matemáticos de secado de frutas surgen naturalmente parámetros que influyen en el proceso, tales como el coeficiente externo dela difusividad de transferencia de masa (Ferreira & Costa, 2010). La difusividad es definida a través de la primera ley de Fick como la relación del flujo másico al gradiente de concentración (Santamaria, 2006). 2.2.4 Cinética de secado El modelado del secado considerando la deformación del material, nos ayuda a comprender mejor un proceso de secado, mejorar las condiciones de operación con el fin de tener una mejor eficiencia energética y en el diseño de nuevos equipos de secado (Torres, 2014). El modelo experimental permite obtener mediante correlación de los datos experimentales los parámetros requeridos en el modelo teórico y las curvas de secado para validarlo (Villa, 2008). 2.2.5 Modelo matemático Existen en la actualidad gran variedad de modelos matemáticos empíricos, semiempíricos y teóricos, para el secado de alimentos, entre los que se encuentran los modelos de: Newton, Page, Page modificado, Henderson y Pabis, Henderson y Pabis modificado, Logarítmico, De dos términos, De dos términos exponencial, el de Wang y Singh Thompson, el Difusión aproximal y otros (Salcedo & Mercado, 2014). 2.3 Hipótesis de investigación científica Hipótesis General Las condiciones óptimas de secado de Cacao (temperatura máxima, velocidad flujo de aire y tiempo de secado) durante el deshidratado y coeficiente de transferencia de masa en dos tipos de secadores tipo túnel y colector solar en San Juan del Oro son los adecuados.

Hipótesis especificas La cinética de secado del cacao (Theobroma Cacao) del colector solar presenta mejores condiciones. La difusividad de transferencia de masa en el cacao (Theobroma Cacao) del colector solar es mayor. Determinar el modelo matemático adecuado para la cinética de secado de cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar. 2.4 Objetivos de la investigación científica Objetivo general Determinar las condiciones óptimas de secado de Cacao (temperatura máxima, velocidad flujo de aire y tiempo de secado) durante el deshidratado y coeficiente de transferencia de masa en dos tipos de secadores tipo túnel y colector solar en San Juan del Oro. Objetivos específicos Determinar la cinética de secado en el cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar Determinar el coeficiente de transferencia de masa en el cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar. Determinar el modelo matemático adecuado para la cinética de secado de cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar. 2.5 Materiales y métodos 2.5.1 Materiales  Termómetro tipo sensor  Anemómetro  Cronometro  Balanza digital  Psicómetro  Computadoras  Cuadernos  Lapiceros  Hojas para apuntes  Cacao Forasterito  Secador solar  Secador tipo túnel

2.5.2 Métodos Velocidad flujo de aire La velocidad e flujo de aire será determinado con la ayuda de un anemómetro que será adquirido como pedido desde la ciudad de lima. Curva de secado En la realización de la curva de secado se utilizarán las mismas fórmulas tanto para el banano deshidratado osmóticamente y no deshidratado. Para crear las condiciones de secado constante es útil transformar los valores obtenidos en los experimentos a datos de humedad en base seca de acuerdo a la siguiente fórmula:

Xt =

W - WS WS

Donde: Xt = Humedad en base seca (g H2O / g sólido seco. W = Peso del sólido húmedo en gramos totales de agua más sólido seco. WS = Peso del sólido seco en gramos.

A continuación se estableció el valor de la humedad en equilibrio (X*), con la ayuda de la tabla psicrométrica en g H2O/ g sólido seco. Luego se calculó el contenido de humedad libre X en g de agua libre/ g de sólido seco para cada valor de Xt, a través de la siguiente expresión:

X  Xt  X * Al remplazar los valores calculados, se diseña la gráfica del contenido de humedad libre X en función del tiempo en horas. Para el diseño de la curva de secado se utiliza la siguiente fórmula.

R

WS  X    A  t 

Donde R = Velocidad de secado (kg de H2O/h m2) WS = Kilogramos de sólido seco. A = Área superficial expuesta al secado (m2) se la utiliza para calcular la velocidad de secado Rc, para cada punto expresada kg H2O/ m2h.

A continuación se conseguirán resultados que serán representados gráficamente como el contenido de humedad libre en función del tiempo en horas y la velocidad de secado versus humedad libre. Velocidad de secado Se define la velocidad de secado como la pérdida de humedad del sólido húmedo por unidad de tiempo, y más exactamente por el cociente diferencial (dX/dθ) operando en condiciones constantes de secado, es decir con aire a las condiciones de temperatura, presión, humedad y velocidad constantes en el tiempo.

Analíticamente, la velocidad de secado se refiere por unidad de área de superficie de secado, de acuerdo con la ecuación:

𝑆

𝑑𝑋

𝑊 = 𝐴 (− 𝑑𝜃 ) Donde: S = peso del sólido seco; A =área de la superficie expuesta; W =velocidad de secado; −

𝑑𝑋 = 𝑑𝜃

diferencia de humedad respecto del tiempo.

La difusividad de transferencia de masa 𝜕𝑐𝐴 𝜕 2 𝑐𝐴 𝜕 2 𝑐𝐴 𝜕 2 𝑐𝐴 = + + 𝜕𝑡 𝜕𝑥 2 𝜕𝑦 2 𝜕𝑧 2 𝐸=

ℎ𝑡 − ℎ𝑒 𝐷∗𝑡 = 𝑓( 2 ) ℎ0 − ℎ𝑒 𝑎

∝

8 1 𝐷𝐿 𝑡 𝐸= 2∑ 𝑒𝑥𝑝 [−(2𝑛 − 1)2 ∗ 𝜋 2 ∗ ( 2 )] 2 𝜋 2𝑛 − 1 𝐿 𝑛=1

Modelos matemáticos  Newton –Lewis 𝑀𝑅 = 𝑒 (−𝑘1 (𝑡))  Hederson-Pabis 𝑀𝑅 = 𝑛1∗ 𝑒 (−𝑘2 (𝑡))  Page 𝑀𝑅 = 𝑒 (−𝑘3 (𝑡

𝑛2 ))

 Moditied Page 𝑀𝑅 = 𝑒 (−(𝑘4∗𝑡)

𝑛3 )

 Wang-Singh 𝑀𝑅 = 𝑘5 + 𝑡 2 + 𝑛4 ∗ 𝑡 + 1  Raíz del tiempo 𝑀𝑅 = 𝑛5 + 𝑘𝑏 ∗ √𝑡  Raíz de MR 𝑀𝑅 = (𝑛6 + 𝑘7 ∗ 𝑡)2  Exponencial 𝑀𝑅 = 𝑒 (𝑛7 +𝑘8 ∗𝑡) Donde MR es la razón de humedad; t es el tiempo de secado (horas) k, a, b, c, g,h y n son constantes derivadas del ajuste al modelo. 2.5.1 Ámbito de estudio El lugar de estudio de proyecto de investigación de la cinética de secado y difusividad térmica de cacao variedad forasterito (Theobroma cacao) en dos tipos de secadores túnel y solar, estará ubicada en el distrito de San Gabán, Provincia de Carabaya del departamento de Puno, con respectivas coordenadas. En la Cooperativa Agroindustrial San Gabán. Tabla 1 Coordenadas geográficas de CAI Coordenadas geográficos de CAI S.A. 610 msnm Grados Minutos Segundos 13º Latitud 26 00 S 70º Longitud 23 22 O Fuente: Wikipedia 2.5.2 Población y muestra Las muestras de cacao que se estudiaran con de variedad Forasterito que crecen en los valles de San Gabán que se encuentra a 610 msnm. Esta muestra se considera de vital importancia en el mercado de cacao, se tomarán muestras directamente recién cosechadas y recién fermentadas para realizar las pruebas de secado. 2.5.3 Obtención de la información Datos acerca de la cinética de secado y difusividad térmica son variables a determinar dentro de ellas se consideras las variables independientes y dependientes mediante la prueba de estos dos tipos de secadores, dentro de estos se observará la velocidad de flujo de aire, velocidad de secado 2.5.4 Análisis de la información Se realizará un análisis probabilístico aleatorio para determinar cinética de secado y difusividad térmica de cacao variedad forasterito (theobroma cacao) en dos tipos de secadores túnel y solar, estará ubicada en el distrito de San

Gabán. Los datos que se obtendrán para el análisis los cual nos permitirá comprobar la diferencia entre estos dos secadores así predecir cual es mejor para el secado de cacao en dicho distrito, utilizando paquete estadístico de SPSS STATISTICS. 2.6 Utilidad de los resultados Los resultados que se van a obtener servirán para comparar cuál de los secadores es el adecuado y más eficiente para el proceso de secado, además nos permitirá saber cuál de los modelos matemáticos es el adecuado para predecir el proceso de secado. III.

CRONOGRAMA

Tabla 2 Cronograma de actividades por meses Actividades Meses por objetivo Inicio Final 1 2 Objetivo

01/01/19

31/03/19

X

específico 1: Determinar cinética secado

la de

en

el

cacao.

X

-Actividad 1.1: Compra

de

materiales -Actividad 1.2: Recepción

X

de

cacao. -Actividad 1.3: Determinar

los

tamaños de los

X

granos de cacao -Actividad 1.4: Realizar pruebas

X

preliminares; Humedad, humedad relativa,

X

3

4

5

6 7 8 9 10

11

12

velocidad

de

secado

y

velocidad

de

X

transferencia de masa. -Actividad 1.5: Prueba definitiva -Actividad 1.6:

X

Procesamiento de

datos

en

programa estadístico. -Actividad 1.7:

X

Presentar informe de los resultados parciales.

x

Objetivo

01/04/19

30/04/19

específico 2: Determinar

la

difusividad

de

X

transferencia de masa

en

el

cacao - Actividad 2.1: Toma de datos de estudio.

X

- Actividad 2.2: Procesamiento de datos para su respectivo

X

calculo. - Actividad 2.3: Análisis

de

datos

en

programas

X

estadístico. - Actividad 2.4: Presentar

X

resultados parciales. Objetivo

30/04/19

31/05/19

específico 3: Determinar

el

modelo

X

matemático adecuado para la

cinética

secado

de de

X

cacao. - Actividad 3.1: Escoger

el

software

X

adecuado para los

modelos

matemáticos - Actividad 3.2: Desarrollar

la

aplicación

de

X

modelos matemáticos de acuerdo

X

a

nuestros resultados.

x

- Actividad 3.3: Presentar informe parcial. x  Redacción

31/05/19

31/12/19

de informe final.

X

 Corrección de informe

x

final.  Presentar

X

informe final.  Sustentaci ón

x

de

x

tesis.

X

 Redacción

X

de tesis en

x

artículo de

X

X

investigaci ón.

x

Fuente: Elaboración propia IV.

PRESUPUESTO

Tabla 3 Control de presupuesto por actividades Presupuesto por ID de Unidad de actividades rubro de medida gasto Actividad 1.1:

Costo Unitario

Cantidad

Costo total

kg

15

10

150

 Anemómetro

unidad

1500

1

1500

 Termómetro

unidad

1000

1

1000

1500

1500

1

1500

Millar

0.05

1000

25

 Lapiceros

Unidad

0.50

2

1

 Viáticos

Comida

5.00

360

1800

 Transporte

Pasaje

20.00

10

200

compra

de

materiales necesarios - Servicio:  Cacao

sensor  Balanza analítica  Hojas

Actividad 1.2:

Experimentos preliminares - Servicio:  Estadía

Días

15

120

1800

 Viáticos

Comida

5

360

1800

 Libros

……

…………

…….

……

 Copias

unidad

0.05

1000

25

- Equipos:

Actividad 1.3: Determinación

de

parámetros -Servicio: Ninguno Imprevistos

490.05

Total S/.

9801.00

Fuente: Elaboración propia Tabla 3 Consolidado de presupuesto total por rubro de gasto Detalle Porcentaje Equipo y bienes duraderos 25%

V.

Monto s/ 4001.00

Material e insumos

20%

150.00

Servicio tecnológico

30%

0.00

Pasaje y viáticos

10%

3800.00

Otros gastos

5%

1245.00

imprevistos

10%

490.05

Total

100%

9801.00

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

Alean Valle, J. D. (2011). Modelado Y Simulación Del Secado De Cacao Con Aire. Unmiversidad Nacional de Colombia. ANECACAO. (Diciembre de 2016). El beneficio de cacao: secado, trasnporte almacenamiento y evaluacion de calidad. Ecuador. Averrhoa, L., Londoño, C. H., Ossa, Z. K., Perdomo, L. R., & Herrera, W. (2011). Influencia Del Espesor Y La Temperatura En El Secado De Carambola (Averrhoa carambola L.) Claudia. Ingenierías & Amazonia, 4(2) Barrientos, P. (2015). La cadena de valor del cacao en peru y su oportunidad en el mercado mundial. Universidad de Medellin. volumen 18, No. 37, pp. 129-156.

Brennan, J. (2006). Food Processing Handbook. Weinheim, Alemania: ACRIBIA, S.A. Caballero, J. (2015). Diseño de una secadora de cacao para almecenaje con capacidad de 2 T/dia (Tesis de pregrado). Pontificia Universidad Catolica del Peru, Lima. Chavez, V., & Mendoza, V. (2016). Modelo matematico semi-empirico cinetica de secado de trigo (Triticum aestivum). Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa. Vol. 1, No. 2 89-94. Fabregas, J. (2015). Caracterizacion y modelado de la cinetica del secado en estado transitorio de la cascarilla de arroz autoctona de la region caribe (Tesis de maestria). Universidad Autonoma del Caribe, Barranquilla Ferreira, S., & Costa, A. (2010). Parámetros de transferencia de materia en el secado de frutas, sin necesidad de datos de disminucion de volumen. Información Tecnológica, Vol. 21(5), 87-98. Garcia, F. (2014). Evaluacion de los efectos del proceso de secado sobre la calidad de la Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) y la Hierbabuena (Mentha spicata)(tesis de maestria). Universidad Nacional de Colombia, Bogota. Geankoplis, C. (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias. Mexico D.F.: Continetal S.A. Kim, P. (1984). Content in Fermented and Unfermented cocoa beans. Journal of Food Science, 49, 1090–1092. Iglesias, R. (2007). Design, construction and evaluation of a solar dryer for Ataulfo mango. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas, vol. 8, núm. 8, noviembrediciembre. 1719-1732. Mendoza, S. (2016). Modelado de la cinetica de secado del afrecho de yuca (Manihot esculenta Crantz). Revista Mexicana de Ingeniería Química, Vol. 15, No. 3. 883891. Morales, J., Garcia, A., & Mendez, E. (2012). ¿Que sabe usted acerca de Cacao? Revista Mexicana de Ciencias Farmacéuticas, vol. 43, núm. 4, pp. 79-81. Romero, E. (2016). Evaluacion del desempeño de un secador solar directo sobre semillas de cacao (Theobroma cacao L.). Avances en investigacion agropecuaria, vol 20(1): 25-30. Rosero, P. P. (2013). Secado artificial de cacao . Estado del arte. Primer Congreso Salesiano de Ciencia, Tecnología E Innovación Para La Sociedad. Salcedo, J., & Mercado, J. (2014). Drying kinetics of cassava (Manihot esculenta Crantz) variety CORPOICA M-tai depending on the temperature and air velocity. Universidad Industrial de Santander Colombia. Bucaramanga: vol. 27, núm. 2, pp. 29-42. Santamaria, E. (2006). Estudio experimental del fenomeno de transferencia de masa en el proceso de secado artificial en estado transitorio. (Tesis de maestria). Fundacion Universidad del Norte, Barranquilla. SIPAE. (2016). Cacao y campesinos: Experiencias de produccion e investigacion . Guayaquil: ESPOL.

Sivipaucar, C. (2010). Calculo y construccion de un secador solar por conveccion natural para el secado de plantas medicinales . Centro de Desarrollo e Investigación en Termofluidos . Peru. Teneda, W. (2016 ). Mejoramiento del proceso de fermentacion del Cacao. Sevilla, España: Editorial Universidad Internacional de Andalucía. Tinoco, H. (2010). Analisis del proceso de deshidratacion de cacao para la disminucion del tiempo de secado. Revista EIA, Número 13, p. 53-63. Torres, S. (2014). Transporte de masa y calor en agroalimentos deformables durante el secado por conveccion. ReseachGate, pp 1-10. Villa, L. (2008). Estudio bidimensional de la transferencia de calor y masa en rebanadas de mango. (Tesis de maestria). Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico, Morelos, Mexico. http://epsem.upc.edu/assecadordesolids/castella/fonaments%20energia.html VI.

ANEXOS

PROBLEMA

OBJETIVO

HIPOTESIS

¿Cuáles son las condiciones óptimas de secado de cacao (temperatura máxima, velocidad flujo de aire y tiempo de secado) durante el deshidratado y coeficiente de transferencia de masa en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar en San Juan del Oro?

OBJETIVO GENERAL

HIPOTESIS GENERAL

Determinar las condiciones óptimas de secado de Cacao (temperatura máxima, velocidad flujo de aire y tiempo de secado) durante el deshidratado y coeficiente de transferencia de masa en dos tipos de secadores tipo túnel y colector solar en San Juan del Oro.

Las condiciones óptimas de secado de Cacao (temperatura máxima, velocidad flujo de aire y tiempo de secado) durante el deshidratado y coeficiente de transferencia de masa en dos tipos de secadores tipo túnel y colector solar en San Juan del Oro son los adecuados.

¿Cómo es la cinética de secado en el cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar?

Determinar la cinética de secado en el cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar.

La cinética de secado del cacao (Theobroma Cacao) del colector solar presenta mejores condiciones.

VARIABLES

INDICADORES

DIMENSIONES/ INSTRUMENTOS MARCO TEORICO VALORES ESCALARES

X I. -Tiempo de -Días secado (3,4 5).

-Dias

-Temperatura (35, 45 y 55).

-Tº

-Temperatura

Y D. -Velocidad de flujo del aire de -Velocidad secado

-m/s

METODO

-Secado natural del -Flujo de grano de cacao. aire forzado. -Termómetro tipo -El secado es un sensor. proceso de transferencia - Anemómetro simultanea de calor y masa. -Depende de las - Cronometro características del aire (temperatura, humedad relativa, velocidad de - Balanza digital

AMBITO

DISEÑO DE FUENTE DE INVESTIGACION INFORMACION

Universo: Puno

-(Simplice,2010) -(Ertekin y Yaldiz, 2004) -(Oti-Boateng y Axtell, 1998)

Se evaluara aplicando un diseño Población: experimental Valles de rotacional Sandia compuesto, con relación de tres UE: Cacao variables superficie de respuesta.

¿Cuánto será el coeficiente de transferencia de masa en el cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar?

Determinar la difusividad de transferencia de masa en el cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar.

La difusividad de transferencia de masa en el cacao (Theobroma Cacao) del colector solar es mayor.

-Humedad equilibrio.

en -Humedad

-%

-Velocidad secado.

de -Velocidad

-m/s

X Independientes

𝜕𝑐𝐴 𝜕 2 𝑐𝐴 𝜕 2 𝑐𝐴 𝜕 2 𝑐𝐴 = + + 𝜕𝑡 𝜕𝑥 2 𝜕𝑦 2 𝜕𝑧 2

- a= Longitud ℎ𝑡 − ℎ𝑒 𝐷∗𝑡 𝐸= = 𝑓( 2 ) característica. ℎ0 − ℎ𝑒 𝑎 - t= Tiempo de remoción del 𝐸 proceso. ∝ 1 - Lc= Espeso del = 8 ∑ 𝑒𝑥𝑝 [−(2𝑛 𝜋2 2𝑛 − 12 cuerpo, en 𝑛=1 dirección de la 𝐷𝐿 𝑡 − 1)2 ∗ 𝜋 2 ∗ ( 2 )] difusión. 𝐿 Y Dependientes he= Concentración o humedad del soluto en el medio, constante al tiempo. h0= Concentración inicial de humedad del soluto en el cuerpo. ht= Concentración de soluto en el cuerpo en un momento determinado. - E= Medida humedad del

-(g H2O/min*m2)

circulación) y del producto (composición y geometría).

Termómetro tipo -El movimiento de agua -Flujo de Universo: Se evaluara -(Torres,2012) sensor. en el sólido puede aire forzado. Puno aplicando un explicarse. diseño Población: experimental - Anemómetro Valles de rotacional Sandia compuesto, con - Balanza digital relación de tres UE: Cacao variables superficie de - Formula respuesta.

- Psicrómetro

Programa Software Excel.

soluto sin extraer del cuerpo. - D= Difusividad equivalente del proceso de transferencia.

¿Cuál será el modelo matemático adecuado para la cinética de secado (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar?

Determinar el modelo matemático adecuado para la cinética de secado de cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar.

El modelo Y Dependientes matemático - Curva de adecuado para la secado cinética de secado de cacao (Theobroma Cacao) en dos tipos de secadores solares tipo túnel y colector solar.

* Newton –Lewis 𝑀𝑅 = 𝑒 (−𝑘1(𝑡)) *Hederson-Pabis 𝑀𝑅 = 𝑛1∗ 𝑒 (−𝑘2(𝑡)) *Page 𝑀𝑅 = 𝑒 (−𝑘3(𝑡

𝑛2 ))

*Moditied Page 𝑀𝑅 = 𝑒 (−(𝑘4∗𝑡)

𝑛3 )

*Wang-Singh 𝑀𝑅 = 𝑘5 + 𝑡 2 + 𝑛4 ∗ 𝑡 + 1 *Raíz del tiempo 𝑀𝑅 = 𝑛5 + 𝑘𝑏 ∗ √𝑡 * Raíz de MR 𝑀𝑅 = (𝑛6 + 𝑘7 ∗ 𝑡)2 *Exponencial 𝑀𝑅 = 𝑒 (𝑛7 +𝑘8∗𝑡) Donde MR es la razón de humedad; t es el tiempo de secado (horas) k, a, b, c, g,h y n son constantes derivadas del ajuste al modelo.

-(m/s) respecto -El modelado es para al (Tº) Programa evaluar el efecto Software Excel. de los parámetros y optimizar el proceso de secado. -Los modelos se derivan generalmente de la ley de enfriamiento de Newton y la segunda ley de difusión de Fick,

De acuerdo a la condiciones de secado, se necesita comparar estas con diferentes ecuaciones ya planteadas, para predecir el tiempo, velocidad de secado y otras condiciones para optimizar el proceso de secado y así tener mejores productos de secado.

Universo: Puno

Se evaluara -(Erbay y Icier, 2010) aplicando un -(Kumar ,2012) diseño Población: experimental Valles de rotacional Sandia compuesto, con relación de tres UE: Cacao variables superficie de respuesta.