Seminario Secado[1]
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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA DEP. INGENIERIA DE ALIMENTOS Y PRODUCTOS AGROPECUARIOS SEMESTRE: 2008-I SEMINARIO DE SECADO 1. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de un producto alimenticio: contenido inicial de humedad = 89,7% (bh) Tiempo de secado (min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Peso neto (kg) 24,0 17,4 12,9 9,7 7,8 6,2 5,2 4,5 3,9 3,5
Construya la curva para la velocidad de secado en función al contenido de humedad libre y determine lo siguiente: a) Contenido de humedad crítico b) Velocidad de secado en el período constante c) La deshidratación fue conducida a velocidad de flujo del aire de 50 m/s a la temperatura de bulbo seco de 82°C y a la temperatura de bulbo húmedo de 43°C. El material húmedo tiene una densidad de 947 kg/m3 y fue secado en una capa de 2,5 cm de espesor. Si las mismas condiciones fueron usadas, pero el contenido de humedad inicial fue del 91% (bh) y se empleó una capa de 3,5 cm de espesor de material en las bandejas de secado ¿Cuánto tiempo tardará en secar este producto a un contenido de humedad final del 12% (bh)?
2. Los siguientes datos fueron obtenidos en el proceso de deshidratación de papa. La humedad inicial de la papa fue de 95%, área de secado de 0,382 m2, espesor 3,0 mm, temperatura de bulbo seco de 66°C y temperatura de bulbo húmedo de 42°C y el secado se realizó por una sola cara. En el secador de bandeja se obtuvieron los siguientes datos para la curva de secado. Tiempo(min) Peso (kg) 0 1,02 5 0,82 10 0,7 15 0,54 20 0,44 30 0,26 40 0,18 50 0,14 La ecuación siguiente define la isoterma de adsorción para la papa: aw = 0,1364 + 0,6883 aw x ( 1 − aw )
Con esta información se pide determinar: El tiempo total de secado (min).
3. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de yacón a 60°C y con una humedad inicial de 90%. El producto húmedo de densidad 940 kg/m3 y con un espesor de 3,0 mm se secó por ambas caras. Cuadro 1. Datos de pérdida de peso para el secado de yacón No. Tiempo Peso No. Tiempo Peso (min) (g) (min) (g) 1 2 3 4 5 6 7 8
0 10 20 30 40 50 60 70
206,88 180,50 154,13 127,75 101,37 75,00 53,11 44,76
9 10 11 12 13 14 15 16
80 90 100 110 120 130 140 150
38,59 33,85 30,11 27,09 24,59 22,50 22,50 22,50
Se pide: a) Completar el cuadro, trabajando con dos decimales b) La difusividad (indicar la unidad) c) Tiempo de secado total (min), para una humedad final de 13%
4. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de yacón a 60°C y con una humedad inicial de 90%. El producto húmedo de densidad 940 kg/m3 y con un espesor de 3 mm, se secó por ambas caras. Peso de equilibrio al final del secado fue de 113.9 g Se pide: a. Completar el cuadro, trabajando con dos decimales y las unidades de R b. Tiempo de total de secado (min)
Cuadro 1. Datos de pérdida de peso para el secado de yacón No. tiempo Peso X XL ∆t (min) (g) (g /g ms) (g/g ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 10 20 30 40 50 80 100 120 135 160 200
∆ XL
Prom XL
R ¿?
280,64 266,18 251,74 237,29 223,00 208,80 177,34 171,76 166,35 162,40 156,04 146,36
5. En una instalación de secado se ha de obtener un producto deshidratado, el producto ingresa al secador con una humedad libre de 0,45 kg agua/ kg ms. El área de secado es de 18,58 m2 y la cantidad de materia seca es de 399 kg. De acuerdo a la curva de secado, el periodo constante finaliza con una humedad critica libre de 0, 195 kg agua/ kg ms y el periodo decreciente empieza con los siguientes datos de humedad libre (kg agua/ kg ms) y velocidad de secado (kg agua/ kg ms h). Se pide determinar el tiempo total de secado por el método de la integración gráfica.
Cuadro 2. Curva de secado XL R (kg/kg ms) (kg agua/kg ms h) 0,195 0, 0730 0, 150 0, 0563 0, 100 0, 0419 0, 065 0, 0330 0, 050 0, 0172 0, 040 0, 0126
6. En una instalación de secado se ha de obtener un producto con una humedad de 10% (base húmeda) que entra en el secadero con una humedad del 70% (base húmeda). El material a secar de densidad de 800 kg/m3 (a la entrada el secador) se extiende sobre las bandejas secándose por una sola cara, y su espesor no ha de ser superior a 1,5 cm. Los ensayos previos efectuados en el laboratorio han conducido a los siguientes resultados: Humedad de equilibrio: 0,013 kg agua/kg de sólido seco Humedad crítica: 1,0 kg agua/kg de sólido seco Velocidad de secado en el período constante: 1,0 kg agua/m2h La velocidad de secado en el primer periodo decreciente varía linealmente con la humedad hasta que se reduce a 0,2 kg agua/kg de sólido seco, en cuyo instante la velocidad de secado es de 0,2 kg agua/m2h. Para el segundo periodo decreciente se han determinado los valores siguientes: Y (kg agua/kg sólido seco) 0,15 0,10 0,05
R (kg agua/m2h) 0,10 0,05 0,03
Se pide que calcule el tiempo de secado
7. Para determinar la factibilidad de secar cierto producto alimenticio se obtuvieron datos de secado con un secador de bandejas y flujo de aire sobre la superficie superior expuesta con un área de 0,186 m2, con un porcentaje de humedad inicial de 75%. Una muestra del mismo peso de la que entró al secador se empleó para determinar la humedad de equilibrio teniéndose al final un peso de 3,955 kg (agua+sólidos) y espesor de 3 mm. En el ensayo se obtuvieron los siguientes pesos de las muestras en función del tiempo (Cuadro 1) Cuadro 1: Datos del ensayo del secado del alimento Tiempo (h) 0 0,4 0,8 1,4 2,2 3,0 4,2 5,0 7,0 9,0 12,0 Peso (kg) 4,944 4,902 4,828 4,717 4,569 4,421 4,241 4,150 4,019 3,978 3,966 a. Calcúlese el contenido de humedad libre, para cada punto y graficar la curva de secado. b. Determinar el tiempo de secado total 8. Los siguientes datos fueron obtenidos del proceso de deshidratación de una variedad papa cuya humedad inicial fue de 90%, su espesor fue de 5 mm y una densidad de 930 kg/m3. Las condiciones del aire de secado fueron 65°C de temperatura de bulbo seco y 39°C de temperatura de bulbo húmedo. Cuadro 1: Datos experimentales del secado de papa Tiempo (min) 0 5 10 15 20 30 Peso (kg)
40
50
60
70
80
1,02 0,85 0,74 0,66 0,60 0,50 0,41 0,36 0,32 0,29 0,27
La siguiente ecuación define la isoterma de adsorción para la papa: aw = 0.161 + 0.6777 a w X ( 1− aw ) a. El tiempo total de secado (min) 9. En el secado de un alimento de humedad inicial de 90%, espesor de 3 mm, densidad de 930 kg/m3, peso de equilibrio de 22,5 kg, peso del alimento de 207 g y secado por ambas caras. Se obtuvieron los resultados finales de la curva de secado que se indica en el Cuadro 1, con esta información se pide determinar: Cuadro 1: Resultados finales de la curva de secado t prom XL prom R (min) (g/gms) (gagua/m2min) 5 8,36 17,72 15 7,09 17,72 25 5,82 17,72 35 4,54 17,72 45 3,27 17,72 55 2,63 11 65 1,37 5,72 95 0,55 2,51 115 0,25 1,67 a. Difusividad del alimento b. Tiempo total de secado c. Tiempo en el periodo decreciente por el método gráfico d. Tiempo en el periodo decreciente realizando un ajuste lineal
9.- Para secar kion se dispuso de una cantidad de este producto en una bandeja de 498 g. El área de la bandeja era de 760 cm2, la humedad del producto de 80% y su espesor de 0.315 cm. A continuación se detallan los pesos de bandeja y producto durante el secado: Tiempo
pesos 0 5 10 15 20 25 30
744 736 726 718 710 703 696
35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 100 105 110 115 120 125 130 140 150 160 170 180 190 200
688 679 671 664 655 648 638 627 618 614 611 608 604 602 600 598 596 594 593 592 591 590 589 588 587 587
Se pide el tiempo de secado constante y decreciente para un lote de kion de humedad inicial de 85%(bh) hasta una humedad de 45% base húmeda cuándo se dispuso a un espesor de 0.15 cm. Suponga que las densidades de este nuevo lote de kion y el del experimento anterior permanecen constantes.
Peso neto (kg) 24,0 17,4 12,9 9,7 7,8 6,2 5,2 4,5 3,9 3,5
Construya la curva para la velocidad de secado en función al contenido de humedad libre y determine lo siguiente: a) Contenido de humedad crítico b) Velocidad de secado en el período constante c) La deshidratación fue conducida a velocidad de flujo del aire de 50 m/s a la temperatura de bulbo seco de 82°C y a la temperatura de bulbo húmedo de 43°C. El material húmedo tiene una densidad de 947 kg/m3 y fue secado en una capa de 2,5 cm de espesor. Si las mismas condiciones fueron usadas, pero el contenido de humedad inicial fue del 91% (bh) y se empleó una capa de 3,5 cm de espesor de material en las bandejas de secado ¿Cuánto tiempo tardará en secar este producto a un contenido de humedad final del 12% (bh)?
2. Los siguientes datos fueron obtenidos en el proceso de deshidratación de papa. La humedad inicial de la papa fue de 95%, área de secado de 0,382 m2, espesor 3,0 mm, temperatura de bulbo seco de 66°C y temperatura de bulbo húmedo de 42°C y el secado se realizó por una sola cara. En el secador de bandeja se obtuvieron los siguientes datos para la curva de secado. Tiempo(min) Peso (kg) 0 1,02 5 0,82 10 0,7 15 0,54 20 0,44 30 0,26 40 0,18 50 0,14 La ecuación siguiente define la isoterma de adsorción para la papa: aw = 0,1364 + 0,6883 aw x ( 1 − aw )
Con esta información se pide determinar: El tiempo total de secado (min).
3. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de yacón a 60°C y con una humedad inicial de 90%. El producto húmedo de densidad 940 kg/m3 y con un espesor de 3,0 mm se secó por ambas caras. Cuadro 1. Datos de pérdida de peso para el secado de yacón No. Tiempo Peso No. Tiempo Peso (min) (g) (min) (g) 1 2 3 4 5 6 7 8
0 10 20 30 40 50 60 70
206,88 180,50 154,13 127,75 101,37 75,00 53,11 44,76
9 10 11 12 13 14 15 16
80 90 100 110 120 130 140 150
38,59 33,85 30,11 27,09 24,59 22,50 22,50 22,50
Se pide: a) Completar el cuadro, trabajando con dos decimales b) La difusividad (indicar la unidad) c) Tiempo de secado total (min), para una humedad final de 13%
4. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de yacón a 60°C y con una humedad inicial de 90%. El producto húmedo de densidad 940 kg/m3 y con un espesor de 3 mm, se secó por ambas caras. Peso de equilibrio al final del secado fue de 113.9 g Se pide: a. Completar el cuadro, trabajando con dos decimales y las unidades de R b. Tiempo de total de secado (min)
Cuadro 1. Datos de pérdida de peso para el secado de yacón No. tiempo Peso X XL ∆t (min) (g) (g /g ms) (g/g ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 10 20 30 40 50 80 100 120 135 160 200
∆ XL
Prom XL
R ¿?
280,64 266,18 251,74 237,29 223,00 208,80 177,34 171,76 166,35 162,40 156,04 146,36
5. En una instalación de secado se ha de obtener un producto deshidratado, el producto ingresa al secador con una humedad libre de 0,45 kg agua/ kg ms. El área de secado es de 18,58 m2 y la cantidad de materia seca es de 399 kg. De acuerdo a la curva de secado, el periodo constante finaliza con una humedad critica libre de 0, 195 kg agua/ kg ms y el periodo decreciente empieza con los siguientes datos de humedad libre (kg agua/ kg ms) y velocidad de secado (kg agua/ kg ms h). Se pide determinar el tiempo total de secado por el método de la integración gráfica.
Cuadro 2. Curva de secado XL R (kg/kg ms) (kg agua/kg ms h) 0,195 0, 0730 0, 150 0, 0563 0, 100 0, 0419 0, 065 0, 0330 0, 050 0, 0172 0, 040 0, 0126
6. En una instalación de secado se ha de obtener un producto con una humedad de 10% (base húmeda) que entra en el secadero con una humedad del 70% (base húmeda). El material a secar de densidad de 800 kg/m3 (a la entrada el secador) se extiende sobre las bandejas secándose por una sola cara, y su espesor no ha de ser superior a 1,5 cm. Los ensayos previos efectuados en el laboratorio han conducido a los siguientes resultados: Humedad de equilibrio: 0,013 kg agua/kg de sólido seco Humedad crítica: 1,0 kg agua/kg de sólido seco Velocidad de secado en el período constante: 1,0 kg agua/m2h La velocidad de secado en el primer periodo decreciente varía linealmente con la humedad hasta que se reduce a 0,2 kg agua/kg de sólido seco, en cuyo instante la velocidad de secado es de 0,2 kg agua/m2h. Para el segundo periodo decreciente se han determinado los valores siguientes: Y (kg agua/kg sólido seco) 0,15 0,10 0,05
R (kg agua/m2h) 0,10 0,05 0,03
Se pide que calcule el tiempo de secado
7. Para determinar la factibilidad de secar cierto producto alimenticio se obtuvieron datos de secado con un secador de bandejas y flujo de aire sobre la superficie superior expuesta con un área de 0,186 m2, con un porcentaje de humedad inicial de 75%. Una muestra del mismo peso de la que entró al secador se empleó para determinar la humedad de equilibrio teniéndose al final un peso de 3,955 kg (agua+sólidos) y espesor de 3 mm. En el ensayo se obtuvieron los siguientes pesos de las muestras en función del tiempo (Cuadro 1) Cuadro 1: Datos del ensayo del secado del alimento Tiempo (h) 0 0,4 0,8 1,4 2,2 3,0 4,2 5,0 7,0 9,0 12,0 Peso (kg) 4,944 4,902 4,828 4,717 4,569 4,421 4,241 4,150 4,019 3,978 3,966 a. Calcúlese el contenido de humedad libre, para cada punto y graficar la curva de secado. b. Determinar el tiempo de secado total 8. Los siguientes datos fueron obtenidos del proceso de deshidratación de una variedad papa cuya humedad inicial fue de 90%, su espesor fue de 5 mm y una densidad de 930 kg/m3. Las condiciones del aire de secado fueron 65°C de temperatura de bulbo seco y 39°C de temperatura de bulbo húmedo. Cuadro 1: Datos experimentales del secado de papa Tiempo (min) 0 5 10 15 20 30 Peso (kg)
40
50
60
70
80
1,02 0,85 0,74 0,66 0,60 0,50 0,41 0,36 0,32 0,29 0,27
La siguiente ecuación define la isoterma de adsorción para la papa: aw = 0.161 + 0.6777 a w X ( 1− aw ) a. El tiempo total de secado (min) 9. En el secado de un alimento de humedad inicial de 90%, espesor de 3 mm, densidad de 930 kg/m3, peso de equilibrio de 22,5 kg, peso del alimento de 207 g y secado por ambas caras. Se obtuvieron los resultados finales de la curva de secado que se indica en el Cuadro 1, con esta información se pide determinar: Cuadro 1: Resultados finales de la curva de secado t prom XL prom R (min) (g/gms) (gagua/m2min) 5 8,36 17,72 15 7,09 17,72 25 5,82 17,72 35 4,54 17,72 45 3,27 17,72 55 2,63 11 65 1,37 5,72 95 0,55 2,51 115 0,25 1,67 a. Difusividad del alimento b. Tiempo total de secado c. Tiempo en el periodo decreciente por el método gráfico d. Tiempo en el periodo decreciente realizando un ajuste lineal
9.- Para secar kion se dispuso de una cantidad de este producto en una bandeja de 498 g. El área de la bandeja era de 760 cm2, la humedad del producto de 80% y su espesor de 0.315 cm. A continuación se detallan los pesos de bandeja y producto durante el secado: Tiempo
pesos 0 5 10 15 20 25 30
744 736 726 718 710 703 696
35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 100 105 110 115 120 125 130 140 150 160 170 180 190 200
688 679 671 664 655 648 638 627 618 614 611 608 604 602 600 598 596 594 593 592 591 590 589 588 587 587
Se pide el tiempo de secado constante y decreciente para un lote de kion de humedad inicial de 85%(bh) hasta una humedad de 45% base húmeda cuándo se dispuso a un espesor de 0.15 cm. Suponga que las densidades de este nuevo lote de kion y el del experimento anterior permanecen constantes.
