34)Muñoz Reyes Maricruz_2014-1
35
La cinética de la convección forzada para el secado de rodajas de calabaza Operaciones Unitarias II Maricruz Muñoz Reyes 19 de Junio de 2014
-
Upload
marconuneze -
Category
Engineering
-
view
74 -
download
2
description
Se reporta la cinética de secado de rodajas de calabaza
Transcript of 34)Muñoz Reyes Maricruz_2014-1
La cinética de la convección forzada para el secado de
rodajas de calabaza
Operaciones Unitarias II
Maricruz Muñoz Reyes
19 de Junio de 2014
La cinética de la convección forzada para el secado de rodajas de calabaza
Ibrahim Doymaz
Department of Chemical Engineering, Yildiz Technical University, 34210 Esenler, Istanbul, Turkey
Journal of food engineering. 2007 Mar., v. 79, no. 1 pp.243-248
1. Introducción
2. Material y métodos 2.1. Experimentos de secado
2.2. Modelos matemáticos de las curvas de secado
3. Resultados y discusión 3.1. Características de secado
3.2. Evaluación de los modelos
3.3. Cálculo de la difusividad efectiva
3.4. Energía de activación
4. Conclusiones
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
La calabaza (Cucurbita pepo L.) es un cultivo de temporada que se ha utilizado tradicionalmente.
Las calabazas frescas son muy sensibles a la descomposición microbiana, incluso en condiciones de refrigeración; por lo tanto, deben congelarse o secarse.
El secado es un proceso térmico complejo en el que el calor inestable y la transferencia de humedad se producen simultáneamente.
El secado es uno de los principales métodos más ampliamente utilizados de conservación de los alimentos. El objetivo del secado es la eliminación de agua hasta el nivel en el que las reacciones de descomposición y deterioro microbiano se minimizan en gran medida.
INTRODUCCIÓN
Se utilizan modelos matemáticos de los procesos de secado para el diseño de nuevo o la mejora de sistemas de secado existentes o incluso para el control del proceso de secado.
En los últimos años, varios investigadores han llevado a cabo muchos estudios que cubren el modelado matemático y la cinética del proceso de secado de verduras.
INTRODUCCIÓN
El presente estudio se realizó con los siguientes objetivos: 1. Para observar el efecto de la temperatura de secado
sobre las características de secado de rodajas de calabaza.
2. Para evaluar un modelo de secado adecuado para describir el proceso de secado.
3. Para calcular la difusividad efectiva, la humedad y energía de activación de muestras.
INTRODUCCIÓN
MATERIAL Y
METODOS
EXPERIMENTOS
DE SECADO
EXPERIMENTOS DE SECADO
El contenido de humedad inicial media de las muestras de calabaza fue de 92.4 ± 0.2% (w.b.), determinado por secado en vacío a 70 °C durante 24 h.
Se lavan y se cortan en rodajas cilíndricas de 0.7 ± 0.03 centimetros usando un cuchillo.
Los experimentos se realizaron a 50, 55 y 60 °C y una humedad relativa de 25%, 19% y 15%, respectivamente.
El proceso de secado se detuvo cuando el contenido de humedad se redujo a 10 ± 0.3% (w.b.) desde el valor inicial de 92.4 ± 0.2% (w.b.).
El producto se enfrió durante 10 min después del secado, y se mantuvo en frascos de vidrio herméticamente cerrados.
EXPERIMENTOS DE SECADO
MODELOS
MATEMATICOS DE
CURVAS DE
SECADO
MODELOS MATEMATICOS DE CURVAS DE SECADO
La relación de la humedad (MR) y velocidad de secado de las rebanadas de calabaza durante los experimentos de secado se calcularon utilizando las siguientes ecuaciones:
MR (1)
Vel. Sec = (2)
Las curvas de secado se ajustaron a 10 modelos de secado en capa fina.
Model name Model References
Lewis MR = exp(−kt) Lewis (1921)
Henderson and Pabis MR = a exp(−kt) Henderson and Pabis, 1961 and Park et al., 2002
Page MR = exp(−ktn) Doymaz, 2005a and Kashaninejad and Tabil, 2004
Modified Page MR = exp(−(−kt)n) Overhults et al. (1973)
Logarithmic MR = aexp(−kt) + c Yagcioglu et al. (1999)
Two-term MR = a exp(−k0t) + b exp(−k1t) Henderson (1974)
Two-term exponential MR = a exp(−kt) + (1 − a)exp(−kat) Sharaf-Elden et al. (1980)
Approximation of diffusion MR = a exp(−kt) + (1 − a)exp(−kbt) Yaldiz and Ertekin (2001)
Verma et al. MR = a exp(−kt) + (1 − a)exp(−gt) Doymaz, 2005b and Verma et al., 1985
Wang and Singh MR = 1 + at + bt2 Wang and Singh (1978)
Tabla 1.
Modelos de secado seleccionados para la descripción de los datos de secado de la calabaza
El mejor ajuste se determinó a través de los tres parámetros estadísticos, es decir, el coeficiente de determinación (R2), el chi-cuadrado reducido (χ2) y la raíz del error cuadrático medio (RMSE).
Estos parámetros pueden ser descritos en las ecuaciones (3) y (4):
(3)
(4)
MODELOS MATEMATICOS DE CURVAS DE SECADO
RESULTADOS Y
DISCUSIÓN
CARACTERISTICAS
DE SECADO
CARACTERISTICAS DE SECADO
Fig. 1. Efecto de la temperatura del aire seco y la relación de humedad en la velocidad de secado de las rebanadas de calabaza.
El tiempo necesario para reducir la proporción de humedad a cualquier nivel dado era dependiente de la condición de secado, siendo la más alta a 50 º C y más baja a 60 ° C.
Con el secado, el tiempo necesario para reducir el contenido de humedad de las rebanadas de calabaza desde la inicial 92.4 ± 0.2% (w.b.) a un final de 10 ± 0.3% (w.b.) fue de 750, 390 y 270 min a 50, 55 y 60 ° C, respectivamente.
CARACTERISTICAS DE SECADO
Fig. 2. Efecto de la temperatura del aire seco y el tiempo de secado de la relación de humedad de las rebanadas de calabaza.
CARACTERISTICAS DE SECADO
Tabla 2.
Resultados estadísticos obtenidos del modelo seleccionado
T (°C) R2 X2 RMSELewis
50 0.9809 0.00175 0.18128
55 0.9782 0.00225 0.14967
65 0.9829 0.00193 0.11335Henderson and Pabis
50 0.983 0.00162 0.17738
55 0.98 0.00224 0.15232
65 0.985 0.00189 0.11078Page
50 0.9933 0.00064 0.10092
55 0.9902 0.00109 0.097
65 0.9949 0.00064 0.05812Modified Page
50 0.9933 0.00064 0.10092
55 0.9902 0.00109 0.09701
65 0.9949 0.00063 0.05812Logarithmic
50 0.9978 0.00021 0.05154
55 0.9989 0.00025 0.04521
65 0.9995 0.00007 0.01965Two-term
50 0.9952 0.0005 0.09141
55 0.9911 0.00119 0.09654
65 0.995 0.00084 0.05813Two-term exponential
50 0.9806 0.00183 0.18199
55 0.989 0.00122 0.10495
65 0.9826 0.0022 0.11403Approximation of diffusion
50 0.9939 0.0006 0.10048
55 0.9906 0.00114 0.09585
65 0.9949 0.00073 0.05573Verma et al.
50 0.998 0.00019 0.05065
55 0.9979 0.00025 0.00426
65 0.9995 0.00006 0.01725Wang and Singh
50 0.9976 0.00022 0.05873
55 0.9971 0.00032 0.04501
65 0.9983 0.00021 0.03337
EVALUACION DE
LOS MODELOS
La fig.3 y la fig.4 compara experimental y predijo índices de humedad con el modelo logarítmicos y de Verma et al. en función del tiempo para las rebanadas de calabaza secas a 50, 55 y 60 ° C.
EVALUACIÓN DE LOS MODELOS
La fig.3. Relación experimental y calculada de la humedad obtenida usando el modelo logarítmico.
La fig.4. Relación experimental y calculada de la humedad obtenido usando el modelo de Verma et al.
CALCULO DE LA
DIFUSIVIDAD
EFECTIVA
Los resultados experimentales obtenidos han demostrado que la resistencia a la transferencia de masa interna debido a la presencia de tasas de caída de los controles del período de secado de tiempo de secado. Los datos de secado en el periodo de velocidad decreciente se suelen analizar la ecuación de difusión de Fick.
(5)
En la práctica, sólo el primer término Eq. (5) se utiliza obteniéndose:
(6)
CALCULO DE LA DIFUSIVIDAD EFECTIVA
Difusividad efectiva también se calcula generalmente mediante el uso de la pendiente de la ecuación. (6), es decir, cuando se representó el logaritmo natural de la RM frente a tiempo, se obtuvo la línea recta con una pendiente k2:
(7)
CALCULO DE LA DIFUSIVIDAD EFECTIVA
Los valores determinados de Deff para diferentes temperaturas se dan en la figura. 5. Los valores de difusividad para las carreras encontraron 3,88 × 10-10, 6,58 × 10-10 y 9,38 × 10-10 m2 / s a 50, 55 y 60 ° C, respectivamente.
Se puede observar a partir de la figura. 5 que la difusividad efectiva para las rebanadas de calabaza se incrementa con la temperatura del aire.
CALCULO DE LA DIFUSIVIDAD EFECTIVA
La figura. 5. Efecto de la temperatura sobre la difusividad efectiva de agua en rodajas de calabaza.
CALCULO DE LA DIFUSIVIDAD EFECTIVA
ENERGIA DE
ACTIVACION
ENERGIA DE ACTIVACIÓN
La dependencia de Deff puede ser descrita por de tipo de ecuación dada por la relación de la ecuación Arrhenius.
(8)
La energía de activación (Ea) se calcula a partir de la pendiente de la gráfica de ln (Deff) frente a 1/(T + 273.15) como se muestra en la figura 6.
La figura. 6. Influencia de la temperatura sobre la difusividad efectiva.
ENERGIA DE ACTIVACIÓN
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
La cinética del secado de las rodajas de calabaza se investigó en un secador de laboratorio, a una vel. cte de aire 1.0 m/s, y un rango de temperatura de 50-60 ° C y una humedad relativa de 15-25%.
Las calabazas no observaron un período cte de vel. de secado en las condiciones experimentales empleadas y mostró sólo un período de velocidad decreciente como la mayoría de los productos alimenticios.
Modelos Logarítmico y Verma et.al. son los que dieron mayores resultados por lo tanto fueron los que consideraron para explicar el experimento.
Los valores de dif. efectiva calculada variaron de 3.88×10-10 a 9.38x10-10(m2/s) en el rango de temperatura. La difusividad efectiva aumenta a medida que aumenta la temperatura.
La Ea para la difusividad de la humedad fue 78.93kJ/mol.
CONCLUSIONES
