El secado es un proceso donde se elimina de forma parcial o total, por evaporación, el agua de un sólido, que puede ser de manera natural o forzada. Los principales objetivos del secado son aumentar la perdurabilidad del fruto, disminución del peso y volumen para el empaquetado y traslado, facilitar posibles procesos siguientes y reducción indirecta de costos.
La gran desventaja de este tratamiento son las alteraciones en el producto que, si bien algunas son consecuencias propias como la pérdida de color, textura, forma y cambio en el sabor, otras son generadas por incorrecta ejecución como la calidad. Debido a esto es de suma importancia tener información sobre los productos susceptibles a secarse y manejar los porcentajes de humedad normal y mínimo.
31 Existiendo varios tipos de secado, por métodos químicos y mecánicos, el estudio se centra en el proceso por evaporación, para el cual se presentan sus propiedades correspondientes.
Humedad
Es la propiedad de mayor importancia al momento de definir la calidad del secado, pudiendo medirse en base seca (
M
db) o húmeda (M
wb). Que esté expresada en base seca, significa queel porcentaje o fracción de masa de agua en el producto está calculado a partir del peso del material luego de ser secado, en cambio, en base húmeda a partir del peso inicial o sin secar.
𝑀𝑑𝑏= 𝑊𝑜− 𝑊𝑑
𝑊𝑑 𝑀𝑤𝑏 =
𝑊𝑜− 𝑊𝑑
𝑊𝑜 ( 1)
Siendo 𝑊𝑜 el peso inicial o sin secar y 𝑊𝑑 el peso del material luego de ser secado.
En casos donde sea necesario determinar la humedad en cierto instante, debido a cambios de condiciones u otro motivo, existen relaciones para obtener dicho dato para los dos tipos de bases.
𝑀𝑡𝑑𝑏= [(1 + 𝑀𝑜𝑤𝑏) ∙ 𝑊𝑜
𝑊𝑡 ] − 1 𝑀𝑡𝑤𝑏 = 1 − [
(1 − 𝑀𝑜𝑤𝑏) ∙ 𝑊𝑜
𝑊𝑡 ] ( 2)
Para estos casos se introduce el término humedad inicial (𝑀𝑜) en base húmeda y 𝑊𝑡 el peso
del material en el tiempo “t” seleccionado.
2.6.1. Propiedades Psicrométricas Presiones de la mezcla
El aire húmedo, al ser una mezcla de dos elementos distintos, posee una presión resultante de la suma de las presiones del aire seco (𝑃𝑎𝑠) y el vapor (𝑃𝑣). El aire seco puede ser tratado como un gas ideal por lo tanto se puede obtener a partir de la ecuación de este tipo de gases.
𝑃𝑎𝑠 =
𝑅𝑎𝑖𝑟𝑒∙ (𝑇 + 273) 𝑣
32 Siendo 𝑅𝑎𝑖𝑟𝑒 la constante universal del aire, 0,287 [kJ/kgK] aproximadamente, la temperatura de la mezcla (T) en grados Celsius y el volumen específico del aire (𝑣).
En cuanto al vapor de agua, puede considerarse gas ideal utilizando el factor de corrección Z, el cual se puede obtener a partir de la carta de compresibilidad de Nelson-Obert.
𝑃𝑣 = 𝑍 ∙ 𝑅𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟∙ (𝑇 + 273) 𝑣
(4)
Este factor de compresibilidad para un gas ideal debe ser uno, y entre más se aleja de este valor, más lejano al estado perfecto es el comportamiento del elemento tratado.
Condiciones de saturación
La presión y temperatura de saturación, son las condiciones en el momento en que el líquido saturado (0% masa de vapor) se transforma en vapor saturado (100% masa de vapor). Para una presión específica, existe una temperatura de saturación y viceversa, condiciones que se mantienes constantes hasta lograr 100% masa de vapor. El calor necesario para lograr esta transformación, se denomina calor latente de vaporización y todas las propiedades involucradas pueden determinarse mediante tablas termodinámicas.
Temperatura de rocío
Considerando que la mezcla aire-vapor se mantiene a presión constante y la temperatura va variando, el vapor de agua a dicha presión puede alcanzar su temperatura de saturación, provocando condensación. Ese punto se denomina temperatura de rocío (𝑇𝑝𝑟) y se puede identificar en la parte izquierda de la carta psicrométrica.
Temperatura del bulbo húmedo
Esta temperatura se determina a partir de un termómetro especial que mide por contacto de un bulbo envuelto en un paño de algodón mojado. Las propiedades que se pueden medir son la humedad relativa y la temperatura de rocío.
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Humedad Absoluta
La humedad absoluta (𝑤), es la cantidad de masa de agua por unidad de masa de aire seco y se mide en fracción o porcentaje. También puede ser denominada humedad específica, si es por unidad de volumen de aire seco.
𝑤 = 𝑚𝑣
𝑚𝑎𝑠 = 0,622 ∙ 𝑃𝑣
𝑃𝑡− 𝑃𝑣 (5)
Siendo 𝑃𝑡 la suma de la presión de aire seco y vapor.
Humedad relativa
La humedad relativa (𝜑), es la cantidad de agua que posee la mezcla en relación a la mayor cantidad de humedad absoluta que se puede tener sin que se produzca ninguna condensación. En pocas palabras es el cociente entre la presión de vapor y la presión de saturación a la respectiva temperatura.
𝜑 = 𝑃𝑣 𝑃𝑠𝑎𝑡
(6)
Entalpía
Es una cuantificación de la energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico. En casos de mezclas aire-agua, la entalpía total es la suma de las energías de los componentes y se determinan por separado. En el caso del aire seco, se puede utilizar las tablas termodinámicas o el calor específico a presión constante, y para el vapor la siguiente fórmula.
34 Con el calor especifico 𝐶𝑝 en [kJ/kgK] y la Temperatura (T) en grados Celsius. Para el caso del vapor la mejor forma es determinar la entalpia mediante tablas termodinámicas.
Humedad de equilibrio y fases del secado
Un producto intercambia agua con el ambiente hasta que alcanza un estado de equilibrio. En dicho proceso la humedad relativa adopta el nombre de actividad (𝑎𝑤), que, en el caso del aire en contacto con agua libre, se alcanza un equilibrio cuando este tiene 100% de humedad relativa, o 1 de actividad.
Para conseguir buenos resultados es primordial conocer la humedad relativa necesaria, a cierta temperatura, para lograr la actividad adecuada y con ello la calidad predeterminada. Esta relación puede calcularse mediante curvas llamadas Isotermas de sorción. La lógica de este gráfico consiste en determinar la humedad relativa o contenido de agua (%), como indica la Ilustración 9, interceptando la actividad seleccionada con la respectiva curva de temperatura, por ejemplo, para una actividad de 0,8 y una temperatura de 35 °C se necesita 45 % de humedad relativa, existiendo más estados que necesitan el mismo porcentaje de agua.
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