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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. Pachuca-Tulancingo, 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).

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tiempo (h)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% H

umed

ad

Zona 1

Zona 2

%H = 96.2692 * Exp (-0.3039X%H (Z1) = 69.7958 - 7.3289 * X%H (Z2) = 34.0587 - 3.3866 * X

Figura 1. Cinética de secado del bagazo de naranja determinada a 60 °C.

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0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tiempo (h)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% H

umed

ad Zona 1

Zona 2

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


0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tiempo (h)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% H

umed

ad

Zona 1

Zona 2

% H = 76.9829 * Exp (-0.791*X)% H (Z1) = 64.2121 - 20.5966 * X% H (Z2) = 4.1241 - 0.4599 * X


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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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