Tesis / 0261 / I.A.

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DE UN DESHIDRATADOR OSMÓTICO POR LOTES A NIVEL DE PLANTA PILOTO CON SISTEMA DE AGITACIÓN PARA LA FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA.

DIEGO ALEXANDER CASTIBLANCO GALVIS MARIO ALEXANDER MIRANDA PEÑARETE

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS BOGOTÁ 2012

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DE UN DESHIDRATADOR OSMÓTICO POR LOTES A NIVEL DE PLANTA PILOTO CON SISTEMA DE AGITACIÓN PARA LA FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA.

DIEGO ALEXANDER CASTIBLANCO GALVIS MARIO ALEXANDER MIRANDA PEÑARETE

Trabajo de grado para obtener el título de Ingeniero de Alimentos

Pedro Alejandro García Ávila Ingeniero Químico Universidad Nacional de Colombia

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS BOGOTÁ 2012

Nota de aceptaciรณn: _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________

________________________________ Firma del presidente del jurado

________________________________ Firma del jurado

________________________________ Firma del jurado

Bogotรก, 22 de Agosto de 2011

DEDICATORIA Dedico este trabajo de grado, a aquel por el que todo es posible, Dios por ser mi principal guía, fortaleza y apoyo en este trabajo y durante toda mi carrera profesional, llenándome de sabiduría y conocimiento para culminar en todo lo emprendido con excelencia.

A mis padres José Castiblanco y Betty Galvis, por los valores, la ética y la moral con los cuales me formaron para ser quien soy el día de hoy, por su amor y apoyo durante todo este proceso de formación porque de no ser También dedico esta investigación a mi hermana y familiares cercanos por su fuerza y apoyo en los momentos difíciles.

Por ultimo a mis amigos y compañeros con los cuales se compartieron momentos de alegría y felicidad durante todo el proceso de aprendizaje.

Diego Castiblanco.

Dedico este trabajo de grado a mis padres y a mis hermanos ya que con el apoyo de ellos pude culminar este proyecto y toda mi carrera universitaria. Sin ustedes este camino hubiese estado lleno de dificultades, pero con su completo apoyo día a día, pude cumplir todos los objetivos planteados.

“Somos lo que hacemos repetidamente .Por ende, la excelencia no es un acto es un habito” ARISTÓTELES Mario Miranda

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos: En primer lugar a mi Padre celestial, Dios, autor principal de este logro obtenido porque toda la gloria y la honra es para Él, quien con su amor y bondad, me ha traído hasta aquí y me seguirá guiando para hacer su perfecta voluntad.

Salmo 100:5 “Porque el Señor es bueno y su gran amor es eterno; su fidelidad permanece para siempre”.

A mi Padre y mi Madre, porque con el apoyo de ellos fue posible cumplir este objetivo y gracias a su motivación y entrega, hoy soy un buen Profesional.

A mi novia, por su compañía y cariño en el proceso de realización de este trabajo.

A Carlos Julio Velásquez, técnico en refrigeración industrial por su asesoría técnica en la construcción del equipo y por su apoyo incondicional.

Al Ingeniero Pedro Alejandro García Ávila, director del proyecto y docente de la Fundación Universidad Agraria de Colombia “UNIAGRARIA”, por la colaboración y dedicación que nos brindó durante el desarrollo y culminación de este proyecto de investigación, así como su apoyo y valiosas orientaciones.

A mis compañeros Mario Alexander Miranda y Karen Velásquez y a sus familias, quienes hicieron parte fundamental de desarrollo de este proyecto por su dedicación.

A la Fundación Universitaria Agraria de Colombia y a todos sus entes por su colaboración en el desarrollo del proyecto.

Diego Castiblanco.

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar a Dios, quien me dio sabiduría y constancia para culminar este proyecto.

A mis familiares, quienes hicieron posible cumplir esta meta por medio de su contante ánimo y apoyo.

A Carlos Julio Velásquez, técnico en refrigeración industrial por su asesoría técnica en la construcción del equipo y por su apoyo incondicional.

Al director del proyecto y docente de la Fundación Universidad Agraria de Colombia “UNIAGRARIA”, el Ingeniero Pedro Alejandro García Ávila, por la colaboración y dedicación que nos brindó durante el desarrollo y culminación de este proyecto de investigación, así como su apoyo y valiosas orientaciones.

A mis compañeros Diego Alexander Castiblanco y Karen Lizbeth Velásquez y a sus familias, quienes hicieron parte fundamental de desarrollo de este proyecto por su dedicación.

A la Fundación Universitaria Agraria de Colombia y a todos sus entes por su colaboración en el desarrollo del proyecto.

Mario Alexander Miranda

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS 1.

MARCO TEÓRICO

6

1. 1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6

GENERALIDADES DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA Difusión Osmosis Presión osmótica Solución isotónica Solución hipertónica Solución hipotónica

6 7 7 7 8 8 9

1. 2 EMPLEO DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA DE FRUTAS. 1.2.1 Proceso de Transferencia de masa en frutas

9 9

1. 3

11

FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

1.3.1 Concentración de la solución 1.3.2 Temperatura de la solución 1.3.3 Tiempo de procesamiento 1.3.4 Tipo de agente osmótico 1.3.5 Naturaleza del Alimento 1.3.6 Tamaño y forma 1.3.7 Relación solución osmótica/alimento 1.3.8 Aplicación de vacío 1.3.9 Porosidad 1.3.10 Agitación

11 11 12 12 13 13 14 15 15 15

1.4

16

VENTAJAS DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

1.5

DESVENTAJAS DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

17

1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3 1.6.4 1.6.5 1.6.6 1.6.7 1.6.8

MODELOS DE EQUIPOS DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA Alimento sumergido en solución sin agitación Sin renovar la solución Con renovación de la solución Con movimiento lento del alimento dentro del tanque de solución Mezclado mecánico Cama percoladora fija en proceso Batch Cama percoladora móvil Cama percoladora con desplazamiento lento en contracorriente con el alimento

17 17 17 17 19 20 21 22

1.6.9 Cama percoladora con desplazamiento lento a co-corriente del alimento

22 24

1.6.10 Cama percolada con desplazamiento alternado del alimento.

1.6.11 Fluidización inversa 1.6.12 Inmersión con agitación intermitente 1.6.13 Mezclado Hidráulico 1.6.14 Combinación de mezclado hidráulico con mecánico 1.6.15 Inmersión combinando el desplazamiento del alimento y de la solución 1.6.16 Flujo de una capa delgada de solución alrededor del alimento 1.6.17 Mojado uni-capa 1.6.18 Acción recurrente por aspersión multinivel 1.6.19 Deshidratador osmótico universidad de la sabana

24 25 25 25 27 29

1. 7 1.7.1 1.7.2 1.7.3 1.7.4 1.7.5

33 33 33 34 34 35

ELEMENTOS AUXILIARES DEL EQUIPO Acero inoxidable Excéntrica Resorte Motor reductor Bomba de aire

30 30 31 32

2

METODOLOGIA

36

2. 1

MATRIZ DE PONDERACIÓN PARA LA SELECCIÓN DEL DISEÑO DEL EQUIPO

37

2. 2

PRE-EXPERIMENTACIÓN PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA ESTABLECER UN PRE-DISEÑO. 2.2.1 Práctica de osmodeshidratación con sistema de agitación por émbolo.

2.2.2 Practica de osmodeshidratación con sistema de agitación por burbujeo 2.2.3 Practica Combinación sistema de agitación émbolo-burbujeo

40

2. 3

CALCULOS PARA EL DISEÑO DEL EQUIPO OSMODESHIDRATADOR, CON SISTEMA DE AGITACIÓN

46

3.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

47

3. 1 3.1.1 3.1.2 3.1.3

RESULTADOS PRE-EXPERIMENTACIÓN Práctica de osmodeshidratación con sistema de agitación por émbolo.

Practica de osmodeshidratación con sistema de agitación por burbujeo Practica Combinación sistema de agitación émbolo-burbujeo

47 47 48 48

3.2

DISEÑO DEL EQUIPO OSMODESHIDRATADOR POR LOTES, CON SISTEMA DE AGITACIÓN Diseño del tanque para osmodeshidratar Diseño de las canastillas para la fruta Fuerza de empuje en el tanque osmodeshidratador Potencia del motor reductor usado en el equipo Inyección de aire al osmodeshidratador

50

3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3

CONSTRUCCION, MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO OSMODESHIDRATADOR POR LOTES, CON SISTEMA DE AGITACIÓN. 3.3.1 Partes para la construcción del equipo 3.3.1.1 Tanque para deshidratación osmótica 3.3.1.2 Eje central de las canastillas 3.3.1.3 Pasadores 3.3.1.4 Tapa para las canastillas 3.3.1.5 Canastillas para alimento

41 43 45

51 53 54 57 59 60

60 60 61 61 62 62

3.3.1.6 3.3.1.7 3.3.1.8 3.3.1.9 3.3.1.10 3.3.1.11 3.3.1.12 3.3.1.13 3.3.1.14

Empaque silicona grado alimenticio Tapa para tanque de osmodeshidratación Excéntrica Rodamiento Resorte Motor reductor Bomba de aire Cubierta del sistema de agitación Soporte del deshidratador osmótico

3.4

RESULTADOS PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO

3.5

MANUAL DE OPERACIÓN Y LIMPIEZA Y DESINFECCIÓN DEL EQUIPO Objetivos Descripción del equipo Ensamble y operación del equipo para el proceso de Osmodeshidratación Limpieza y desinfección del equipo

3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4

3.6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFIA

Anexos ANEXO A. Tabla de densidades de azúcar ANEXO B. Plano del Equipo ANEXO C. Plano Eléctrico del Equipo

63 63 64 64 65 66 66 66 67 67

69 70 70 71 72 78

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1.

Figura 2.

Figura 3.

Figura 4.

Figura 5.

Figura 6.

Figura 7.

Figura 8.

Figura 9.

Figura 10.

Figura 11.

Figura 12.

Figura 13.

Figura 14.

Figura 15.

Figura 16.

Figura 17.

Figura 18.

Figura 19.

Figura 20.

Figura 21.

Figura 22.

Figura 23.

Figura 24.

Figura 25.

Figura 26.

Figura 27.

Esquema demostrativo de los flujos al modelar la deshidratación osmótica.

Características de los agentes osmóticos.

Geometría de reducción de tamaño de alimentos para deshidratación osmótica Productos sumergidos en solución sin agitación o renovación de solución Productos sumergidos en la solución sin agitación pero con renovación de solución.

Principio de movimiento lento del alimento en la solución Principio de agitación mecánica del alimento en la solución.

Principio de cama percoladora tipo Batch Principio de cama percolada con desplazamiento lento contra – corriente del Alimento Principio de cama percolada con desplazamiento lento co – corriente del alimento Principio de agitación hidráulica del alimento.

Principio de combinación agitación mecánica/ agitación hidráulica del alimento en el proceso por lotes.

Principio de agitación combinada mecánica / hidráulica del alimento en proceso continuo Principio de inmersión combinando desplazamiento del alimento y solución.

Principio de mojado Uni – capa con transportador Principio de acción recurrente de mojado multinivel Deshidratador osmótico Unisabana Excéntrica en acero inoxidable.

Canastilla con piña Canastilla con eje Recipiente para osmodeshidratar Agitación con burbujeo.

Sistema de agitación embolo-burbujeo Tanque de solución osmótica.

Eje central para las canastillas.

Pasador para canastillas Tapa para las canastillas

10 12 14 18 19 20 21 22 23 24 27 28 29 30 31 32 33 34 42 42 42 44 45 60 61 61 62

Figura 28.

Figura 29.

Figura 30.

Figura 31.

Figura 32.

Figura 33.

Figura 34.

Figura 35.

Figura 36.

Figura 37.

Figura 38.

Figura 39.

Figura 40.

Figura 41.

Figura 42.

Figura 43.

Figura 44.

Figura 45.

Figura 46.

Figura 47.

Figura 48.

Figura 49.

Canastillas vista lateral Canastillas vista superior Empaque para tanque de osmodeshidratación.

Tapa tanque de osmodeshidratación.

Excéntrica en acero inoxidable.

Guía del resorte.

Rodamiento.

Resorte en acero inoxidable.

Motoreductor.

Bomba de aire Cubierta del sistema de agitación.

Soporte del equipo.

Esquema Equipo osmodeshidratador, por lotes, con sistema de agitación.

Esquema eje central con huecos para pasadores Esquema canastilla para fruta con guía (III).

Esquema canastillas sujetadas a eje central.

Esquema tapa para canastillas.

Esquema de la tapa ajustada al tanque de osmodeshidratación.

Esquema del resorte.

Esquema canastillas con eje Esquema caperuza de protección Esquema de la bomba de aire.

62 62 63 63 64 64 64 65 65 66 66 67 71 71 72 73 73 73 74 74 74 75

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1.

Tabla 2.

Tabla 3.

Tabla 4.

Tabla 5.

Tabla 6.

Tabla 7.

Tabla 8.

Tabla 9.

Tabla 10.

Tabla 11.

Tabla 12.

Tabla de parámetros y criterios de evaluación para la matriz de selección Matriz de ponderación, para selección del diseño del equipo Prácticas de laboratorio evaluación del sistema de agitación.

Cálculos a realizar para el Diseño del Equipo osmodeshidratador por lotes Comparación tratamiento con y sin sistema de agitación por émbolo Comparación tratamiento con y sin agitación por burbujeo Comparación tratamiento con y sin agitación por émbolo-burbujeo Porcentaje pérdida de peso de piña. Tratamiento embolo – burbujeo Diseño del tanque de solución osmótica Cálculos de Diseño del Equipo Osmodeshidratador Deshidratación osmótica con piña, prueba del equipo.

Deshidratación osmótica con manzana, prueba del equipo.

38 39 41 46 47 48 48 50 53 60 68 68

RESUMEN

Con el desarrollo del proyecto se buscó que en la Fundación Universitaria Agraria de Colombia, la técnica de osmodeshidratación comenzara a tener aportes significativos en materia de investigación, por ende se estableció el diseño, construcción, montaje y puesta en marcha de un deshidratador osmótico por lotes, con sistema de agitación a nivel de planta piloto. La metodología de diseño la conformaron tres partes: inicialmente, se realizó una matriz de ponderación la cual facilitó la selección del modelo de deshidratador osmótico expuesto por Marouze, basados en este modelo que se ajustaba a los criterios de diseño, se procedió a realizar una pre experimentación para estudiar el comportamiento de la agitación, dando como resultado que el sistema de agitación a diseñar fue Embolo-Burbujeo.

Como segunda parte, se realizaron los cálculos correspondientes para determinar las dimensiones del tanque osmodeshidratador (Diámetro 37 cm, altura de 45 cm), tres canastillas para el alimento a procesar (26 cm de diámetro y altura de 10 cm cada una), y requerimientos de algunos elementos como: fuerza de empuje en el tanque de solución osmodeshidratador (12,45 N), potencia mínima requerida por el motor reductor (16,94 W) e inyección de aire (Régimen turbulento). Finalmente, se procedió al montaje y puesta en marcha del equipo, se realizaron pruebas con piña y manzana, determinando algunos parámetros como porcentaje pérdida de peso (WR) (18,8% Piña y 11,7% Manzana), porcentaje ganancia de sólidos (SG) (17,0% Piña y 16,7% Manzana), y porcentaje pérdida de agua (WL) (35,8% Piña y 28,5% Manzana). Por último, se elaboró un manual de operación y limpieza del equipo con el fin de dar a conocer un adecuado uso de cada uno de sus componentes.

Palabras clave: Deshidratador osmótico, sistema de agitación, deshidratación osmótica, manual de operación y limpieza.

ABSTRACT

With the development of the project was sought in the Fundacion Universitaria Agraria de Colombia, the technique of osmotic dehydration began to have significant contributions in research, thus established the design, construction, installation and put into operation of a batch osmotic dehydrator with stirring system pilot plant level. The design methodology conformed three parts: first, we conducted a weight matrix which facilitated the selection of osmotic dehydrator model exposed by Marouze, based on this model to fit the design criteria, we proceeded to perform a pre experimentation to study the behavior of agitation, resulting in that the stirring system design was (Piston-bubbling). As a second part, the calculations were performed to determine osmotic dehydrator tank dimensions (diameter 37 cm, height 45 cm), three baskets for food processing (26 cm in diameter and height of 10 cm each), and requirements of some elements such as pushing force in solution tank osmotic dehydrator (12.45 N), minimum power required by the motor reducer (16.94 W) and air injection (turbulent flow). Finally, we proceeded to the installation and put into operation of equipment, tests were performed with pineapple and apple, determining some parameters such as weight loss percentage (WR) (18.8% Pineapple and 11.7% Apple), solid gain percentage (SG) (17.0% Pineapple and 16.7% Apple), and percent water loss (WL) (35.8% Pineapple and 28.5% Apple). Finally an operations manual and cleaning was designed of equipment in order to provide a proper use of each of its components.

Key words: Osmotic Dehydrator, agitation system, osmotic dehydration, operations and cleaning manual.

1

INTRODUCCIÓN

En la actualidad existe una tendencia marcada por el consumo de alimentos sanos

que

conserven

tanto

sus

características

sensoriales

como

las

nutricionales sin la adición de sustancias químicas que afecten su composición, sin embargo frente a esta tendencia la industria también busca que los productos conserven una vida útil prolongada (Suca Apaza 2008). Para poder cumplir con las exigencias del mercado se hace necesario utilizar diferentes métodos de conservación de alimentos, dentro de estos se encuentra la deshidratación osmótica, considerado como un método de secado convencional.

La deshidratación osmótica (D.O)

es un método de conservación de alimentos,

que en los últimos años, ha recibido una atención considerable debido a sus potenciales aplicaciones industriales (Barbosa –Canovas 2002); sin embargo la conservación de alimentos a través de la eliminación parcial del contenido de agua data de siglos atrás.

Cuando se deshidrata por medio de

ósmosis los tiempos de proceso son

elevados (Simpson et al., 2007), por lo tanto, se busca que a través del estudio y evaluación de las variables que intervienen en la deshidratación osmótica se aumente la eficiencia del proceso reduciendo este tiempo de operación. Así, alrededor del mundo se han diseñado (Marouze, et al., 2001) y construido algunos modelos de equipos de secado por osmosis con el objetivo de investigar el comportamiento de este proceso a escala piloto o industrial (González, 2009).

El presente trabajo comprende el diseño y construcción de un deshidratador osmótico a nivel de Planta piloto con sistema de agitación, con el objetivo de estudiar ésta operación en la Fundación Universitaria Agraria de Colombia, para el programa de Ingeniería de Alimentos, y así generar herramientas para el fortalecimiento de la línea de investigación de Conservación de Frutas y 2

Hortalizas,

además de incentivar a la formación de Ingenieros de Alimentos

competentes en el diseño de maquinaria y equipos.

Para la realización del presente trabajo se plantearon los siguientes objetivos:

OBJETIVO GENERAL 

Innovar en el diseño, construcción y montaje de un deshidratador osmótico a nivel de planta piloto con un sistema de agitación para la Fundación Universitaria Agraria de Colombia.

OBJETIVOS ESPECÌFICOS 

Construir un equipo de osmodeshidratación por lotes con capacidad de producción de 6 kg.



Dimensionar un sistema de agitación, que facilite la transferencia de masa en el proceso de deshidratación osmótica.



Realizar el montaje y puesta en marcha del equipo de osmodeshidratación por lotes en la planta piloto de la Fundación Universitaria Agraria de Colombia.



Elaborar el manual de operaciones del equipo de osmodeshidratación por lotes.

3

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cómo construir un equipo osmodeshidratador por lotes a nivel de planta piloto con sistema de agitación, para estudiar la deshidratación osmótica en la Fundación Universitaria Agraria de Colombia?

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Todos los estudios realizados en cuanto a la deshidratación osmótica, en la Fundación Universitaria Agraria de Colombia han sido efectuados a nivel de laboratorio. Esta técnica ha sido aplicada en diversos productos en especial para la obtención y conservación de harina de frutas, como piña y feijoa; a través de los métodos combinados D.O y secado por aire caliente; (Hernández y Burgos, 2007; Gutiérrez y Roche, 2008), así como, para la aplicación de un revestimiento comestible en la obtención de deshidratado de manzana (Lemus y Suárez, 2009).

Sin embargo, en ninguna de las investigaciones citadas anteriormente se menciona el uso de un equipo, que permita realizar el proceso de deshidratación osmótica a escala piloto, donde se pueda evidenciar el efecto de la agitación en la pérdida de agua de los alimentos sometidos a este tratamiento.

4

JUSTIFICACIÓN

La aplicación de la técnica de osmodeshidratación se ha venido evaluando en los últimos años con gran interés, sin embargo, todos estos avances en su gran mayoría presentan aportes de carácter investigativo a escala laboratorio, y las contribuciones a nivel planta piloto de esta técnica son muy escasas.

En vista de que en la Fundación Universitaria Agraria de Colombia no existen estudios que traten sobre deshidratación osmótica realizada a través de un equipo en planta piloto, se establece la necesidad de construir un equipo que garantice la osmodeshidratación de productos con alto contenido de humedad. Asimismo, para esta operación se han estudiado diferentes variables que intervienen en la deshidratación osmótica y se encontró que la agitación incide significativamente sobre la pérdida de agua de los alimentos sometidos a este tratamiento, ayudando a disminuir el tiempo en el cual el alimento pierda la mayor cantidad de agua posible (Ayala-Aponte et al., 2009). Por lo tanto se plantea el acondicionamiento de un sistema de agitación en el diseño y construcción del equipo osmodeshidratador.

5

1. MARCO TEÓRICO

1. 1

GENERALIDADES DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

La deshidratación osmótica (D.O) consiste en la extracción de agua de un producto que es sumergido en una solución hipertónica por tiempo y a temperatura específicos. Esta extracción se debe a la fuerza impulsora creada por la alta presión osmótica (o baja actividad de agua) de la solución, o por el gradiente de concentración entre la solución osmótica y el sólido a deshidratar (Ayala-Aponte, et al., 2009) La deshidratación osmótica es un proceso que prolonga el tiempo de vida útil de un alimento presentando una disminución considerable del contenido de agua, el cual

es un factor crítico para

el deterioro

microbiológicas (Castro, et al., 2006).

por reacciones bioquímicas y

Es considerada como una de las

operaciones adecuadas en el tratamiento de productos que van a ser sometidos a liofilización, secado solar, secado con aire, o deshidratación a vacío, debido a que favorece la reducción en el tiempo de proceso y el consumo energético, además de ayudar

a conservar las características

sensoriales y nutricionales

del

producto (Giraldo, 2004).

En la actualidad ha crecido un gran interés por el desarrollo de técnicas de conservación de alimentos que permitan obtener productos de alta calidad nutricional, que sean muy similares en color, aroma y sabor a los alimentos frescos y que no contengan agentes químicos conservantes. Entre las técnicas que hoy son objeto de investigación, en Colombia, en la sección de vegetales del ICTA., para su aplicación en frutas se halla la deshidratación Osmótica Directa (Universidad Nacional de Colombia, 2006).

6

1.1.1 Difusión.

Si se considera que el disolvente en el interior de los poros permanece prácticamente en estado estacionario, la transferencia de soluto desde el interior de la partícula solida hasta su superficie se realiza por difusión molecular, debido a un gradiente de concentración existente entre la interface solido-líquido y la superficie exterior del sólido. Es por ello que la velocidad de transferencia de masa, para esta etapa se expresa por la ley de Fick:

J A   D AB

c A c Z

Ecuación #1. Ley de Fick Dónde: JA

= flux

DAB

= difusividad o coeficiente de difusión.

ᵟCA / ᵟCZ

= gradiente de concentración

En general DAB aumenta con la temperatura, por lo que este incremento aumentara la velocidad de transferencia. Además, si las partículas se desmenuzan se logra que la longitud de los poros disminuya, lo que trae consigo que la velocidad de transferencia aumente (McCabe, 2007).

1.1.2 Ósmosis.

La tecnología de la osmodeshidratación se basa en el fenómeno de la ósmosis. Ésta consiste en la difusión de agua a través de las membranas de las células que conforman los sistemas biológicos (para nuestro caso, los sistemas biológicos vienen representados por tejidos alimentarios). Existe ósmosis cuando el flujo neto de agua se da a través de una membrana semipermeable, inducida por una diferencia de concentraciones de soluto. Una membrana es semipermeable 7

cuando permite el paso de agua y otras sustancias de bajo peso molecular y no las de alto peso molecular. En consecuencia, esta es la diferencia entre difusión y ósmosis. Esta última siempre se lleva a cabo por intermedio de una membrana semipermeable (Suca Apaza, 2008).

1.1.3 Presión osmótica.

Es la presión hidrostática necesaria para detener el flujo de disolvente a través de una membrana semipermeable que separa dos disoluciones de diferentes concentraciones. También se puede decir que la presión osmótica es la presión que se ejerce en la disolución de mayor concentración, para detener el flujo de disolvente a través de la membrana y evitar el incremento de volumen (AyalaAponte, et al., 2009).

1.1.4 Solución isotónica.

Una solución isotónica es aquella que tiene una concentración de sólidos igual a la del producto; por lo tanto, no existe ósmosis o difusión de agua. Al no existir un intercambio dinámico, la célula permanece del mismo tamaño; es decir, no se hidrata ni se deshidrata (Suca Apaza, 2008).

1.1.5 Solución hipertónica.

Es la que tiene una mayor concentración de soluto en relación al producto a ser deshidratado, y es el usado en la osmodeshidratación. Su alta concentración crea la fuerza necesaria para desalojar el agua del alimento. Como resultado, la célula se encoge. El agua extraída es proporcional a la pérdida volumétrica que sufre la célula o el tejido alimentario (Suca Apaza, 2008).

8

1.1.6 Solución hipotónica Es aquélla que tiene una baja concentración de sólidos con respecto al producto a deshidratar, esto provoca un incremento en volumen de dicha solución debido a la absorción de agua (Suca Apaza, 2008).

1. 2

EMPLEO DE LA DESHIDRATACION OSMÓTICA DE FRUTAS.

La aplicación del fenómeno de ósmosis en la deshidratación de frutas se puede lograr debido a que un buen número de frutas, como es el caso de la fresa, papaya, mango o melón entre otras, cuentan con la estructura celular necesaria para inducir la ósmosis, la cual actúa como una membrana semipermeable.

Detrás de estas membranas celulares se encuentran los jugos, que son soluciones diluidas donde se hallan disueltos sólidos que oscilan entre el 5 y 18% de concentración.

La presión osmótica presente será mayor en la medida que sea mayor la diferencia de concentraciones entre el jarabe y el interior de los trozos de la fruta.

El efecto de esta diferencia se ve reflejado en la rapidez con que es extraída el agua de la fruta hacia el jarabe. La posibilidad de que la sacarosa del jarabe entre en la fruta dependerá de la impermeabilidad de las membranas a este soluto. Por lo general los tejidos de las frutas no permiten el ingreso de sacarosa por el tamaño de esta molécula, aunque si pueden dejar salir de la fruta moléculas más sencillas como ciertos ácidos o aromas (González, 2009).

1.2.1 Proceso de transferencia de masa en frutas.

Durante la deshidratación la transferencia de materia en un tejido vegetal puede ser representada a través del esquema desarrollado en la Figura 1 (González, 2009).

9

Figura 1. Esquema demostrativo de los flujos al modelar la deshidratación osmótica. Fuente: Gonzalez-Perez GV, Diseño y construcción de un equipo de osmodeshidratación continuo y su comparación con la deshidratación por lotes, 2009.

Se considera que la membrana celular es semipermeable, con lo que sólo es posible la transferencia de agua, sales y azúcares naturales (fructosa, glucosa) a través de ella hacia el espacio extracelular (Transporte Transmembranario Plasmalemmático, TTP), o aún hacia una célula adyacente (Transporte Transmembranario Simplástico, TTS). Una vez que el agua y los constituyentes naturales alcanzan los espacios extracelulares, se transfieren hacia la solución osmótica. A su vez, los solutos de la solución osmótica se transfieren hacia el producto mediante un mecanismo semejante pero de dirección opuesta (Transporte Difusional-Convectivo, TDC). Como la pared celular es permeable a la mayoría de los solutos utilizados en D.O, el espacio comprendido entre la membrana celular y la pared celular también es considerado como espacio intercelular a los fines del modelado (González, 2009).

10

1. 3

FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA DESHIDRATACION OSMOTICA.

Existe un gran número de variables que tienen un efecto significativo sobre el proceso de osmodeshidratación y en la calidad del producto final. Las más importantes son: concentración de la solución, temperatura, tiempo de procesamiento, tipo de agente osmótico, naturaleza del alimento (tamaño, forma, porosidad), relación solución/alimento, agitación y aplicación de vacío estas dos últimas presentan aportes significativos en eficiencia de la deshidratación osmótica (Ayala-Aponte et al., 2009; Chenlo et al., 2008; Arreola y Rosas, 2011).

Para mejorar la eficiencia del proceso y entender los mecanismos de transferencia de masa que ocurren en la deshidratación osmótica es necesario entender el papel que desempeñan estas diferentes variables (González, 2009).

1.3.1 Concentración de la solución.

La concentración del jarabe influye directamente sobre la velocidad de osmodeshidratación, porque al mantener una alta diferencia de concentraciones a lado y lado de la membrana, se incrementa más la presión osmótica, favoreciendo un rápido flujo de agua a través de la membrana en busca del equilibrio (González, 2009).

1.3.2 Temperatura de la solución.

Como en la mayoría de los procesos de deshidratación, la temperatura es un factor importante en la DO. Es importante mencionar que temperaturas más elevadas generalmente promueven una pérdida de agua mucho más rápida que los conducidos a bajas temperaturas. Esto se debe a que la temperatura disminuye la viscosidad de la solución osmótica y ello promueve que ésta fluya con menos dificultad dentro de la heterogénea conformación del tejido alimentario.

Sin embargo, la aplicación de temperaturas por encima de 60ºC puede inducir a daños contra la integridad del tejido alimentario. Además, las elevadas 11

temperaturas pueden causar pardeamiento interno y ocasionar pérdidas de compuestos termolábiles (vitaminas, compuestos aromáticos, entre otros).

Algunos parámetros de temperatura usados son: temperatura ambiente, 25, 30 y 40ºC (Suca Apaza, 2008).

1.3.3 Tiempo de procesamiento.

La pérdida de agua y ganancia de sólidos es mayor durante las primeras horas del proceso. Luego, disminuye significativamente como consecuencia de la progresiva disminución de la presión osmótica. En realidad, el tiempo de proceso está en función de las condiciones de deshidratación y de las características del alimento (Suca Apaza, 2008).

1.3.4 Tipo de agente osmótico.

Para la deshidratación osmótica se emplean soluciones altamente concentradas de solutos de bajo costo, tales como sacarosa, glucosa, fructosa, cloruro de sodio, glicerol, sorbitol y combinaciones de estos, presentando efecto sinérgico, como es el caso de la mezcla sacarosa-cloruro de sodio. Generalmente, las soluciones de sacarosa son usadas para frutas y las soluciones de cloruro de sodio para vegetales (Vega-Galves, et al., 2007).

Figura 2. Características de los agentes osmóticos. Fuente: Barbosa-Canovas GV, Vega-Mercado H, Deshidratación osmótica, 2002.

12

1.3.5 Naturaleza del alimento.

Los alimentos son derivados de organismos vivos, que están compuestos de células. La estructura de estas células es uno de los contribuyentes de la característica textural de los alimentos. La variabilidad observada en los alimentos está relacionada principalmente con la compactación del tejido, contenido inicial de sólidos solubles e insolubles, espacios intercelulares, presencia de gas, relación entre las diferentes fracciones de pectina (pectina hidrosoluble y protopectina) y nivel de gelificación de la pectina. Por ejemplo, la compactación está directamente relacionada con la densidad aparente de los alimentos y ésta, a su vez, tiene que ver con la porosidad. En algunos estudios se ha demostrado que una mayor porosidad del tejido, aumenta la velocidad de transferencia de masa; por lo tanto, el proceso de DO toma menos tiempo (Suca Apaza, 2008).

1.3.6 Tamaño y forma.

Si se procesaran los alimentos en forma entera, no se lograría el objetivo de la osmodeshidratación,

mucho

menos,

se

obtendría

el

producto

con

las

características deseadas. Por ello, se deben reducir de tamaño. Cuanto mayor es el área superficial con respecto al volumen, mayor será el área de contacto con la solución; por consiguiente, mayor será la velocidad de deshidratación. Para obtener mejores resultados, también es necesario que las unidades trozadas de alimento sean de la misma geometría y del mismo tamaño (Chavarro - Castrillón, et al., 2006).

13

Figura 3.Geometría de reducción de tamaño de alimentos para deshidratación osmótica Fuente: SucaApaza, Manual de osmodeshidratación, 2008.

1.3.7 Relación solución osmótica/alimento La relación solución osmótica / alimento expresa la cantidad de solución requerida por unidad de peso del alimento a deshidratar. Este factor es importante en el proceso de DO. Cuando se sumerge el alimento en la solución, éste pierde agua de manera progresiva y a una velocidad directamente proporcional a la fuerza osmótica. Una forma de mantener constante la fuerza osmótica, y por ende, la 14

concentración de los solutos, es utilizando soluciones osmóticas que superen largamente, en volumen o peso, la cantidad de alimento a deshidratar. Es decir, utilizar proporciones de alimento: solución deshidratante del orden de 1:5 a 1:10.

Si bien esta medida es viable a nivel de laboratorio y planta piloto, es inviable a nivel industrial, puesto que significaría un sobredimensionamiento de equipos de planta, haciendo muy difícil los trabajos con equipos grandes (Suca Apaza, 2008).

1.3.8 Aplicación de vacío.

La transferencia de masa durante la deshidratación osmótica bajo vacío parcial es más rápida que bajo presión ambiente. La utilización de vacío proporciona una intensificación de los flujos de transporte de masa en el sistema, debido al gradiente de presión. En algunos alimentos como la piña, manzana o papa, la presencia de celdas de aire es característica de su tejido parenquimático. Estas celdas ocupadas por gas pueden ser removidas por aplicación de presiones de vacío. Como consecuencia, la reducción de la presión causa la expansión y escape del gas ocluido en los poros. Cuando la presión es restaurada, un torrente de solución osmótica ocupa las celdas, incrementando, de esa manera, el área superficial de transferencia de masa (Suca Apaza, 2008).

1.3.9 Porosidad.

Este es un factor importante en la deshidratación osmótica ya que influye en las cinéticas de transferencia de masa como lo son perdida de agua (WL) y ganancia de solidos (SG). Esta se define como la fracción de volumen del aire ocluido dentro del poro del producto Biológico (Ayala-Aponte, et al., 2009).

1.3.10 Agitación.

La agitación es una operación física que hace más uniforme a un fluido, generando

una distribución homogénea de las propiedades del sistema. La

deshidratación osmótica

normalmente se lleva a cabo con agitación de la 15

solución para reducir o evitar la resistencia externa del sistema osmótico para incrementar la pérdida de agua (Ayala-Aponte, et al., 2009). Si el sistema es agitado, el agua que ha salido del alimento es retirada del contacto con las paredes del alimento y es reemplazada por jarabe concentrado que permitirá el establecimiento de una alta diferencia de concentraciones con lo que se logra el aumento de la velocidad de deshidratación (González, 2009). La configuración del rodete y la velocidad de agitación, así como las revoluciones por minuto, no deben dañar la integridad del tejido alimentario (Suca Apaza, 2008).

1. 4 

VENTAJAS DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA.

Conservación de la calidad sensorial y nutricional de las frutas. El agua que sale del interior de la fruta a la solución osmótica de temperatura ambiente y en estado líquido, evita las pérdidas de aromas propios de la fruta, a diferencia de lo que ocurre mediante otras técnicas.



La ausencia de oxígeno en el interior de la solución osmótica donde se sumerge la fruta, evita las correspondientes reacciones de oxidación que afectan directamente la apariencia del producto final.



La fruta obtenida conserva en alto grado sus características de color, sabor y aroma. Además, si se deja deshidratar suficiente tiempo es estable a temperatura ambiente (18 ºC) lo que la hace atractiva a varias industrias.



La relativa baja actividad de agua del jarabe concentrado, no permite el fácil desarrollo de microorganismos que rápidamente atacan y dañan las frutas en condiciones ambientales.



El uso de azúcar (sacarosa) o jarabes y melazas tan disponibles en el medio rural, con la posibilidad de su reutilización bien sea en nuevos procesos o para edulcorar otros productos la hace una técnica interesante.

(González, 2009).

16

1. 5 

DESVENTAJAS DE LA DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

Entre las limitaciones que presenta esta técnica de ósmosis está que no a todas las frutas puede aplicarse. Por ahora solo se emplean las frutas que presentan estructura sólida y pueden cortarse en trozos.



Una característica en la operación de inmersión de la fruta en el jarabe es la flotación. Esto es debido a la menor densidad de la fruta que tendrá 5 a 6 veces menos porcentaje de sólidos que el jarabe y a los gases que esta puede tener ocluidos. Cuando se intenta sumergir toda la masa de fruta dentro del jarabe se forma un bloque compacto de trozos que impiden la circulación del jarabe a través de cada trozo, con lo que se obtiene la ósmosis parcial de la fruta.



Las frutas obtenidas, dependiendo del grado de deshidratación, por lo general no son productos estables, sino semielaborados que pueden complementarse con otras técnicas que podrían encarecer el producto final.

Las investigaciones desarrolladas en diferentes centros han estudiado complementar la ósmosis con la refrigeración, pasteurización, congelación, deshidratado mediante diferentes técnicas o en condiciones de secado solar. Los resultados han sido diversos tanto en calidad sensorial como de vida útil en anaquel.

(González, 2009).

1. 6

MODELOS DE EQUIPOS DE DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

A continuación se presentan todos los modelos de Equipos para deshidratación osmótica planteados por Marouze, et al., 2001.

17

1.6.1 Alimento sumergido en solución sin agitación.

La inmersión en un baño estático es el modo más simple o de poner en contacto el alimento con una solución osmótica. Esto se empleó frecuentemente en el pasado y aún es empleado en la actualidad. Esta técnica es aplicada al procesado de frutas y vegetales y al salado y marinado de la carne y el pescado. En principio, el movimiento de la solución en relación con el alimento es leve, por lo general nulo.

Como la temperatura no puede controlarse si la solución se encuentra circulando, los tanques son colocados en una cámara regulada a la temperatura requerida (Marouze, et al., 2001).

1.6.2 Sin renovar la solución.

Dispositivos para el azucarado y salado consisten esencialmente de tanques con solución en los cuales el alimento es sumergido, a menudo en cestas de red-amplia (Figura 4). Aparte de la inmersión y posterior remoción del alimento, no hay ningún movimiento de la solución en relación con el alimento. El objetivo de tales procesos es la impregnación, por lo cual estos procesos son prolongados (desde 10 horas hasta 8 días) con una cinética de transferencia lenta (Marouze, et al., 2001).

Figura 4. Productos sumergidos en solución sin agitación o renovación de solución. Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

18

1.6.3 Con renovación de la solución Procesos de Semi-endulzado emplean una serie de varios tanques que contienen soluciones cada vez más concentradas en las cuales los trozos de alimento son sumergidos sucesivamente (Figura 5). Se logra mantener las concentraciones iníciales mediante la circulación lenta de la solución de tanque a tanque en la dirección opuesta a la que los alimentos son transferidos. El desplazamiento de la solución en relación con el alimento es prácticamente nulo, no hay agitación alguna en la transferencia del alimento, solo la que hay al trasvasar el alimento de un tanque al siguiente (Marouze, et al., 2001).

Figura 5.Productos sumergidos en la solución sin agitación pero con renovación de solución.

Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

19

1.6.4 Con movimiento lento del alimento dentro del tanque de la solución.

El alimento sumergido en un tanque alargado es desplazado longitudinalmente de forma mecánica. El alimento es transportado horizontalmente por medio de cestas que contienen el alimento o mediante un transportador (Figura 6). El transportador puede forzar la inmersión si el alimento es más ligero que la solución, o impedirle dirigirse al fondo del tanque. La agitación en el centro de la masa de alimentos es casi nula, aun cuando la solución es añadida al tanque cada cierto tiempo (Marouze, et al., 2001).

Figura 6.Principio de movimiento lento del alimento en la solución. Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

1.6.5 Mezclado mecánico.

El contactor es un tanque horizontal cilíndrico equipado internamente y axialmente con un tubo helicoidal con láminas a intervalos regulares que dan un contraflujo axial de alimento El contactor mezcla el alimento en la solución bajo vacío (Figura 7). El control de la temperatura se logra haciendo circular vapor dentro del tubo (Marouze, et al., 2001).

20

Figura 7.Principio de agitación mecánica del alimento en la solución. Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

1.6.6 Cama percoladora fija en proceso Batch.

Los principios presentados a continuación ocurren con la solución circulando a través de los alimentos. Un arreglo externo al contactor es usado para difundir la solución mediante un circuito que consiste de una bomba y accesorios, dando la temperatura de solución, la concentración y el control del filtrado. Con el principio de percolado de cama fija empleado en el tratamiento por lotes (Batch), el alimento se coloca en cestas o sobre bandejas horizontales en un tanque vertical cilíndrico (Figura 8). Los productos son sometidos al principio de Arquímedes que es la fuerza, que los empuja contra la rejilla de separación la cual se encuentra encima, y al efecto conductor que es resultado de la circulación hacia abajo de la solución, y que evita su acumulación bajo la rejilla. La intensidad del último efecto es mucho más débil. Se requieren altos caudales de solución, y el tratamiento homogéneo del alimento depende de la distribución de flujo de la solución, la porosidad de la masa del alimento y de si realmente o no, se crean caminos preferenciales para el paso de la solución en la masa del alimento. Este principio ha sido usado en equipo piloto de laboratorio para alimentos enteros 21

y para

pedazos de alimentos en equipo industrial piloto para semiendulzado (Marouze, et al., 2001).

Figura 8.Principio de cama percoladora tipo Batch. Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

1.6.7 Cama percoladora móvil Se han realizado estudios con varios dispositivos para obtener las mejores condiciones de agitación y renovación de la capa límite de solución alrededor del alimento (Marouze, et al., 2001).

1.6.8 Cama percoladora con desplazamiento lento en contracorriente con el alimento.

En el primer prototipo, la parte principal del dispositivo es un tanque vertical cilíndrico en el cual la solución circula descendentemente (Figura 9). El alimento fresco se entrega por el tanque inferior mediante un alimentador hidráulico y forma una cama compacta que se eleva bajo el efecto del principio de Arquímedes (desplazamiento contracorriente). Al final del tratamiento el alimento que llega a lo

22

alto del tanque es extraído por un transportador en forma de cubo que permite el escurrimiento de la solución. Dificultades comunes de este método son: -

Obtención y distribución de velocidades de solución y desplazamiento del alimento dentro del contactor.

-

Prevención de acumulaciones de alimento y por lo tanto de la aseguración de un tratamiento homogéneo.

-

Perfeccionamiento del dispositivo de recuperación de alimentos en lo alto del tanque.

Para regular el desplazamiento vertical del alimento, los autores propusieron un segundo prototipo con compartimentos formados por una serie de placas perforadas horizontales, cada uno con una amplia abertura, montada sobre un eje vertical. La rotación de las placas redujo la velocidad de desplazamiento de alimentos, pero no permitió controlarla (Marouze, et al., 2001).

Figura 9.Principio de cama percolada con desplazamiento lento contra – corriente del Alimento Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

23

1.6.9 Cama percolada con desplazamiento lento a co-corriente del alimento.

El dispositivo consistió en una torre vertical con el alimento fresco y la solución entrando por la parte superior (Figura 10). Este era un dispositivo co-corriente con desplazamiento de alimento lento (varias horas de recorrido a través de la torre) y una alta velocidad de solución 20 veces más rápida que la velocidad de desplazamiento de alimentos). El dispositivo de regadera en lo alto de la torre dio una buena impregnación inicial del alimento antes de ser impulsado hacia abajo.

La base de la torre era cónica y contenía un dispositivo que mezclaba el alimento re-inyectando de nuevo parte de la solución, y alimento tratado a la salida por transporte hidráulico (Marouze, et al., 2001).

Figura 10.Principio de cama percolada con desplazamiento lento co – corriente del alimento.

Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

1.6.10 Cama percolada con desplazamiento alternado del alimento.

Se emplean dispositivos adicionales para la agitación vertical de cestas que intentan prevenir el paso de la solución a lo largo de caminos preferenciales. En 24

un equipo industrial, las cestas fueron desplazadas verticalmente por un dispositivo conector abierto (Marouze, et al., 2001).

1.6.11 Fluidización inversa.

Con el proceso por lotes, el alimento es colocado en una columna vertical y sometido a un flujo intenso de solución, dando lugar a la fluidización inversa, en el ejemplo, la fuerza motriz está en la dirección opuesta y es de la misma intensidad que la fuerza de Arquímedes. La fluidización hace que la cama de alimentos se expanda, dando una buena circulación de la solución alrededor de las piezas y optimizando la transferencia de masa. La heterogeneidad de las piezas, conduce a cambios en las velocidades de fluidización durante el tratamiento, lo cual hace de esta una técnica muy difícil de implementar (Marouze, et al., 2001).

1.6.12 Inmersión con agitación intermitente.

Los principios presentados anteriormente con agitación continua a menudo se emplean en endulzado, semiendulzado o salado. El desplazamiento de la solución en relación con el alimento es leve excepto con los dos últimos principios presentados, los cuales fueron desarrollados para facilitar la transferencia de masa y de ahí la deshidratación mediante una agitación más vigorosa; pero estos métodos son difíciles de poner en práctica. Una agitación más vigorosa es esencial si nuestro objetivo es favorecer la deshidratación (más que la impregnación), pero la agitación continua es innecesaria. De ahí la idea de la agitación intermitente, con secuencias cortas de agitación vigorosa seguida de periodos más largos de agitación leve o ninguna (Marouze, et al., 2001).

1.6.13 Mezclado Hidráulico.

Trozos de alimento son sumergidos con fuerza por una amplia red de rejilla horizontal colocada justo debajo de la superficie (Figura 11). Un motor vertical proyecta la solución contra por la rejilla y en la parte superficial propulsa los 25

pedazos que se colocan en su trayectoria hacia el inferior del tanque. Finalmente los trozos de alimento se elevan libremente bajo el efecto de la fuerza de Arquímedes juntándose así una masa de trozos de alimento. El inyector esparce la solución en la superficie de la rejilla moviéndose horizontalmente, mezclándose así toda la masa de trozos de alimento. El principio ha sido probado satisfactoriamente en el tratamiento por lotes, utilizando un tanque cilíndrico y una aspersión radial en círculos. La aplicación de este principio al tratamiento continuo ha sido prevista pero no se ha construido ningún dispositivo apropiado. Los pedazos de fruta son agitados enérgicamente moviéndose hacia abajo, la agitación es menos vigorosa conforme se elevan hacia arriba. La solución sale mediante un derramadero, permitiendo mantener un volumen constante de la solución. Para que la cama de alimentos se expanda, es necesario un cierto volumen libre de alimento en el fondo del tanque, lo cual pone un límite superior para la proporción masa de solución / masa de alimentos. El flujo de solución es muy fuerte cuando golpea la masa de alimentos situada bajo la rejilla, por lo que este principio no puede ser empleado con trozos frágiles o largos de alimento (Marouze, et al., 2001).

26

Figura 11.Principio de agitación hidráulica del alimento. Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

1.6.14 Combinación de mezclado hidráulico con mecánico.

El principio consiste (Figura 12) en forzar el alimento a ir al fondo del recipiente mediante un dispositivo mecánico, y ser liberado en el fondo del contactor. Para después ascender libremente en la solución bajo el efecto de la fuerza de Arquímedes proporcionando la agitación suficiente para renovar la solución que rodea el alimento y activar la transferencia de masa (Marouze, et al., 2001). Un sistema de circulación externo al contactor permite mantener la temperatura de solución apropiada y la concentración, pero no tiene un uso directo en la agitación.

Para el proceso por lotes, esta técnica consiste en un tornillo de gusano colocado coaxialmente dentro de un tanque cilíndrico vertical. La cima del tornillo se encuentra encima de la superficie libre de las piezas y se mantiene la soluciona nivel constante. Conforme el tornillo gira, las capas de alimentos descienden a la

27

parte baja del tornillo alanzando el fondo del tanque, finalmente el alimento se eleva hacia la superficie (Marouze, et al., 2001).

Figura 12.Principio de combinación agitación mecánica/ agitación hidráulica del alimento en el proceso por lotes. Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

La segunda opción (Figura 13), para el tratamiento continuo, es un tambor cerrado en posición horizontal con láminas internas longitudinales y particiones en forma de crestas ascendentes, dividiendo el área interna en compartimentos abiertos hacia el centro. Las piezas de alimento se introducen, junto con la solución, a lo largo del eje del cilindro. La fuerza de Arquímedes los impulsa a los compartimentos superiores y son transportados girando, la forma de las láminas debe ser tal que sean liberados en la parte inferior del cilindro. Conforme los trozos ascienden, el movimiento frontal de la solución en el tambor hace que se muevan ligeramente en dirección axial. Este movimiento puede ser acelerado o reducido según el ángulo del tambor con respecto a la horizontal. En el otro extremo del tambor, un deflector coge los pedazos y son retirados axialmente de la solución conforme abandonan el tambor (Marouze, et al., 2001).

28

Figura 13. Principio de agitación combinada mecánica / hidráulica del alimento en proceso continuo. Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

1.6.15 Inmersión combinando el desplazamiento del alimento y de la solución.

Este principio es usado en el proceso por lotes, para piezas de carne o pescado (Figura 14). Se cortan en filetes y son colocadas sobre bandejas arregladas en una cama fija a una horquilla. La bandeja es sumergida en un tanque, con dimensiones internas que ajustan a las dimensiones externas de las bandejas. El ciclo de tratamiento consiste en una descenso rápido de las bandejas, una pausa, y luego su ascenso lento. El movimiento rápido de descenso de las bandejas causa desplazamiento de la solución hacia el alimento. Cuanto mayor sea la carga sobre las bandejas, más rápido es el movimiento relativo de la solución. La subida se hace lenta para prevenir que los trozos de alimento queden atrapados bajo las bandejas por la fuerza de Arquímedes, se desprendan y sean desplazadas horizontalmente. El recorrido es tal que los trozos de alimento se mantienen sumergidos todo el tiempo (Marouze, et al., 2001).

29

Figura 14. Principio de inmersión combinando desplazamiento del alimento y solución. Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

1.6.16 Flujo de una capa delgada de solución alrededor del alimento.

Los principios que implica la inmersión requieren una alta proporción en masa solución/alimentos. Es necesaria la renovación de la solución sobre la superficie del producto, la masa de alimentos tiene que expandirse (para separarlas piezas y permitir al paso de la solución). Se establece una capa fina de solución alrededor del producto con el flujo de la solución –creando movimiento- la función puede lograrse sin grandes volúmenes de solución, como los requeridos en el proceso de inmersión. Se han diseñado varios dispositivos que operan bajo este método, los cuales se exponen a continuación (Marouze, et al., 2001).

1.6.17 Mojado uni-capa.

En el dispositivo, el alimento fue colocado sobre una banda transportadora perforada y rociado con una solución concentrada (Figura 15). La solución se recupera

debajo

de

la

banda

y

es

reciclada.

El

principio

satisface

inmejorablemente al tratamiento continuo, pero la transferencia de masa es baja sobre la superficie que no se rocía directamente, sobre todo si los trozos de alimento permanecen encimados o juntos. Además, como los trozos de alimento 30

se encuentran regados sobre el transportador en una capa delgada, el área requerida para tratar una cantidad considerable es grande, así como las cantidades de flujo (Marouze, et al., 2001).

Figura 15.Principio de mojado Uni – capa con transportador. Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

1.6.18 Acción recurrente por aspersión multinivel.

Para vencer las desventajas de la aspersión uni-capa, han propuesto una deshidratación e impregnación empapante (DIS) diseñada para productos alimenticios, en particular para productos de carne (Figura 16). Se acomodaron filetes de pescado en bandejas acanaladas. Las bandejas fueron apiladas y rociadas continuamente con la solución. El flujo de solución fue canalizado a lo largo del eje de las bandejas, para que los filetes sobre todas las bandejas fueran mojados, y por lo tanto tratados, de modo idéntico. El proceso es fácil de poner en práctica, tanto en proceso por lotes como por proceso continuo. Esto también reduce considerablemente el volumen de solución efectivo, reduce además el tamaño del equipo y optimiza la transferencia de masa (Marouze, et al., 2001).

31

Figura 16.Principio de acción recurrente de mojado multinivel Fuente: Marouze C, Giroux F, Collignan A, Rivier M, Equiment design for osmotics treatments, 2001.

1.6.19 Deshidratador osmótico Universidad de la Sabana.

Este equipo consta de dos reactores, tubería de conexión entre los reactores, y flujometro. También se dispone de una novasina que cuantifica la actividad de agua en la fruta o muestra de solución. La forma de operación de este equipo es en los regímenes Batch, Fed-batch y Reciclo. El régimen Batch se caracteriza por que permite la deshidratación de la fruta con el uso de un solo tanque, lo cual hace que la concentración de la solución osmótica en la que se encuentra la fruta tenga una tendencia bajar. El régimen Fed-batch se utiliza en el otro tanque que alimenta al primer tanque con el objetivo de suplir la desconcentración que sufre la solución osmótica por efecto de la inmersión de la fruta en el primer tanque. El régimen reciclo opera recirculando la solución del segundo tanque al primer tanque (Collazos, 2004).

32

Figura 17.Deshidratador osmótico Unisabana Fuente: Collazos C, Escobar A, Modelamiento y simulación de un proceso de deshidratación osmótica en régimen Fed-Batch 2001.

1. 7

ELEMENTOS AUXILIARES DEL EQUIPO

A continuación se describen cada uno de los elementos que componen el sistema de agitación del deshidratador osmótico, las características principales y el funcionamiento de estos.

1.7.1 Acero inoxidable.

El acero inoxidable es una aleación de hierro y carbono que contiene por definición un mínimo de 10,5% de cromo. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes. Los principales son el níquel y el molibdeno. Es un tipo de acero resistente a la corrosión, el cromo que contiene posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora que evita la corrosión del hierro contenido en la aleación (Medina Romero, 2007).

1.7.2 Excéntrica.

Consiste básicamente en un disco (rueda) dotado de dos ejes: Eje de giro y el excéntrico. Por tanto, se distinguen en ella tres partes claramente diferenciadas: -

El disco, sobre el que se sitúan los dos ejes.

-

El eje de giro, que está situado en el punto central del disco (o rueda) y es el que guía su movimiento giratorio.

33

-

El eje excéntrico, que está situado paralelo al anterior pero a una cierta distancia (Radio) del mismo.

Con la ayuda de la excéntrica se puede lograr Transformar un movimiento giratorio en lineal alternativo (sistema excéntrica-biela) Con la ayuda de una biela, transformar en lineal alternativo el movimiento giratorio de un eje (la conversión también puede hacerse a la inversa). Si se añade un émbolo se obtiene un movimiento lineal alternativo perfecto (Bermúdez, et al., 2011).

Fig. 18 Excéntrica en acero inoxidable. Fuente: Autores

1.7.3 Resorte.

Son componentes mecánicos que se caracterizan por absorber deformaciones considerables bajo la acción de una fuerza exterior, volviendo a recuperar su forma inicial (Elasticidad) (Serway, 2005).

1.7.4 Motor reductor.

Toda máquina cuyo movimiento sea generado por un motor ya sea eléctrico, de explosión u otro, necesita que la velocidad de dicho motor se adapte a la velocidad necesaria para el buen funcionamiento de la máquina. Además, de esta adaptación de velocidad, se deben contemplar otros factores como la potencia mecánica a transmitir, la potencia térmica, rendimientos mecánicos (estáticos y dinámicos). Esta adaptación se realiza generalmente con uno o varios pares de 34

engranajes que adaptan la velocidad y la potencia mecánica montados, en un cuerpo compacto denominado reductor de velocidad (Serway, 2005)

1.7.5 Bomba de aire.

Es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir (Serway, 2005)

35

2. METODOLOGÍA

Con el siguiente proyecto se llegó al diseño, construcción y montaje de un equipo para Deshidratación Osmótica por lotes, con un sistema de agitación, por medio de una investigación de tipo tecnológica.

La metodología planteada tuvo como objetivo, definir los pasos a seguir en el diseño, construcción y montaje de un deshidratador osmótico por lotes con un sistema de agitación, por lo que se planean actividades consecutivas que darán a los autores una guía clara del procedimiento para la toma de decisiones.

Inicialmente se realizó una matriz de ponderación la cual facilitó la selección del diseño del deshidratador, posteriormente

se realizó una pre experimentación

para estudiar el comportamiento de la agitación

en el equipo a diseñar

y

finalmente se realizaron los cálculos correspondientes para determinar las dimensiones del tanque osmodeshidratador, diseño de canastillas, fuerza

de

empuje en el tanque osmodeshidratador, balance de fuerzas, potencia del motor reductor e inyección de aire.

2.1

MATRIZ DE PONDERACIÓN PARA LA SELECCIÓN DEL DISEÑO DEL EQUIPO

Las Matrices de Ponderación, como herramienta de toma de decisiones multicriterios, son muy usadas para seleccionar entre un grupo de sucesos, sujetos o formas que se presenten; el que más se adecue para los objetivos planteados. Para desarrollar una matriz, se considera indispensable mostrar elementos que caractericen algunas de sus variantes, así como la metodología a seguir para su aplicación (Hernández y Garcia, 2007).

36

Con base a lo anterior, se realizó una matriz de ponderación con el objetivo de seleccionar entre una serie de diseños establecidos por Marouze et al. (2001), cuál se ajustaba para la innovación en el diseño del deshidratador osmótico por lotes, con sistema de agitación. Para esto se plantearon trece parámetros distintos, y para cada uno de ellos se estableció unos criterios de evaluación con valores de preferencia; como se muestra en la siguiente escala: -

Valor 3: Favorable al diseño

-

Valor 2: Nivel medio favorable al diseño

-

Valor 1: Desfavorable para el diseño

La lista de parámetros y criterios de evaluación planteados se observan en la Tabla 1 y la matriz se desarrolló como se indica en la Tabla 2.

Esto con el fin de expresar las relaciones de cada equipo con la utilidad que se le da y lo que se requiere para el diseño del equipo osmodeshidratador.

37

Parámetros 1. El equipo realiza una producción por lotes o continuo

2. Dimensiones del Equipo

Criterios de Evaluación Lotes Lotes y Continuo Continuo Nivel Planta Piloto Nivel Planta Piloto e Industrial Nivel Industrial Bajo

3. Existe daño mecánico en la fruta

1 3 2 1 3 1 3 2 1 3 1 3 2

No

1

Nivel Planta Piloto Nivel Planta Piloto e Industrial Nivel Industrial Si

3

No Si

1 3

No Si

1 3

No Si

1 3

No

1

Si No

3 1

5. Tiempo del proceso de osmodeshidratación 6. Proceso Estático o Dinámico 7. El equipo presenta versatilidad respecto a los trozos y la forma de los alimentos para osmodeshidratar.

9. Facilidad para retirar y remover el alimento

2

Medio Alto Si No Corto Medio Largo Dinámico Estático Si Medio

4. Presenta un sistema de vacío

8. Proporción solución – alimento

Valor de preferencia 3 2 1 3

10. Facilidad para retirar y remover la solución.

11. Existe un control de variables.

12. El equipo es multipropósito (variedad de alimentos para osmodeshidratar) 13. El equipo tiene un sistema de recirculación de la solución.

2 1 3

Tabla 1. Tabla de parámetros y criterios de evaluación para la matriz de selección. Fuente: Autores

38

Dimensiones

Daño mecánico

sistema de vacío

Tiempo de osmodeshidratación

Agitación (Estático y Dinámico)

Versatilidad

Proporción solución/alimento

Facilidad para retirar y remover alimento

Facilidad para retirar y remover la solución

Control o no control de variables

Multipropósito

Recirculación

PONDERACIÓN

Sin renovar la solución Con renovación de solución Con movimiento lento del alimento dentro del tanque de solución Mezclado mecánico Cama percoladora fija en proceso batch Cama percoladora con desplazamiento lento en contracorriente con el alimento Cama percolada con desplazamiento lento co-corriente del alimento Cama percolada con desplazamiento alternado del alimento Fluidización inversa Mezclado hidráulico Combinación de mezclado hidráulico con mecánico Inmersión combinando el desplazamiento del alimento y de la solución Mojado uni-capa Acción recurrente por aspersión multinivel

Producción por lotes o continuo

MODELOS CITADOS POR Marouze, et al. (2001)

3 3 2 3 3 1 1 3 3 3 1 3 2 2

2 1 1 2 3 1 1 1 2 3 2 3 1 2

3 3 3 1 2 2 2 2 3 2 1 2 3 3

1 1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 1 2

1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

3 3 2 1 2 2 1 2 1 2 1 3 2 2

2 1 1 2 3 1 1 1 2 3 2 3 1 2

3 3 3 1 3 3 3 3 1 1 1 3 3 3

1 1 3 3 1 1 3 3 1 3 3 1 1 1

1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1

3 3 1 1 3 1 3 3 1 3 1 1 1 1

1 3 3 1 3 3 3 3 3 1 1 1 3 3

25 25 25 26 32 21 24 28 24 28 20 29 23 26

Tabla 2. Matriz de ponderación, para selección del diseño del equipo. Fuente: Autores

39

De acuerdo con los resultados de la matriz de ponderación, para el diseño del equipo osmodeshidratador por lotes, con sistema de agitación; se encontró que dentro de los modelos y diseños propuestos por Marouze et al. (2001), los dos que más se ajustaron por su mayor valor en la ponderación fueron: Cama percoladora fija en proceso batch e Inmersión combinando el desplazamiento del alimento y de la solución. Cada uno de éstos modelos presentan características importantes que generan un aporte hacia el diseño del equipo osmodeshidratador, sin embargo se decidió por el segundo (Inmersión combinando el desplazamiento del alimento y de la solución), ya que permite emplear la agitación, que es la variable principal de estudio en el diseño del equipo.

La selección del modelo permitió plantear unos criterios claros sobre el diseño del equipo osmodeshidratador por lotes con sistema de agitación; procediendo a realizar diferentes prácticas de laboratorio para determinar experimentalmente con diferentes métodos de agitación el comportamiento del alimento y de la solución en la deshidratación osmótica, para establecer el posible efecto del equipo a nivel de planta piloto.

2.2

PRE-EXPERIMENTACIÓN

PRÁCTICAS

DE

LABORATORIO

PARA

ESTABLECER UN PRE-DISEÑO.

Se realizaron tres prácticas de laboratorio, con el objetivo de simular manualmente distintos

sistemas

de

agitación,

y

ayudar

osmodeshidratador por lotes.

40

en

el

diseño

del

equipo

A continuación se muestra un cuadro resumen de las prácticas que se plantearon:

Practica N°

Nombre Práctica

Propósito

1

Estudiar un sistema de agitación por Osmodeshidratación con sistema de émbolo vertical en el proceso y agitación por émbolo. compararlo con otro proceso en medio estático, sin agitación.

2

Estudiar un sistema de agitación por Osmodeshidratación con sistema de burbujeo en el proceso y compararlo agitación por burbujeo con otro proceso en medio estático, sin agitación.

3

Combinar los dos sistemas de Combinación sistema de agitación agitación de las dos primeras émbolo-burbujeo prácticas, y así establecer que sistema se empleara en el equipo

Tabla. 3. Prácticas de laboratorio evaluación del sistema de agitación. Fuente: Autores

2.2.1 Práctica de osmodeshidratación con sistema de agitación por émbolo Para realizar ésta práctica se dispuso de los siguientes materiales: -

Piña var. Perolera

-

Canastilla plástica para colocar la fruta

-

Recipiente capacidad 2 lt

-

Eje para sostener la canastilla

-

Solución de sacarosa 50 °Brix

Proceso: Para el tratamiento de deshidratación osmótica con sistema de agitación por émbolo, se utilizaron 100 g de piña var. Perolera, previamente seleccionada y lavada para su uso. Se colocó la fruta en la canastilla plástica y se ajustó con el eje, con el fin de realizar manualmente el movimiento de arriba hacia abajo dentro de la solución de sacarosa a 50 Brix. Para el proceso de osmodeshidratación se mantuvo una relación 1:4 entre fruta y solución.

41

En las figuras 19, 20 y 21 se muestra como funcionó el sistema

Figura 19. Canastilla con piña Fuente: Autores

Figura 20. Canastilla con eje Fuente: Autores

Figura 21. Recipiente para osmodeshidratar Fuente: Autores

El proceso fue comparado con otro realizado sin agitación (medio estático), bajo las mismas condiciones de tiempo y manejo de solución osmótica.

Para esta prueba y todas las realizadas en el trabajo de investigación referente al proceso de deshidratación osmótica, se utilizaron las siguientes ecuaciones; con el fin de conocer los porcentajes de pérdida de peso, ganancia de sólidos y perdida de agua.

Ecuación 2. Porcentaje de pérdida de peso.

Ecuación 3. Ganancia de sólidos.

42

Ecuación 4. Perdida de agua

(Ecuaciones tomadas de Maldonado et al., 2008).

Dónde: %WR = porcentaje pérdida de peso %SG = porcentaje ganancia de sólidos % WL = porcentaje pérdida de agua Wi

= peso de la muestra inicial en g

Wt

= peso de la muestra al tiempo t en g

SSi

= sólidos solubles iniciales (°Brix) expresados en g sólidos.100 g–1 MF

SSt

= sólidos solubles al tiempo t (°Brix) expresados en g sólidos.100 g–1 MF

Con la intención de probar otro sistema de agitación que además genere turbulencia al proceso se realizó una práctica de deshidratación osmótica con sistema de agitación por burbujeo.

2.2.2 Práctica de osmodeshidratación con sistema de agitación por burbujeo Se realizó una práctica de deshidratación osmótica con el fin de probar un sistema de agitación por burbujeo y ver como contribuye éste en cuanto a la cinética del proceso y compararlo con el sistema de agitación por émbolo.

43

Para realizar ésta práctica se dispuso de los siguientes materiales: -

Piña Var. Perolera

-

Canastilla plástica para colocar la fruta

-

Recipiente capacidad 2 lt

-

Eje para sostener la canastilla

-

Solución de sacarosa 50 °Brix

-

Bomba de aire (tipo acuario),Poder Rife P-100 para realizar burbujeo

Proceso: Para el tratamiento de deshidratación osmótica con sistema de agitación por burbujeo, se utilizaron 100 g de piña var. Perolera, previamente seleccionada y lavada para su uso. Se colocó la fruta en la canastilla plástica y se ajustó con el eje, con el fin de sumergirla en la solución de sacarosa a 50 Brix. Adicional se instaló la bomba de aire con el fin de burbujear y generar turbulencia en la solución. Para el proceso de osmodeshidratación se mantuvo una relación 1:4 entre fruta y solución.

En la figura 22 se muestra como funcionó el sistema

Figura 22. Agitación con burbujeo. Fuente: Autores

44

El proceso fue comparado con otro realizado sin agitación (medio estático), bajo las mismas condiciones de tiempo y manejo de solución osmótica.

2.2.3 Práctica Combinación sistema de agitación émbolo-burbujeo Con los dos sistemas de agitación probados anteriormente se demostró que la pérdida de agua en el alimento aumenta considerablemente en cada uno de ellos, debido a esto se realizó una prueba en la que se combinaran los dos sistemas de agitación, y así ver su comportamiento. Para esta prueba se trabajó bajo las mismas condiciones de las dos anteriores, referente al tiempo de tres horas y la concentración de la solución, y se combinó el sistema de agitación y burbujeo para generar mayor turbulencia.

El sistema funcionó como se muestra en la figura 23:

Figura 23. Sistema de agitación embolo-burbujeo. Fuente: Autores

El proceso fue comparado con otro realizado sin agitación (medio estático), bajo las mismas condiciones de tiempo y manejo de solución osmótica.

Debido a que los resultados de cada uno de los sistemas de agitación y la combinación de ambos influye positivamente sobre la perdida de agua del alimento, se planteó el diseño del equipo deshidratador osmótico por lotes con un sistema de agitación mixto en el que se emplee un émbolo vertical que genere un movimiento de arriba hacia debajo dentro de la solución osmótica y que adicional por medio de una bomba de aire genere mayor turbulencia.

45

2.3 CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DEL EQUIPO OSMODESHIDRATADOR POR LOTES, CON SISTEMA DE AGITACIÓN

Para el diseño del equipo osmodeshidratador se desarrollaron una serie de cálculos que permitieron dimensionar el equipo y construirlo; los cálculos realizados se presentan en la siguiente tabla:

CALCULO A REALIZAR

PROPÓSITO

Diseño del tanque para osmodeshidratar

Dimensionar el tanque según los requerimientos de proceso planteados por los autores

Diseño de las canastillas para la fruta

Dimensionar las canastillas de acuerdo a la capacidad de fruta que se quiere osmodeshidratar.

Fuerza de empuje en el tanque osmodeshidratador

Realizar un balance de fuerzas dentro del tanque osmodeshidratador y determinar la fuerza requerida que debe hacer el motor reductor.

Potencia del motor reductor usado en el equipo

Dimensionar la potencia del motor que se debe utilizar para montar el sistema de agitación por embolo.

Inyección de aire al osmodeshidratador

Determinar el flujo de aire que ingresa a la solución, para realizar agitación por burbujeo.

Tabla 4. Cálculos a realizar para el Diseño del Equipo osmodeshidratador por lotes.

Fuente: Autores

46

3.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3. 1

RESULTADOS PRE-EXPERIMENTACIÓN PRÁCTICAS LABORATORIO PARA ESTABLECER UN PRE-DISEÑO.

DE

En la sección anterior se mencionaba la elaboración de prácticas de laboratorio con el objetivo de simular manualmente distintos sistemas de agitación, y ayudar en el diseño del equipo osmodeshidratador por lotes. Los resultados de dicha experimentación fueron:

3.1.1 Práctica de osmodeshidratación con sistema de agitación por émbolo

Se realizó una comparación entre el proceso de D.O con sistema de agitación por émbolo con otro en medio estático (sin agitación). Los resultados luego de tres horas de proceso fueron:

PRÁCTICAS Tratamiento 1 (Medio Estático) Tratamiento2 (Agitación embolo)

Wi (g)

Wf (g)

100

85

Solución osmótica Brix Brix inicial final 50

Fruta Fruta Brix inicial Brix final

46,7

% WR

% SG

% WL

14

15,00% 1,9% 16,9%

25

23,91% 9,0% 32,9%

10 100

45

50

44

Diferencia entre los dos tratamientos

8,91%

7,1%

16%

Tabla 5. Comparación tratamiento con y sin sistema de agitación por émbolo. Fuente: Autores

Como resultado de ésta práctica se evidenció que el sistema de agitación por émbolo hace un aporte significativo al proceso, ya que incrementa el porcentaje de pérdida de peso en 8,91%; el porcentaje de ganancia de sólidos en 7,1% y el porcentaje de pérdida de agua en 16%; en comparación con el proceso realizado en medio estático sin agitación.

47

3.1.2 Práctica de osmodeshidratación con sistema de agitación por émbolo Se comparó el proceso con medio estático (sin agitación) y los resultados luego de tres horas de proceso fueron:

PRÁCTICAS Tratamiento 1 (Medio Estático) Tratamiento 2 (Agitación con burbujeo)

Wi (g)

100

Solución osmótica Wf (g) Brix Brix inicial Final 85

50

Fruta Fruta Brix inicial Brix final

46,7

% WR

% SG

% WL

14

15,00%

1,9%

16,9%

27

18,00% 12,1%

30,1%

10 100

82

50

46,6

Diferencia entre los dos tratamientos

3%

10,2 % 13,2 %

Tabla 6. Comparación tratamiento con y sin agitación por burbujeo. Fuente: Autores

De la anterior prueba se encuentra que como ocurrió con el sistema de agitación por émbolo; el sistema de agitación con burbujeo aumentó los porcentajes de pérdida de peso, ganancia de sólidos y pérdida de agua en 3%; 10,2% y 13,2% respectivamente.

3.1.3 Práctica Combinación sistema de agitación émbolo-burbujeo Se realizó una comparación (tabla 8) entre los resultados obtenidos en el proceso en medio estático, sin agitación, y la combinación de los dos sistemas de agitación mencionados en las anteriores pruebas:

PRÁCTICAS Tratamiento 1 (Medio Estático) Tratamiento 2 (Sistema Émbolo con burbujeo)

Solución Wi (g) Wf (g) Brix Brix inicial final 100

85

50,2

Fruta Fruta Brix inicial Brix final

47,4

% WR

% SG

% WL

19,8

15,00%

4,6%

19,63%

14

34,00%

3,0%

36,96%

19%

-1,6%

17,33%

12,2 100

66

50,2

46,8

Diferencia entre los dos tratamientos

Tabla 7. Comparación tratamiento con y sin agitación por émbolo – burbujeo. Fuente: Autores

48

Como resultado final, de la combinación de ambos sistemas de agitación, se encontró que el proceso combinado respecto a la pérdida de agua, aumento en un 17,33%; y en cuanto a la pérdida de peso aumento en un 19%, para la fruta osmdodeshidratada.

En comparación con estudios realizados se evidencia que la deshidratación osmótica de frutas en medios osmóticos está ligeramente influenciada por la agitación del medio. De acuerdo con Chenlo et al. (2008) y Ayala-Aponte et al.

(2009) la agitación de la solución osmótica mostró un fuerte efecto sobre la pérdida de agua (WL) y pérdida de peso (WG)

Con el objetivo de ver el comportamiento en el porcentaje de perdida en peso de la piña osmodeshidratada, cada diez minutos se tomaron dos muestras de piña y se pesaron; de igual manera se realizó este procedimiento con el proceso en medio estático (sin agitación). % PÉRDIDA DE PESO PÉRDIDA % 10 MUESTRA 1 4,141 MUESTRA 2 13,873 ESTATICO 1,270

20 5,439 15,337 3,144

30 6,382 15,722 3,978

TIEMPO (min) 40 50 60 90 120 150 12,063 11,679 12,545 15,780 13,191 16,802 18,096 18,785 21,142 23,0138 23,203 26,117 5,888 6,9385 8,008 12,044 12,710 13,172

Tabla 8. Porcentaje pérdida de peso de piña. Tratamiento émbolo – burbujeo. Fuente: Autores

De acuerdo al seguimiento realizado de tres horas, el tratamiento de agitación por émbolo-burbujeo influye positivamente sobre el proceso, pues se puede observar que la pérdida en peso de la piña aumenta progresivamente. De la misma manera se evidenció que el porcentaje de pérdida en peso en la piña es más representativa en el tratamiento con agitación, que en el tratamiento estático sin agitación.

49

3.2 DISEÑO DEL EQUIPO OSMODESHIDRATADOR POR LOTES, CON SISTEMA DE AGITACIÓN A continuación se plantean cada uno de los cálculos requeridos para el diseño y construcción del deshidratador osmótico.

3.2.1 Diseño del tanque para osmodeshidratar Para el diseño se tomó en cuenta una capacidad de 40 L, cámara libre de 25%.

Para esto se usa la siguiente ecuación de diseño:

-

Ecuación 4: Volumen de diseño

(Ferrer y Urbina, 1998)

VD = Hace referencia al volumen de la figura geométrica del tanque.

VC = Volumen que hace referencia al líquido que se va a procesar.

VL = Hace referencia al espacio libre. (

-

)

Ecuación 5: Altura del tanque (

)

Dónde:

(Fuente: Autores)

H = Altura requerida para el tanque de solución osmótica.

VD = volumen de la figura geométrica del tanque.

F= Factor de esbeltez geométrica (este valor es a criterio del autor de acuerdo a la figura geométrica que se requería, la cual fue un cilindro vertical) 50

(

-

)

Ecuación 6: Diámetro del tanque

(Ferrer y Urbina, 1998) D = diámetro del tanque.

F = Factor de esbeltez geométrica H = Altura del tanque.

-

Ecuación 7: Altura de la concavidad:

Tangente = relación del cateto opuesto/cateto adyacente de la concavidad del tanque.

= Angulo que forma la mitad de la concavidad.

D = Diámetro de la concavidad. = altura de la concavidad.

51

Tanque para deshidratación osmótica Parámetro Símbolo unidades Valor Gramos de solución Gs G 40000 Densidad solución Ρ g/ml 1,2295 3 volumen de Solución Vs m 0,0325 Kg de producto Gp Kg 6 3 Densidad producto Ρf Kg/m 1067 3 Volumen Producto Vp m 0,0056 Cámara libre Cl % 0,25 Volumen de trabajo V m3 0,0381 volumen tanque Vt m3 0,050 Factor de esbeltez F 1,11 Altura de tanque H M 0,4158 Diámetro de tanque D M 0,37462 Altura concavidad H M 0,05018 Tabla 9. Diseño del tanque para osmodeshidratar

3.2.2 Diseño de las canastillas para la fruta En vista de que las canastillas se pondrán dentro del tanque de solución osmótica, el cual tiene un diámetro del tanque 36 cm, se hace una reducción de 5 cm de lado a lado del tanque para determinar el diámetro.

Se requiere una capacidad de 6 kg de producto en las tres canastillas.

Volumen de la canastilla. 

Densidad de la fruta fresca: = 865 – 1067 kg/m3



Valor utilizable en diseño 1067kg/m3

52

(Perry, 1998)

-

Ecuación 8: Altura de las canastillas. (

)

(Serway, 2005) Para medidas de diseño la altura es de 10 cm.

3.2.3 Fuerza de empuje en el tanque osmodeshidratador

-

Ecuación 9: Fuerza de empuje

(Valiente, 2000) -

Ecuación 10: Balance de fuerzas (

)

(

Densidad solución osmodeshidratante de azúcar a 50°Brix:

Densidad de acero inoxidable 304 (20°C): 53

)

Masa de las canastillas 1,830 kg cada una tiene una masa de 610 g

-

Ecuaciรณn 11: Volumen de las canastillas (Perry, 1998)

-

Ecuaciรณn 12: Volumen del eje central de las canastillas (Serway, 2005) (

-

)

Ecuaciรณn 13: Masa eje central de las canastillas (Perry, 1998)

Volumen total del acero: (

)

(

(Fuente: Autores) )

54

Empuje del acero (Valiente, 2000)

Peso del acero (

)

Densidad de la fruta fresca: (ANEXO A)

Valor utilizable en diseño 1067kg/m3

-

Ecuación 14: Volumen de fruta dentro de canastillas

(Serway, 2005)

0,85 es el factor de corrección debido a los vacíos en la canastilla (

)

55

-

Empuje de la fruta (Valiente, 2000)

-

Peso dela fruta

(Valiente, 2000) (

)

Balance final (

)

(

)

3.2.4 Potencia del motor reductor usado en el equipo

Datos de placa -

Voltaje: 115V

-

Frecuencia: 60Hz

-

Potencia: 27w

-

RPM: 24 rpm

-

Ecuaciรณn 15: Potencia de un motor monofรกsico

(Serway, 2005)

56

P = potencia T = torque W = velocidad angular

Fuerza de torque ejercida por el motor

Para un eje de 7 cm (excĂŠntrica) la fuerza es (Serway, 2005)

Masa capaz de levantar el motor: (Serway, 2005)

Potencia del motor reductor )

((

)

(

Para el diseĂąo se aumenta en un 20 % la masa resultante

57

)

La potencia de un motor monofásico si se requiere levantar 9,819 kg de masa sería:

Para un eje de 7 cm (excéntrica) la fuerza es

La fuerza de torque ejercida por el motor es:

3.2.5 Inyección de aire al osmodeshidratador

Se tiene en cuenta la ecuación de Réynolds para conocer el flujo del aire inyectado: -

Ecuación 16: Reynolds

(Valiente, 2000)

Densidad aire= 1,18kg/m3 Viscosidad del aire= 0,018cp Diámetro manguera = 5 mm Caudal inyección de aire producido por la bomba = 20 lt / min 58

-

Velocidad de fluido (

-

)

Régimen del aire inyectado (

)

A continuación se muestra una tabla resumen de los cálculos realizados para el diseño del equipo osmodeshidratador por lotes con sistema de agitación.

DISEÑO DEL EQUIPO OSMODESHIDRATADOR Diámetro Altura Diseño del Tanque Altura de la concavidad Volumen Diámetro Diseño Canastillas Altura Capacidad Fuerza de empuje Potencia del motor reductor Inyección de aire al osmodeshidratador

CÁLCULOS DESARROLLADOS 36 cm 41 cm 5 cm 50 lt 26 cm 10cm 6 kg 12,45 N 16,94 W 12.519 Reynolds (Régimen Turbulento)

Tabla 10. Cálculos de Diseño del Equipo Osmodeshidratador

59

3.7 CONSTRUCCION, MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO OSMODESHIDRATADOR POR LOTES, CON SISTEMA DE AGITACIÓN.

Luego

de

haber

realizado

los

cálculos

para

el

diseño

del

equipo

osmodeshidratador, se procedió a la construcción como se muestra en las siguientes figuras:

3.7.1 PARTES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO

3.7.1.1

Tanque para deshidratación osmótica.

Figura 24. Tanque de solución osmótica. Fuente: autores

Este tanque cuenta con unas medidas

de diámetro 37 cm y una altura total

contando la concavidad de 45 cm, está construido en su totalidad en acero inoxidable 304 calibre 12. Además, posee unos ensambles los cuales son cuatro ángulos uno a cada lado, cada uno de estos ángulos tiene soldado tornillos en acero inoxidable de 1,5 cm de ancho. En el fondo del tanque se soldó un tubo el cual tiene con el fin de servir de soporte para el eje central.

60

3.7.1.2

Eje central de las canastillas.

Figura 25. Eje central para las canastillas Fuente: Autores.

Consta de una varilla en acero inoxidable 304, de 1 cm de espesor y 57 cm de largo a la cual se le abrieron tres orificios, con el fin de que estos sirvieran de soporte para los pasadores que ajustaron las canastillas.

3.7.1.3

Pasadores.

Figura 26. Pasador para canastillas Fuente: Autores.

61

Se construyeron dos pasadores de 6 cm de largo y un espesor de 3mm en acero inoxidable 304, el objetivo fue estos pasadores sirvieran como ajustes para las canastillas y la tapa.

3.7.1.4

Tapa para las canastillas.

Figura 27. Tapa para las canastillas Fuente: Autores.

Esta tapa fue fabricada con una lámina perforada en acero inoxidable 304 calibre 14 de 26 cm de diámetro; cuenta con una varilla circular y refuerzo en forma de cruz de 1/8 de pulgada de diámetro, además, se soldó en el centro una arandela la cual tiene un agujero de 3/8 de pulgadas de diámetro.

3.7.1.5

Canastillas para alimento.

Figura. 28. Canastillas vista lateral

Figura 29. Canastillas vista superior

Fuente: Autores.

Fuente: Autores.

62

Las canastillas fueron construidas en malla de acero inoxidable 304 con un diámetro de 26 cm y una altura de 10 cm cada una. A cada una se soldó un refuerzo en forma de cruz y un tubo de un diámetro de 3/8 de pulgada para permitir el paso del eje central y así las tres canastillas quedaron unidas.

3.7.1.6

Empaque silicona grado alimenticio.

Figura 30. Empaque para tanque de osmodeshidratación. Fuente: Autores.

Este empaque se compró con una longitud de 117 cm, esta medida corresponde al perímetro del tanque, está fabricada en silicona grado alimentario.

3.7.1.7

Tapa para tanque de osmodeshidratación.

Figura 31. Tapa tanque de osmodeshidratación. Fuente: Autores

La tapa fue fabricada en acero inoxidable 304 calibre 14 con un diámetro de 44 cm, a esta se soldó un tubo de acero inoxidable de un 1 cm de diámetro y 30 cm 63

de alto, el cual sirve como escape para el aire que entra al tanque, también tiene puesto un soporte para el motor reductor el cual consta de cuatro ángulos; dos ángulos frontales de 23 cm de largo y otros dos ángulos transversales también con 23 cm de largo; además a esta tapa se le abrió un agujero para la salida del eje central.

3.7.1.8

Excéntrica.

Figura 32. Excéntrica en acero inoxidable.

Esta importante pieza fue construida en acero inoxidable 304 con un espesor de 1 cm y un diámetro de 9 cm, se abrió un agujero el cual tiene el diámetro del motor que se va a utilizar.

3.7.1.9

Rodamiento.

Figura 33. Guía del resorte. Fuente: autores

Figura 34. Rodamiento. Fuente: autores

64

Este elemento comprende una pieza que sirvió como guía para el sistema de agitación mediante émbolo. El rodamiento va sujeto a esta pieza para luego poder ser adaptada al resorte. Tanto la pieza como la base del rodamiento fueron fabricadas en acero inoxidable y la rueda fue hecha de caucho.

3.7.1.10 Resorte.

Figura 35. Resorte en acero inoxidable. Fuente: autores

Para la fabricación del resorte se realizó una consultaría a un experto en el montaje y mantenimiento de equipos industriales, cuya sugerencia fue que tomando como base las condiciones de trabajo previamente establecidas, el resorte se construyó de 11 cm de largo por 4,5 cm de ancho, además, se adaptó al sistema de agitación por medio de una pieza guía soldada a la tapa del tanque.

3.7.1.11 Motor reductor.

Figura 36. Motoreductor. Fuente: autores.

65

Este motor se compró con una frecuencia de 24 rpm las cuales permiten el levantamiento de todo el sistema de agitacion junto con las canastillas cargadas a su capacidad máxima. Fue necesaro instalar un ventilador en la parte posterior, para asegurar una refrigeracion al motor y evitar el apagado debido al calentamiento por el trabajo realizado.

3.7.1.12 Bomba de aire.

Figura 37. Bomba de aire Fuente: autores

Se compró una bomba de aire (tipo acuario) para asegurar un régimen turbulento dentro de la solución osmótica y durante todo el proceso de osmodeshidratación, esto se logró por medio de una consultoría a expertos en sistemas de burbujeo para grandes volúmenes de agua.

3.7.1.13 Cubierta del sistema de agitación.

Figura 38. Cubierta del sistema de agitación. Fuente: autores.

66

Las medidas para la fabricación de esta cubierta se tomaron directamente y fueron 22 cm de alto x 22 cm de largo y 14 cm de ancho, además, se adaptaron dos rejillas para permitir el correcto flujo de aire emitido por el ventilador instalado en el sistema de agitación.

3.7.1.14 Soporte del deshidratador osmótico.

Figura 39. Soporte del equipo. Fuente: autores

El soporte cuenta con una correa que rodea al tanque en acero inoxidable 304 calibre 14, con un perímetro de 117 cm y un ancho de 5 cm. A esta correa van soldados cuatro ángulos de 17,5 cm cada uno, los cuales sostienen todo el peso del equipo.

3.8

RESULTADOS PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO

Las pruebas con el equipo se llevaron a cabo con Piña var Perolera y Manzana var Royal Gala, tratadas con soluciones osmóticas a 50 °Brix, las muestras se cortaron en trozos análogos a las pruebas realizadas en la pre-experimentación y se sometieron a tratamiento osmótico en el equipo diseñado y construido.

67

PRUEBAS PIÑA

Wi (g) Wf (g)

Solución Brix Brix inicial final

Fruta Brix inicial

Fruta Brix final

% WR

% SG

% WL

Practica 1 (Tratamiento 6000 5450 50,2 47 12,2 34 9,167% 18,683% 27,850% estático) Practica 2 (Agitación 5325 4575 50,2 46,8 12,2 38 14,085% 20,448% 34,532% embolo) Practica 3 (Agitación 6000 4870 50,2 48,2 12,2 36 18,833% 17,020% 38,853% emboloburbujeo) Tabla 11. Deshidratación osmótica con piña, prueba del equipo. Fuente: Autores

PRUEBAS MANZANA

Wi (g) Wf (g)

Solución Brix Brix inicial final

Fruta Brix inicial

Fruta Brix final

% WR

% SG

% WL

Practica 1 (Tratamiento 5600 5250 50,2 47 12,5 28 6,250% 13,750% 20,000% estático) Practica 2 (Agitación 5600 4940 50,2 47,2 13,2 34 11,786% 16,793% 28,579% emboloburbujeo) Tabla 12. Deshidratación osmótica con manzana, prueba del equipo. Fuente: Autores

Se sometieron a proceso de osmodeshidratación dos frutas, Piña var Perolera y Manzana var Royal Gala, en diferentes tratamientos realizados por el equipo. En cada uno de los tratamientos realizados después del medio estático, se observó que incremento el porcentaje de pérdida de agua tanto en piña como en manzana; reportándose una máxima pérdida de agua en el tratamiento con el sistema de agitación completo realizado por el Equipo. Así, el porcentaje de pérdida de agua, en piña fue de 38,85% y en manzana de 28,57%.

Estudios realizados en deshidratación osmótica de piña por Alvarado y Cornejo (2000), evidencian una pérdida de agua de 30% si se compara este valor con los porcentajes de pérdida de agua realizados en deshidratación osmótica utilizando el equipo la diferencia radica en un 8,85% favorable para la deshidratación osmótica a nivel piloto.

68

Por otro lado existen otros estudios a nivel piloto en deshidratación osmótica de manzana los cuales reflejan que los valores más altos en porcentaje de pérdida de agua se lograron en sistemas dinámicos, obteniendo un porcentaje en perdida de agua en piña de 31%. (González, 2009) En comparación con la pre experimentación realizada, se observa una diferencia entre el tratamiento realizado en laboratorio (36,96% perdida de agua en piña) y el realizado en el Equipo. Esta diferencia entre un tratamiento y otro es debida a que a mayor área de contacto mayor es la transferencia de masa.

3.9 MANUAL

DE

OPERACIÓN

Y

LIMPIEZA

DEL

DESHIDRATADOR

OSMÓTICO.

El presente manual está dirigido a toda aquella persona que opere el equipo para deshidratación osmótica, describen

o que le proporcione mantenimiento al mismo. Se

las partes que componen, la forma de ensamble, limpieza y

desinfección de cada uno de sus componentes, además de describir las principales funciones de los elementos auxiliares del deshidratador osmótico.

El presente Manual también se convertirá en una cartilla que se va a dejar en la planta piloto de la Fundación Universitaria Agraria de Colombia (UNIAGRARIA) para su consulta en la operación del Equipo.

3.9.1 Objetivos. 

Describir la operación del deshidratador osmótico y la forma de limpieza y desinfección.



Mostrar al operador el uso adecuado de cada uno de los componentes del equipo fomentando el seguimiento de las recomendaciones del fabricante.



Mostrar la metodología de limpieza y desinfección del deshidratador osmótico y de sus elementos auxiliares.

69

3.9.2 Descripción del equipo.

El deshidratador osmótico es un equipo que consta de los siguientes componentes: 

Tanque de solución osmótica en acero inoxidable capacidad 50 lt.



Empaque para tanque osmodeshidratador.



Tres canastillas de acero inoxidable capacidad 2,5 kg.



Eje de soporte para canastillas.



Tres pasadores sujetadores.



Válvula de paso.



Tapa para ensamblar sistema de agitación.



Motoreductor.



Resorte.



Excéntrica.



Rodamiento.



Bomba de aire (tipo acuario) de ocho salidas capacidad 20lt de aire/minuto.



Siete “T” plásticas.



Manguera de plástico.



Soporte en acero inoxidable.



Cuatro perillas de plástico.



Caperuza de protección.

70

Figura 40. Esquema Equipo osmodeshidratador, por lotes, con sistema de agitación.

Fuente: Autores

3.9.3 Ensamble

y

operación

del

equipo

para

el

proceso

de

osmodeshidratación.

1. Colocar el tanque sobre el soporte de acero inoxidable.

2. Sujetar la válvula de paso al tuvo de desagüe junto con el empaque con la abrazadera, para evitar escapes de líquido.

3. Asegurar que la válvula de paso este completamente cerrada.

4. Colocar el pasador en el orificio número 1 del eje.

3 2 Orificios para ajustar pasadores 1

Figura 41. Esquema eje central con huecos para pasadores Fuente: Autores

71

5. Ajustar el eje al tanque.

6. Colocar las canastillas en el eje, teniendo en cuenta el siguiente orden:  Primero se coloca la canastilla con el número 3, la cual tiene una guía con el símbolo (III) en uno de sus refuerzos laterales, junto con el alimento a procesar.

Figura 42. Esquema canastilla para fruta con guía (III). Fuente: Autores

 Enseguida colocar la canastilla número 2 la cual tiene una guía con el símbolo (II) en uno de sus refuerzos laterales, junto con el alimento a procesar. 

Continuar con la canastilla número 1 guiándose por el símbolo (I), junto con el alimento a procesar.

Figura 43. Esquema canastillas sujetadas a eje central. Fuente: Autores

72

7. Ajustar la tapa de las canastillas y colocar el segundo pasador en el orificio número 2.

Figura 44. Esquema tapa para canastillas. Fuente: Autores

8. En este punto se requiere adicionar la solución osmótica en el tanque para luego tapar el tanque.

9. Colocar la tapa sobre el tanque, guiada por el símbolo (III) que se encuentra en uno de los ángulos del tanque. Teniendo en cuenta que una parte del eje debe salir por el orificio central de la tapa.

Figura 45. Esquema de la tapa ajustada al tanque de osmodeshidratación. Fuente: Autores

10. Ajustar la tapa al tanque con las respectivas perillas.

11. Ensamblar el sistema de agitación en el siguiente orden: 73

 Colocar el resorte alrededor del eje central; comprimirlo hasta que este quede debajo del orifico número tres del eje.

Figura 46. Esquema del resorte. Fuente: Autores

 Atravesar el pasador en el orificio número tres para sujetar el resorte.  Colocar la rueda sobre el resorte. Retirar el pasador con el fin de que el rodamiento quede ajustado en el resorte.  Ajustar el pasador en el orificio número tres para que los componentes; rodamiento, resorte y eje queden todos ensamblados.  Asegurar de que la rueda tenga contacto con la excéntrica.  Colocar la caperuza de protección sobre el sistema de agitación.

Figura 47. Esquema canastillas con eje

Figura 48. Esquema caperuza de protección

y rodamiento. Fuente: Autores

Fuente: Autores

74

12. Colocar la bomba de aire sobre la caperuza de protección del sistema de agitación.

Figura 49. Esquema de la bomba de aire. Fuente: Autores

13. Ajustar las mangueras por medio de las “T” y luego colocarla en el hueco del tanque para suministrar burbujeo al proceso.

14. Ubicar el tablero de control, allí abrir la tapa y en el temporizador ajustar el tiempo de proceso.

15. Encender el suich operador el cual prendera el sistema de agitación (emboloburbujeo).

16. Pasado el tiempo ajustado de proceso el sistema de agitación se apagara.

PRECAUCIÓN  Asegurarse de que el equipo este completamente apagado en el momento en el cual se quiera retirar el alimento del deshidratador osmótico, esto con el fin de evitar accidentes con los elementos del motoredutor.  Cuando se esté retirando el pasador que sostiene la rueda, resorte y eje, asegurarse de hacerlo sosteniendo fuertemente la rueda, ya que si no se realiza de esta forma el resorte puede expulsarla y ocasionar un accidente.

75

3.9.4 Limpieza y desinfección del equipo.

Elemento del equipo

Dosis de sustancias Procedimiento

Utensilios

para limpieza y desinfección

Tanque de solución

Restregar, enjuague

Cepillo, esponja, balde.

Detergente en polvo

osmótica

con agua a 50°C, secar,

diluido e hipoclorito ¾

agregar el desinfectante

de taza por cuatro litros

y dejar actuar por 5

de agua tibia.

minutos luego lavar.

Canastillas

Restregar, enjuague

Cepillo, esponja, trapo

Detergente en polvo

con agua a 50°C, secar,

o toalla absorbente,

diluido e hipoclorito ¾

agregar el desinfectante

balde.

de taza por cuatro litros

y dejar actuar por 5

de agua tibia.

minutos luego lavar.

Eje central

Restregar, enjuague

Esponja, trapo o toalla

Detergente en polvo

con agua a 50°C, secar,

absorbente, balde.

diluido e hipoclorito ¾

agregar el desinfectante

de taza por cuatro litros

y dejar actuar por 5

de agua tibia.

minutos luego lavar.

Válvula de paso

Restregar, enjuague

Cepillo, esponja, balde.

Detergente en polvo

con agua a 50°C, secar,

diluido e hipoclorito ¾

agregar el desinfectante

de taza por cuatro litros

y dejar actuar por 5

de agua tibia.

minutos luego lavar.

Tapa

Restregar, enjugar agua

Esponja, trapo o toalla

Detergente en polvo

temperatura ambiente.

absorbente, balde.

diluido e hipoclorito ¾ de taza por cuatro litros de agua tibia.

Resorte

Restregar, enjugar agua

Esponja, trapo o toalla

Detergente en polvo

temperatura ambiente.

absorbente, balde.

diluido e hipoclorito ¾ de taza por cuatro litros de agua tibia.

Excéntrica

Restregar, enjugar agua

Esponja, trapo o toalla

Detergente en polvo

temperatura ambiente.

absorbente, balde.

diluido e hipoclorito ¾ de taza por cuatro litros de agua tibia.

76

Dosis de sustancias Elemento del equipo

Procedimiento

Utensilios

para limpieza y desinfección

Bomba de aire

Restregar

Esponja, trapo o toalla

Detergente en polvo

cuidadosamente la

absorbente, balde.

diluido e hipoclorito ¾

coraza superior de la

de taza por cuatro litros

bomba, retirar la

de agua tibia.

suciedad con un trapo húmedo no mojado en su totalidad.

Rueda de caucho

Restregar y sumergir

Esponja, trapo o toalla

Detergente en polvo

enjugar agua

absorbente, balde.

diluido

temperatura 50°C. Mangueras y “ T” de

Restregar y sumergir

Esponja, trapo o toalla

Detergente en polvo

plástico

enjugar agua

absorbente, balde.

diluido e hipoclorito ¾

temperatura 50°C.

de taza por cuatro litros de agua tibia.

Perillas para cierre de

Restregar y sumergir

Esponja, trapo o toalla

Detergente en polvo

tapa

enjugar agua

absorbente, balde.

diluido

temperatura 50°C.

77

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Se logró diseñar y construir un equipo para deshidratación osmótica con sistema de agitación (Émbolo –Burbujeo) por lotes, con una capacidad de producción de 6 kg.



Los resultados demuestran que al comparar un sistema estático con un sistema dinámico, producto de la agitación en el deshidratador osmótico, favorece

la transferencia de masa aumentando la pérdida de peso y

además favoreciendo en la perdida de agua y ganancia de solidos del alimento procesado. 

Las practicas realizadas en el laboratorio arrojaron los medios suficientes para determinar el método de agitación que mejor se adaptará al modelo seleccionado por medio de la matriz de ponderación

(Inmersión

combinando el desplazamiento del alimento y de la solución), además de otorgar los parámetros más adecuados a diseñar para el deshidratador osmótico. 

El equipo fue probado con dos tipos de frutas (Piña y Manzana), demostrando que para ambos alimentos la deshidratación osmótica mejora al someterlos a una agitación continua.



El deshidratador osmótico diseñado cumplió los requerimientos definidos por la matriz de ponderación, esto se logró evidenciar en la forma de operar del equipo.

78

RECOMENDACIONES



Se puede mejorar el proceso de deshidratación osmótica en el equipo estudiando la implementación de variables como lo son aplicación de vacío, temperatura, reconcentración con ayuda de otro sistema, esto con el fin de que el equipo tenga una funcionalidad mayor.



El deshidratador osmótico fue probado con dos frutas (piña y manzana), sin embargo se puede hacer estudios de deshidratación osmótica en otro tipo de frutas, vegetales y también se podría evaluar si el equipo sirve para operaciones como salado de carnes.



Se puede diseñar un deshidratador osmótico que sea continuo con el fin de poder escalarlo a nivel industrial y empezar a incentivar la investigación en tecnologías

avanzadas en deshidratación osmótica

para

procesos

industriales. 

Con la ayuda del equipo se puede llegar a calcular coeficientes de difusividad de frutas a las cuales no se les haya estudiado este parámetro.

79

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83

ANEXO A. Tabla de densidades de Azúcar

Sucrose Concentration vs. density (20°C) 3

A % by wt.

Density [g/cm ]

0,50

1,0002

1,00

1,0021

1,50

1,0040

2,00

1,0060

2,50

1,0079

3,00

1,0099

3,50

1,0119

4,00

1,0139

4,50

1,0158

5,00

1,0178

5,50

1,0198

6,00

1,0218

6,50

1,0238

7,00

1,0259

7,50

1,0279

8,00

1,0299

8,50

1,0320

9,00

1,0340

9,50

1,0361

10,00

1,0381

11,00

1,0423

12,00

1,0465

13,00

1,0507

14,00

1,0549

15,00

1,0592

16,00

1,0635

17,00

1,0678

18,00

1,0722

19,00

1,0766

20,00

1,0810

22,00

1,0899

24,00

1,0990

26,00

1,1082

84

28,00

1,1175

30,00

1,1270

32,00

1,1366

34,00

1,1464

36,00

1,1562

38,00

1,1663

40,00

1,1765

42,00

1,1868

44,00

1,1972

46,00

1,2079

48,00

1,2186

50,00

1,2295

52,00

1,2406

54,00

1,2518

56,00

1,2632

58,00

1,2747

60,00

1,2864

62,00

1,2983

64,00

1,3103

66,00

1,3224

68,00

1,3348

70,00

1,3472

72,00

1,3599

74,00

1,3726

76,00

1,3855

78,00

1,3986

80,00

1,4117

82,00

1,4250

84,00

1,4383

Fuente: Handbook of Chemistry and Physics. 70ª Edition.

85

ANEXO B. Plano del Equipo

86

ANEXO C. Plano Electrico de funcionamiento del Equipo

87