trnasferencia
1. Transferencia de calor y masa.
La deshidratación trata de la aplicación de calor para evaporar agua y de la forma de extraer el vapor después de su separación de los tejidos vegetales. La aplicación de calor implica suministro de energía. Una corriente de aire es el medio más común para transferir calor al tejido que se deshidrata.
Los dos aspectos más importantes de la transferencia de masa son:
· La transferencia del agua desde el interior hasta la superficie del material.
· La extracción del vapor de agua desde la superficie del material.
Con el objeto de asegurar una calidad óptima a un bajo costo la deshidratación debe ser relativamente rápida. Cuatro aspectos afectan la velocidad y el tiempo total de deshidratado.
· Las características del producto, en particular el tamaño de sus partículas y su geometría.
· El arreglo geométrico de los productos con relación al medio calórico de transferencia.
· Las características físicas del medio que deshidrata.
· Las características del equipo deshidratador.
2. Superficie.
En general, para ser deshidratadas las frutas y hortalizas son cortadas en pequeños trozos que son esparcidos sobre las bandejas en delgadas capas. Ello permite aumentar la transferencia de calor y masa.
· Grandes superficies de secado proveen mayor contacto con el medio calórico (el aire caliente) y mayor área de escape de la humedad.
· Pequeñas partículas o delgadas capas reducen la distancia entre el calor externo y el núcleo del material. Igualmente, reducen la distancia de escape de la humedad del núcleo hacia la superficie.
3. Temperatura.
Mientras mayor sea el diferencial de temperatura entre el medio calórico y el producto, mayor será la intensidad de transferencia del calor al producto, permitiendo una mayor energía para extraer la humedad. Cuando el medio calórico es el aire, la temperatura juega un role secundario importante. Mientras el agua se extrae del producto como vapor, éste debe ser transportado afuera. De lo contrario, la masa de aire se saturará de humedad, retardando la extracción de mayor caudal de agua. Mientras más caliente sea el aire, mayor será la humedad que podrá portar antes de saturarse. De ahí que una mayor temperatura del aire alrededor del producto pueda extraer más humedad que un aire más frío. El factor de arrastre es la capacidad del aire para retirar humedad y fluctúa entre un 30% y 50% de la cantidad teórica. También un mayor volumen de aire será capaz de extraer mayor vapor que uno menor.
CUADRO A.3.
TEM. °C - HUM. REL. - g AGUA / kg AIRE SECO*
29 .......... 90 .......... 0,6
30 .......... 50 .......... 7
40 .......... 28 .......... 14,5
50 .......... 15 .......... 24
* Valores del arrastre. Compararlos con los del Cuadro A.5.
4. Velocidad del aire.
No sólo el aire caliente es capaz de extraer más humedad que el aire frío, sino que el aire en movimiento será más efectivo. Una mayor velocidad del aire extraerá con una mayor intensidad la humedad que se desplaza hacia la superficie del producto desde su núcleo e impide que la masa de aire llegue a saturarse. Ésta es la razón que explica que la ropa seque más rápidamente en días ventosos.
5. Sequedad del aire.
Cuando el aire es el medio empleado para secar el producto, su mayor sequedad será importante en la rapidez del deshidratado. El aire seco tiene mayor capacidad para absorber y retener la humedad. El aire húmedo está más cercano a su saturación, por lo que puede absorber y retener menor humedad adicional que si estuviera seco. También el aire seco determinará el nivel de humedad del producto al cual se podrá deshidratar.
El aire es capaz de transportar agua. La forma que adopta el agua en el aire es como vapor. Mientras mayor sea la temperatura que adquiere el aire a partir de determinadas condiciones de temperatura y humedad, tanto mayor será su capacidad de transporte, pues su humedad específica será menor y podrá contener mayor vapor antes de alcanzar el punto de saturación.
La atmósfera es una mezcla de aire y vapor de agua. La ampolla seca es la temperatura de la atmósfera. La temperatura de condensación o de punto de rocío se alcanza cuando la atmósfera es enfriada. Esta temperatura es también la de saturación o de ebullición. Si la ampolla se cubre con tela humedecida, la evaporación la enfriará hasta la temperatura de ampolla húmeda. Esta temperatura está comprendida entre la de ampolla seca y el punto de rocío. Estas tres temperaturas son distintas, excepto para una atmósfera saturada, para la cual son idénticas. La humedad relativa es la relación de la densidad real del vapor a la de vapor saturado a la temperatura de ampolla seca. Es una propiedad del vapor solamente.
CUADRO I.5. HUMEDAD.
Temp. constante ampolla húmeda, °C - Gramos agua por kg aire seco
...... 0 ........................................... 3
...... 5 ........................................... 4
.... 10 ........................................... 6
.... 15 ........................................... 9
.... 20 ......................................... 15
.... 25 ......................................... 20
.... 30 ......................................... 27
.... 35 ......................................... 36
.... 40 ......................................... 47
.... 45 ......................................... 62
.... 50 ......................................... 85
.... 55 ....................................... 120
.... 60 ....................................... 160
6. Presión atmosférica.
Si el producto es colocado en una cámara de vacío, su humedad podrá ser extraída a una temperatura menor que con mayor presión. Alternativamente, a una temperatura determinada, con o sin vacío, la intensidad de extracción de agua del alimento será mayor con menor presión.
7. Evaporación y temperatura.
Mientras el agua se evapora desde su superficie, la va enfriando. Este enfriamiento es el resultado de la absorción del calor latente por el agua en su fase de transformación de líquido a gas. El calor para la evaporación se obtiene del medio, lo que produce su enfriamiento. La cantidad de calor requerida para evaporar un gramo de agua a una temperatura de 60°C es de 560 kcal.
8. Tiempo y temperatura.
Puesto que todos los métodos más importantes para deshidratar alimento se basan en el calor y que los constituyentes del alimento son sensibles al calor, se debe llegar a un compromiso entre la intensidad máxima de deshidratación y el mantenimiento de la calidad del alimento. Tal como en el caso del uso de calor para el proceso de pasteurización y esterilización, el proceso de deshidratación podrá emplear relativamente altas temperaturas por poco tiempo para que el daño al alimento sea menor que menores temperaturas por tiempos más prolongados. De este modo, el alimento deshidratado en deshidratadores retendrá una mejor calidad que el mismo producto secado al sol.
Temperaturas bajas de deshidratado y tiempos de deshidratado menores son especialmente importantes en el caso de alimentos sensibles al calor. Temperaturas elevadas producen encostramiento en productos ricos en almidones. Este fenómeno se produce cuando el agua que hay dentro del alimento no puede salir debido a la velocidad con que se ha secado la superficie. Así, el proceso puede verse interrumpido si la superficie del alimento se seca por completo, creando una costra que evita que la humedad que estaba emergiendo continúe su curso. En otros casos, aumentar la temperatura para intensificar el proceso de deshidratado destruye las vitaminas, lo que origina la pérdida de color y sabor. La decoloración suele ocurrir tanto durante las fases preliminares como en las del deshidratado propiamente dicho. Así, se produce el pardeamiento causado por reacciones químicas y bioquímicas o por sobrecalentamiento. Por otra parte, temperaturas un poco mayores que las del ambiente, junto a un alto grado de humedad dentro del túnel de secado, favorecen el desarrollo de hongos, levaduras y bacterias.
9. Producto.
Las características del producto, su naturaleza y el tamaño de las partículas también influyen en la intensidad del deshidratado. Muchos alimentos tienen una capa exterior de protección que impide que su interior se seque por completo. No hay mucho que se pueda hacer en el caso de los cereales y legumbres, que normalmente se secan enteros, pero el nivel de secado de otros productos pueden facilitarse si el alimento se pela y/o se corta. Luego que la humedad de la superficie de un alimento se ha retirado por evaporación, la intensidad de secado depende de la velocidad con la que su humedad interna se dirige hacia su superficie, la que varía de un producto a otro. Por ejemplo, a diferencia de los materiales con almidón, los alimentos ricos en azúcares liberan más lentamente su contenido de humedad, por lo que necesitan más tiempo para su deshidratado. El tamaño también es un factor a tomar en cuenta: mientras más pequeña sea la pieza del alimento que se va a deshidratar, menor será la distancia que debe recorrer la humedad interna para llegar a la superficie. Por ello, técnicas como el cortado y rebanado son muy útiles.
En general, para ser deshidratadas las frutas y hortalizas son cortadas en pequeños trozos que son esparcidos sobre las bandejas en delgadas capas. Ello permite aumentar la transferencia de calor y masa.
· Grandes superficies de secado proveen mayor contacto con el medio calórico (el aire caliente) y mayor área de escape de la humedad.
· Pequeñas partículas o delgadas capas reducen la distancia entre el calor externo y el núcleo del material. Igualmente, reducen la distancia de escape de la humedad del núcleo hacia la superficie.
3. Temperatura.
Mientras mayor sea el diferencial de temperatura entre el medio calórico y el producto, mayor será la intensidad de transferencia del calor al producto, permitiendo una mayor energía para extraer la humedad. Cuando el medio calórico es el aire, la temperatura juega un role secundario importante. Mientras el agua se extrae del producto como vapor, éste debe ser transportado afuera. De lo contrario, la masa de aire se saturará de humedad, retardando la extracción de mayor caudal de agua. Mientras más caliente sea el aire, mayor será la humedad que podrá portar antes de saturarse. De ahí que una mayor temperatura del aire alrededor del producto pueda extraer más humedad que un aire más frío. El factor de arrastre es la capacidad del aire para retirar humedad y fluctúa entre un 30% y 50% de la cantidad teórica. También un mayor volumen de aire será capaz de extraer mayor vapor que uno menor.
CUADRO A.3.
TEM. °C - HUM. REL. - g AGUA / kg AIRE SECO*
29 .......... 90 .......... 0,6
30 .......... 50 .......... 7
40 .......... 28 .......... 14,5
50 .......... 15 .......... 24
* Valores del arrastre. Compararlos con los del Cuadro A.5.
4. Velocidad del aire.
No sólo el aire caliente es capaz de extraer más humedad que el aire frío, sino que el aire en movimiento será más efectivo. Una mayor velocidad del aire extraerá con una mayor intensidad la humedad que se desplaza hacia la superficie del producto desde su núcleo e impide que la masa de aire llegue a saturarse. Ésta es la razón que explica que la ropa seque más rápidamente en días ventosos.
5. Sequedad del aire.
Cuando el aire es el medio empleado para secar el producto, su mayor sequedad será importante en la rapidez del deshidratado. El aire seco tiene mayor capacidad para absorber y retener la humedad. El aire húmedo está más cercano a su saturación, por lo que puede absorber y retener menor humedad adicional que si estuviera seco. También el aire seco determinará el nivel de humedad del producto al cual se podrá deshidratar.
El aire es capaz de transportar agua. La forma que adopta el agua en el aire es como vapor. Mientras mayor sea la temperatura que adquiere el aire a partir de determinadas condiciones de temperatura y humedad, tanto mayor será su capacidad de transporte, pues su humedad específica será menor y podrá contener mayor vapor antes de alcanzar el punto de saturación.
La atmósfera es una mezcla de aire y vapor de agua. La ampolla seca es la temperatura de la atmósfera. La temperatura de condensación o de punto de rocío se alcanza cuando la atmósfera es enfriada. Esta temperatura es también la de saturación o de ebullición. Si la ampolla se cubre con tela humedecida, la evaporación la enfriará hasta la temperatura de ampolla húmeda. Esta temperatura está comprendida entre la de ampolla seca y el punto de rocío. Estas tres temperaturas son distintas, excepto para una atmósfera saturada, para la cual son idénticas. La humedad relativa es la relación de la densidad real del vapor a la de vapor saturado a la temperatura de ampolla seca. Es una propiedad del vapor solamente.
CUADRO I.5. HUMEDAD.
Temp. constante ampolla húmeda, °C - Gramos agua por kg aire seco
...... 0 ........................................... 3
...... 5 ........................................... 4
.... 10 ........................................... 6
.... 15 ........................................... 9
.... 20 ......................................... 15
.... 25 ......................................... 20
.... 30 ......................................... 27
.... 35 ......................................... 36
.... 40 ......................................... 47
.... 45 ......................................... 62
.... 50 ......................................... 85
.... 55 ....................................... 120
.... 60 ....................................... 160
6. Presión atmosférica.
Si el producto es colocado en una cámara de vacío, su humedad podrá ser extraída a una temperatura menor que con mayor presión. Alternativamente, a una temperatura determinada, con o sin vacío, la intensidad de extracción de agua del alimento será mayor con menor presión.
7. Evaporación y temperatura.
Mientras el agua se evapora desde su superficie, la va enfriando. Este enfriamiento es el resultado de la absorción del calor latente por el agua en su fase de transformación de líquido a gas. El calor para la evaporación se obtiene del medio, lo que produce su enfriamiento. La cantidad de calor requerida para evaporar un gramo de agua a una temperatura de 60°C es de 560 kcal.
8. Tiempo y temperatura.
Puesto que todos los métodos más importantes para deshidratar alimento se basan en el calor y que los constituyentes del alimento son sensibles al calor, se debe llegar a un compromiso entre la intensidad máxima de deshidratación y el mantenimiento de la calidad del alimento. Tal como en el caso del uso de calor para el proceso de pasteurización y esterilización, el proceso de deshidratación podrá emplear relativamente altas temperaturas por poco tiempo para que el daño al alimento sea menor que menores temperaturas por tiempos más prolongados. De este modo, el alimento deshidratado en deshidratadores retendrá una mejor calidad que el mismo producto secado al sol.
Temperaturas bajas de deshidratado y tiempos de deshidratado menores son especialmente importantes en el caso de alimentos sensibles al calor. Temperaturas elevadas producen encostramiento en productos ricos en almidones. Este fenómeno se produce cuando el agua que hay dentro del alimento no puede salir debido a la velocidad con que se ha secado la superficie. Así, el proceso puede verse interrumpido si la superficie del alimento se seca por completo, creando una costra que evita que la humedad que estaba emergiendo continúe su curso. En otros casos, aumentar la temperatura para intensificar el proceso de deshidratado destruye las vitaminas, lo que origina la pérdida de color y sabor. La decoloración suele ocurrir tanto durante las fases preliminares como en las del deshidratado propiamente dicho. Así, se produce el pardeamiento causado por reacciones químicas y bioquímicas o por sobrecalentamiento. Por otra parte, temperaturas un poco mayores que las del ambiente, junto a un alto grado de humedad dentro del túnel de secado, favorecen el desarrollo de hongos, levaduras y bacterias.
9. Producto.
Las características del producto, su naturaleza y el tamaño de las partículas también influyen en la intensidad del deshidratado. Muchos alimentos tienen una capa exterior de protección que impide que su interior se seque por completo. No hay mucho que se pueda hacer en el caso de los cereales y legumbres, que normalmente se secan enteros, pero el nivel de secado de otros productos pueden facilitarse si el alimento se pela y/o se corta. Luego que la humedad de la superficie de un alimento se ha retirado por evaporación, la intensidad de secado depende de la velocidad con la que su humedad interna se dirige hacia su superficie, la que varía de un producto a otro. Por ejemplo, a diferencia de los materiales con almidón, los alimentos ricos en azúcares liberan más lentamente su contenido de humedad, por lo que necesitan más tiempo para su deshidratado. El tamaño también es un factor a tomar en cuenta: mientras más pequeña sea la pieza del alimento que se va a deshidratar, menor será la distancia que debe recorrer la humedad interna para llegar a la superficie. Por ello, técnicas como el cortado y rebanado son muy útiles.
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