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3

ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO DE LA CÁSCARA DE PAPA COMO INSUMO EN LA

PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS BALANCEADOS PARA ANIMALES.

SANTIAGO GARCÍA QUINTANA

ANDRÉS POSADA CORTÁZAR

UNIVERSIDAD DE LA SABANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL

SANTAFÉ DE BOGOTÁ, D.C.

2000

4

ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO DE LA CÁSCARA DE PAPA COMO INSUMO EN LA

PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS BALANCEADOS PARA ANIMALES.

SANTIAGO GARCIA QUINTANA

ANDRÉS POSADA CORTÁZAR

Proyecto de grado para optar por el titulo de Ingeniero de producción agroindustrial.

Director MATT GARCIA REYES

Ingeniero Industrial

Asesora JOHANNA LUQUE SÁNCHEZ

Ingeniera Química

UNIVERSIDAD DE LA SABANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRMA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL

SANTAFE DE BOGOTÁ, D.C.

2000

5

Nota de aceptación

Presidente del jurado Jurado Jurado Santafé de Bogotá, D.C. 30 de junio de 2000.

6

A María José por darnos

momentos de alegría

durante este trabajo.

A nuestros padres , a Ana

Francisca y a Laura por

apoyarnos en todo

momento.

7

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a:

CONGELAGRO S.A. por darnos la oportunidad y el apoyo para poder realizar este proyecto de grado. Johanna Luque, Ingeniera Química, Profesora y coordinadora de proyectos de grado de la Universidad de la Sabana por su constante apoyo, colaboración y motivación en este trabajo. Nixon Zumaeta, , Ingeniero Químico, Profesor de la Universidad de la Sabana, por su colaboración en este proyecto de grado. Matt Garcia Reyes, Ingeniero Industrial, Jefe de planta de CONGELAGRO S.A., por su ayuda en todo momento. Ana Silvia Bermúdez, Directora del Instituto Colombiano de Tecnología de Alimentos ( ICTA ), por su ayuda para poder realizar las pruebas de deshidratación. Gabriela Caez de Amaya, Ingeniera de alimentos, Profesora de la Universidad de la Sabana, por sus consejos y observaciones para este proyecto de grado.

8

CONTENIDO

pág

INTRODUCCIÓN ii

1. OBJETIVOS 3

1.1 OBJETIVO GENERAL 3

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3

2. MARCO TEÓRICO 4

2.1 COMPOSICIÓN DE LA PAPA 4

2.1.1 Compuestos Nitrogenados 5

2.1.2 Proteínas 5

2.1.3 Amino-ácidos 5

2.1.4 Lípidos 6

2.1.5 Minerales 6

2.1.6 Vitaminas 6

2.1.7 Azúcares 6

2.2 VARIEDADES DE PAPA UTILIZADAS EN CONGELAGRO S.A. 7

2.3 ALMIDÓN 10

2.3.1 Gelatinización 11

2.3.2 Retrogradación 11

2.4 SECADO 12

2.4.1 Métodos de Secado 12

2.4.2 Clasificación de Secadores 12

2.4.3 Tipos de Secadores 13

9

2.5 PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUA Y HUMEDAD 13

2.5.1 Presión de vapor de agua y estados físicos 13

2.6 DEFINICIONES DE HUMEDAD 14

2.7 HUMEDAD 15

2.8 CURVAS DE SECADO 16

2.8.1 Curva de Velocidad de Secado 16

2.8.2 Efecto de la adhesión de la pasta a la bandeja 18

2.9 TIPOS DE SECADORES 19

2.9.1 Secadores de Bandeja 19

2.9.2 Secadores rotatorios 19

2.9.3 Secado flash 19

2.9.4 Secadores de pulverización o aspersión 19

2.9.5 Secadores de tambor o de rodillos 20

2.10 TRANSFERENCIA DE CALOR 22

2.10.1 Conducción 22

2.10.1.1 Conductividad Calorífica 22

2.10.1.2 Conducción a través de un cilindro 22

2.10.2 Convección 23

2.10.3 Transferencia de calor por conducción– convección en cilindros 23

2.11 SELECCIÓN DEL SECADOR 24

2.12 ALIMENTOS BALANCEADOS PARA ANIMALES 29

2.12.1 Características de materia primas 29

2.12.1.1 El maíz 30

2.12.1.2 El sorgo 30

10

2.12.1.3 Harina de gluten de maíz 30

2.12.1.4 Los salvados 30

2.12.2 Microingredientes 30

2.12.2.1 Vitaminas 30

2.12.2.2 Minerales 31

2.12.3 Proceso general para la fabricación de concentrados para animales 31

2.12.3.1 Recepción de materias primas 31

2.12.3.2 Almacenamiento 32

2.12.3.3 Molienda 33

2.12.3.4 Dosificación y mezcla 33

2.12.3.5 Peletizado y extrusión 34

2.12.3.6 Secado 35

2.12.3.7 Tamizado 36

2.12.3.8 Empaque y Almacenamiento 36

3. DISEÑO EXPERIMENTAL 38

3.1 PROCEDIMIENTOS 38

3.1.1 Procedimiento para la deshidratación en el secador de bandejas de la planta

piloto de la Universidad de la Sabana 38

3.1.1.1 Equipos y materiales 38

3.1.1.2 Procedimiento 38

3.1.2 Procedimiento de molienda en el molino de la planta piloto de la Universidad

de la Sabana 40



11

3.1.3 Procedimiento para homogeneizar la muestra en la planta piloto del ICTA

de la Universidad Nacional 40



3.1.4 Procedimiento para el secador de tambor en la planta piloto de ICTA

de la Universidad Nacional 41



3.2 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS PARA SECADO POR LOTES EN

EL SECADOR DE BANDEJAS DE LA PLANTA PILOTO DE LA

UNIVERSIDAD DE LA SABANA 42

3.2.1 Prueba de secado a 100ºC 43

3.2.1.1 Pruebas de secado para la bandeja 1 a 100 ºC 43

3.2.1.2 Pruebas de secado para la bandeja 2 a 100 ºC 47

3.2.2 Resultados de las pruebas de secado a 70ºC, 50-60-70ºC, 60ºC y 80 ºC 50

3.2.3 Prueba de secado a 70 ºC 50

3.2.3.1 Curva de secado para la bandeja 1 a 70 ºC 51


3.2.4 Prueba de secado a 50-60-70 ºC 55

3.2.4.1 Curva de secado para la bandeja 1 a 50-60-70 ºC 55

3.2.4.2 Curva de secado para la bandeja 2 a 50-60-70 ºC 58




12




3.3 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS PARA SECADO POR

CONDUCCIÓN EN EL SECADOR DE RODILLO DE LA PLANTA PILOTO

DEL ICTA EN LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA 70

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 74

4.1 PRUEBAS DE SECADO EN EL SECADOR DE BANDEJAS DE LA PLANTA

PILOTO DE LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA 74


4.1.2 Prueba de secado a temperaturas diferentes de 100 ºC 74


4.1.4 Prueba de secado a 50-60-70 ºC 77



4.2 ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL PRODUCTO A LAS

DIFERENTES TEMPERATURAS 81

4.2.1 Análisis del comportamiento del producto a las diferentes temperaturas 83

4.2.1.1 Análisis del comportamiento del producto para la bandeja 1 83

4.2.1.2 Análisis del comportamiento del producto para la bandeja 2 84

4.2.1.3 Promedio general de las ecuaciones obtenidas para la dos bandejas 85

4.2.2 Análisis del contenido de humedad crítico a diferentes temperaturas 85

4.2.2.1 Análisis de los puntos de humedad crítico para la bandeja 1 85

4.2.2.2 Análisis de los puntos de humedad crítico para la bandeja 2 86

13

4.2.2.3 Análisis de los puntos de humedad crítico para las dos bandejas 87

4.2.3 Análisis de los resultados obtenidos a las diferentes temperaturas 87

4.3 PRUEBAS DE SECADO EN EL SECADOR DE TAMBOR DE LA PLANTA

PILOTO DEL ICTA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA 88

5. SELECCIÓN DE EQUIPO 91

5.1 DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA CÁSCARA DE PAPA 91

5.1.1 Selección del equipo basándose en el comportamiento de cáscara de papa 91

5.2 BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA 93

5.2.1 Balance de materia y energía para el secador de tambor del ICTA

de la Universidad Nacional de Colombia 93

5.3 ESCALAMIENTO 95

5.3.1 Secador de rodillos de la planta piloto del ICTA 95

5.3.2 Escalamiento del secador de tambor 95

5.4 DISEÑO BÁSICO DEL PROCESO 99

6. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA 102

6.1 DETERMINACION DE LA INVERSIÓN INICIAL 102

6.1.1 Edificios 102

6.1.2 Terreno 102

6.1.3 Equipos 103

6.2 CÁLCULOS DE DEPRECIACIÓN 103

6.3 COSTOS DE PRODUCCIÓN 104

6.3.1 Materia prima 105

6.3.2 Energía 105

6.3.3 Agua 105

14

6.3.4 Gas 106

6.3.5 Costo total anual de los servicios 106

6.4 COSTOS DE INSUMOS 107

6.5 COSTOS DE MANO DE OBRA 107

6.6 DETERMINACION DE LOS COSTOS DE ADMINISTRACIÓN Y VENTAS 109

6.6.1 Costos de administración 109

6.6.2 Costos de ventas 109

6.7 COSTOS DE MANTENIMIENTO 109

6.8 FINANCIAMIENTO DEL PROYECTO 109

6.9 PARÁMETROS DEL PRODUCTO 110

6.10 COSTO DEL PRODUCTO 110

6.11 EGRESOS 112

6.12 IMPUESTOS 113

6.13 ANÁLISIS DE PÉRDIDAS Y GANANCIAS 113

6.14 FLUJO DE CAJA 114

6.14.1 Capital de trabajo 114

6.14.2 Flujo de caja. 115

7. CONCLUSIONES 119

7.1 LIMITACIONES DEL ESTUDIO 119

7.2 INVESTIGACIÓN DEL MERCADO 119

7.3 DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA CÁSCARA

DE PAPA EN EL SECADO POR CONVECCIÓN 119

7.4 RETROGRADACIÓN 120

7.5 SECADOR DE TAMBOR 120

15

7.6 SELECCIÓN DE EQUIPO 121

7.6.1 Escalamiento 121

7.7 FACTIBILIDAD ECONÓMICA 121

RECOMENDACIONES 122

BIBLIOGRAFIA 123

ANEXOS 125

16

TABLAS

pág

Tabla 1. Composicón química de la papa 4

Tabla 2. Variedades colombianas de papa utilizadas en CONGELAGRO S.A 7

Tabla 3, Características de algunos almidones 10

Tabla 4. Clasificación de los secadores comerciales basada en los materiales

Manejados 26

Tabla 5. Parámetros importantes a controlar en las materias primas 32

Tabla 6. Resultados de la prueba de secado a 100ºC para la bandeja 1 46


Tabla 8. Resultados para las pruebas de secado convectivo. 50



Tabla 11. Resultados de la prueba de secado a 50-60-70ºC para la bandeja 1 57

Tabla 12. Resultados de la prueba de secado a 50-60-70ºC para la bandeja 2. 59





Tabla 17 Resultados de las pruebas en el deshidratador de rodillos para

producir hojuelas de cáscara de papa criolla 70

17


producir hojuelas de cáscara de papa, basado en los datos del diseño experimental

de la tabla 17 71


producir hojuelas de cáscara de papa 72

Tabla 20 Parámetros dentro de las especificaciones de humedad del

deshidratador de rodillos para producir hojuelas de cáscara de papa 73

Tabla 21 . Datos para realizar el análisis de la varianza de un factor 82

Tabla 22. Análisis de varianza de un factor 82

Tabla 23. Resumen de las ecuaciones para la bandeja 1 a las diferentes temperaturas 83

Tabla 24. Resumen de las ecuaciones para la bandeja 2 a las diferentes temperaturas 84

Tabla 25. Humedades criticas para las diferentes temperaturas para la bandeja 1 86

Tabla 26. Humedades criticas para las diferentes temperaturas para las bandeja 2 86

Tabla 27. Tiempo total de secado para llegar a una humedad del 12% a diferentes

temperaturas 87

Tabla 28 Parámetros dentro de las especificaciones de humedad y flujo másico

del deshidratador de rodillos para producir hojuelas de cáscara de papa 89

Tabla 29 Parámetros finales de humedad y flujo másico del deshidratador de

rodillos para producir hojuelas de cáscara de papa 89

Tabla 30. Bromatológico de la cáscara de papa deshidratada 90

Tabla 31 Reporte de análisis microbiológico de la cáscara húmeda y deshidratada 90

Tabla 32 Valores calculados en el escalamiento del secador 97

Tabla 33 Escalamiento teniendo en cuenta las especificaciones del secador de

GMF GOUDA 99

18

Tabla 34. Costo de las instalaciones necesarias para el proceso 102

Tabla 35. Costos de los equipos necesarios para el proceso de deshidratación

de la cáscara de papa 103

Tabla 36. Datos para realizar la depreciación de la maquinaria de producción 103

Tabla 37. Depreciación de la maquinaria de producción 104

Tabla 38. Datos para realizar la depreciación de la infraestructura 104

Tabla 39. Depreciación de la infraestructura 104

Tabla 40. Parámetros para realizar los incrementos y la tasa para el préstamo 105

Tabla 41. Kilovatios requeridos para el proceso 105

Tabla 42. Consumo de agua requerido en el proceso 106

Tabla 43. Costo de gas para la producción de cáscara de papa 106

Tabla 44. Costo total anual de servicios para el proceso 107

Tabla 45. Costos del empaque 107

Tabla 46. Costos de mano de obra para un oficio vario 108

Tabla 47. Costos totales anuales de mano de obra para la producción 108

Tabla 48. Costos de ventas para el proceso 109

Tabla 49. Parámetros del producto para el análisis 110

Tabla 50. Costo del producto por bulto 111

Tabla 51. Costo del producto por bulto proyectado a 5 años 112

Tabla 52. Egresos del proceso 112

Tabla 53. Impuestos para el proceso 113

Tabla 54. Estado de pérdidas y ganancias 114

Tabla 55. Capital del trabajo 115

Tabla 56. Flujo de caja, primer escenario 116

19

Tabla 57. Flujo de caja, segundo escenario 118

Tabla 58. Valor requerido para el préstamo y parámetros utilizados para el mismo 144

Tabla 59. Forma de pago del préstamo con intereses, abono a capital y saldo

del préstamo 145

20

FIGURAS

pág

Figura 1. Papa Diacol Capiro ( R 12 negra ), tubérculo 8

Figura 2. Papa Diacol Capiro ( R 12 negra ), brote y flor 8

Figura 3. Papa Ica Unica, tubérculo 9

Figura 4. Papa Ica Unica, brote y flor 10

Figura 5 Gelatinización del almidón 11

Figura 6 Diagrama de fases del agua 14

Figura 7 Tipos de humedad 15

Figura 8 Curva de secado 16

Figura 9 Curva de velocidad de secado en función del contenido de humedad libre 17

Figura 10. Efecto de la adhesión de la pasta a la bandeja 18

Figura 11. Secador de tambor sencillo con aplicadores de rodillo 20



Figura 14. Proceso general para la fabricación de concentrados para animales 31

Figura 15. Silos de Almacenamiento 33

Figura 16: Peletizadora abierta 35

Figura 17 Extruder 35

Figura 18. Silos para despachar a granel 36

Figura 19. Curva de secado para la bandeja 1 a 100 ºC 45

Figura 20. Curva de velocidad de secado para la bandeja 1 a 100 ºC 47


21






Figura 27. Curva de secado para la bandeja 1 a 50-60-70 ºC 56

Figura 28. Curva de velocidad de secado para la bandeja 1 a 50-60-70 ºC 56

Figura 29. Curva de secado para la bandeja 2 a 50-60-70 ºC 58

Figura 30. Curva de velocidad de secado para la bandeja 2.a 50-60-70 ºC 60


Figura 32. Curva de secado de secado para la bandeja 1 a 60 ºC 61

Figura 33. Curvas de secado para la bandeja 2.a 60 ºC 63






Figura 39. Ecuaciones para la curva de velocidad de secado de la bandeja 1 a 70 ºC 76


Figura 41 Ecuaciones para la curva de velocidad de secado de la bandeja 1

a 50-60-70 ºC 77

Figura 42. Ecuaciones para la curva de velocidad de secado de la bandeja 2

a 50-60-70 ºC 78

Figura 43 Ecuaciones para la curva de velocidad de secado de la bandeja 1 a 60 ºC 79

22




Figura 47. Cáscara de papa, obtenida de la operación de pelado con vapor

en el procesos de papa a la francesa de CONGELAGRO S.A 126

Figura 48. Cáscara de papa, producto bastante heterogéneo 127

Figura 49. Cáscara de papa, producto demasiado pegajoso por lo cual

tiene bastante resistencia a fluir 128

Figura 50. Vista frontal del secador de rodillos de la planta piloto del ICTA 129

Figura 51. Vista superior del secador de rodillos de la planta piloto del ICTA 130

Figura 52. Cáscara de papa sin homogeneizar 131

Figura 53. Cutter de la planta piloto del ICTA utilizado para homogeneizar la

cáscara de papa 132

Figura 54. Cáscara de papa homogeneizada 133

Figura 55. Obtención del producto seco en lamina en el secador de rodillos

de la planta piloto del ICTA 134

23

ANEXOS

pág

Anexo A. fotos de la cáscara de papa húmeda 126

Anexo B. fotos del secador de tambor de la planta piloto del ICTA 129

Anexo C. Análisis bromatológico y microbiológico 135

Anexo D. Catálogos recibidos y Cotizaciones efectuadas con

empresas internacionales 136

Anexo E. Fax y E-mails enviados a las diferentes empresas internacionales 137

Anexo F: Cotizaciones a nivel nacional 138

Anexo G. Distribución en planta 139

Anexo H. Préstamo financiero 143

24

INTRODUCCIÓN

CONGELAGRO S.A. es una empresa dedicada a elaborar productos congelados a partir de la papa y la yuca, entre otros alimentos. Los procesos en curso generan residuos que no están siendo manejados óptimamente. Esta empresa quiere aprovecharlos dándoles valor agregado, incrementando así las utilidades para la empresa y reduciendo la contaminación ambiental. Esta es la razón por la cual CONGELAGRO S.A. tiene varios proyectos en curso, en los que se busca conseguir el aprovechamiento de varios subproductos generados en el proceso. Dentro de estos se encuentra la cáscara de papa que se obtiene a partir del pelado con presión de vapor de la producción de papa a la francesa. En esta empresa actualmente se desechan 14 toneladas diarias de cáscara de papa, que corresponde aproximadamente al 11% del total de la materia prima utilizada en el día. Inicialmente CONGELAGRO S.A. no tenía una idea específica acerca del aprovechamiento de la cáscara de papa. Por ello se comenzó un trabajo de investigación de mercado con sondeos preliminares en diferentes sectores industriales, obteniendo una buena acogida por parte de las principales empresas productoras de alimentos concentrados para animales como AGRIBRANDS PURINA, RALSTON PURINA, SOLLA Y FINCA S.A. A estas empresas les atrajo la utilización del producto dentro de su formulación, cumpliendo ciertas características referentes al nivel de humedad, carga microbiológica y precio. Como consecuencia, el proyecto presentado en este documento se dirige hacía el aprovechamiento de la cáscara de papa como insumo de la industria de alimentos balanceados para animales. El proceso de transformación estudiado fue la deshidratación por medio del secado que permite alcanzar los estándares requeridos para su utilización, imprimiendo un valor agregado al producto. En primera instancia se realizaron estudios enfocados a determinar el comportamiento de la cáscara de papa frente a la operación de secado. Los resultados obtenidos condujeron a seleccionar el equipo adecuado para realizar el proceso. Posteriormente se ejecutaron pruebas en un secador piloto que permitieron especificar las condiciones óptimas de operación para llegar al nivel de humedad deseado y requerido. A partir de los anteriores experimentos, se efectúo un escalamiento básico para determinar las dimensiones y características del secador a nivel industrial, que dieron las bases para diseñar el proceso de producción a implementar. Finalmente se efectúo el análisis de viabilidad económica con respecto al proceso en mención. Un estudio como estos asegura la utilización de un subproducto como insumo para otra industria, dándole un valor agregado, y permitiendo que se disminuyan los desechos en los procesos reduciendo la contaminación industrial.

i

ii

25

CAPÍTULO 1

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Diseño básico de un proceso que permita la transformación de la cáscara de papa, que cumpla con los requerimientos necesarios para ser empleada como insumo en la producción de alimentos balanceados para animales.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Realizar un sondeo en las principales empresas del sector de alimentos balanceados para animales y de acuerdo con las necesidades manifestadas por estos, ajustar .las características que debe cumplir el producto final.

- Realizar el diseño básico de un proceso que le dé valor agregado a la cáscara de papa. - Seleccionar técnica y económicamente los equipos necesarios para obtener el producto final,

determinando su distribución física en planta. - Realizar un estimativo de los costos de equipos y montaje, a partir de las cotizaciones efectuadas con

el fin de determinar la mejor opción.

26

CAPÍTULO 2

2. MARCO TEÓRICO

2.1 COMPOSICIÓN DE LA PAPA

La composición al igual que la cantidad de materia seca en el tubérculo, depende de muchos factores como el clima, la época de siembra y la variedad entre otros. Sus valores absolutos sólo dan una idea de los límites probables de concentración de cualquier sustancia. Una composición general aproximada del tubérculo de papa ( promedio de variedades nacionales ) es la siguiente1

Tabla 1. Composición química de la papa

NutrienteGramos/100 gramos de parte comestible (incluye cáscara)

Calorías 84 kcal/gAgua 76Proteína 1.9Grasa 0.1Carbohidratos 19.3Azúcares invertidos 0.11Fibra 1Ceniza 1

Mineralesmg/100 gramos de parte

comestible (incluye cáscara)Calcio 4Fosforo 26Hierro 1.1Acido ascórbico 20

Los constituyentes que forman la materia seca son: almidón, azúcares reductores, sacarosa, ácido cítrico, nitrógeno total, proteína, grasa, fibra y cenizas.

1 ARANA C., Helda, Variación del contenido de proteínas y aminoácidos libres en los tubérculos de papa durante el almacenamiento a diferentes temperaturas. p. 3

FUENTE: MORENO B., Nancy. Determinación de los parámetros experimentales para la obtención de hojuelas de papa deshidratada. p. 6

27

2.1.1 Compuestos Nitrogenados

El contenido total de nitrógeno en la papa es del 2% del peso seco. Cerca del 90% es acuosoluble, la fracción insoluble permanece asociada con la piel y la corteza exterior. El nitrógeno está presente en proteínas, aminoácidos, pequeños polipéptidos y nitrógeno básico, incluyendo alcaloides.2

2.1.2 Proteínas3

Están conformadas por una o varias cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales posee 100 o más aminoácidos. Todas las proteínas, independientemente de la función que desempeñan o de la especie de origen, están constituidas por un conjunto básico de 20 aminoácidos ordenados en diferentes secuencias específicas, y contienen otros elementos como hierro, zinc y fósforo, entre otros. Se han diferenciado 42 tipos de proteínas en la papa. Las proteínas constituyen cerca de la mitad o la tercera parte del nitrógeno total. La proporción de ellas es mayor en el tubérculo maduro que en el inmaduro. Forman del 1.5 al 2.5% del peso fresco. Considerando como fracción proteínica los sistemas enzimáticos presentes en el tubérculo, se tienen los siguientes: tirosinasa, catalasa, polifenoloxidasa, fosfatasa, aldeidasa, fosforilasa, peroxidasa. No todas estas enzimas se han aislado, pero su presencia se deduce por ciertas reacciones que se pueden observar en todos los tubérculos analizados y de las cuales se conoce la catálisis. Las proteínas de la papa están compuestas por globulinas en un 60 a 70% y glutelinas en un 20 a 40%. No se encuentran albúminas. Durante la maduración el contenido de globulinas aumenta y el contenido de glutelinas decrece.

2.1.3 Amino-ácidos4

Los aminoácidos libres, forman la mayor parte de la fracción no proteínica. Se han identificado 21 aminoácidos como constituyentes de la fracción no proteica de la papa los cuales son: ácido aspártico, ácido glutámico, ácido aminobutírico, cistina, serina, isoleucina, tirosina, alanina, glicina, asparagina, glutamina, histidina, feni-alanina, leucina, arginina, lisina, metionina, prolina, valina, triptófano y sulfato de metionina.

2 ARANA C., Helda, Variación del contenido de proteínas y aminoácidos libres en los tubérculos de papa durante el almacenamiento a diferentes temperaturas p. 5 3 SANCHEZ P., María del Pilar, Montaje de una deshidratadora de papa en lámina, p. 10, Ibid., p. 5, MORENO B., Nancy,. Determinación de los parámetros experimentales para la obtención de hojuelas de papa deshidratada. p. 8. 4 ARANA C., Helda, Variación del contenido de proteínas y aminoácidos libres en los tubérculos de papa durante el almacenamiento a diferentes temperaturas p. 7.

28

2.1.4 Lípidos5

El contenido de lípidos en el tubérculo es muy bajo, sin embargo deben ser tenidos en cuenta debido a que la alta insaturación de los ácidos grasos y su oxidación provocan malos sabores sobre la papa transformada. Los ácidos grasos están constituidos por: insaturados (linoléico, palmítico y oléico), y saturados (esteárico y mirístico)

2.1.5 Minerales6

El contenido de los minerales en la papa depende de la variedad, áreas de cultivo, madurez y almacenamiento. Los minerales que se encuentran son: fósforo, calcio, magnesio, sodio, hierro, potasio, silicio, carbonato, entre otros.

2.1.6 Vitaminas7

Entre las vitaminas encontradas en la papa están: provitamina A, tiamina, riboflavina, ácido ascórbico, niacina, inositol y ácido pantoténico.

2.1.7 Azúcares8

La papa fresca se caracteriza por tener un contenido muy bajo de azúcares, el cual está representado principalmente por fructosa, glucosa y sacarosa. Un porcentaje alto de azúcares no es conveniente no sólo por el sabor dulce y la mala textura que adquiere el producto, sino porque constituye un obstáculo en procesos como la deshidratación debido al pardeamiento y a la caramelización del tubérculo.

5 SANCHEZ P., María del Pilar, Montaje de una deshidratadora de papa en lámina, p. 11, MORENO B., Nancy,. Determinación de los parámetros experimentales para la obtención de hojuelas de papa deshidratada. p.9. 6 Ibid., p. 12, Ibid., p. 9. 7 MORENO B., Nancy. Determinación de los parámetros experimentales para la obtención de hojuelas de papa deshidratada. p 9. 8 SANCHEZ P., María del Pilar, Montaje de una deshidratadora de papa en lámina, p. 10.

29

2.2 VARIEDADES DE PAPA UTILIZADAS EN CONGELAGRO S.A.

Tabla 2. Variedades colombianas de papa utilizadas en CONGELAGRO S.A.

Clon CCC 751 ( ssp. Tuberosum) x Tuquerreña ( ssp. Andigena )

Planta

Tubérculos

AdaptaciónPeríodo Vegetativo

Rendimiento comercialMateria seca

Porcentaje de azucarPeríodo de reposoCalidad culinaria.Calidad Industrial.

Enfermedades

Buena.Excelente para procesamiento de papa frita en hojuelas y en tiras.

22 % ( 1.085 peso específico ).25 toneladas por hectárea. Predomina el tamaño primera ( grande ).

0 ( cero ) 2 meses ( 15 ºC y 90 % de humedad relativa ).

DIACOL CAPIRO ( R 12 negra )TIPO

2000 a 2800 metros sobre el nivel del mar.Cinco a seis meses.

VARIEDAD

CA

RA

CTE

RÍS

TICA

S

MO

RFO

LÓG

ICA

SC

AR

AC

TER

ÍSTIC

AS

A

GR

ÍCO

LAS

Tallos no muy gruesos, verde y púrpura. Folíolos pequeños alargados color verde oscuro. Flores morado oscuro con acúmenes blancos. Fructificación escasa.

Tamaño grande. Forma redonda, ligeramente aplanada. Piel color morado, ojos superficiales, pulpa crema.

susceptible a la gota (P.infestans ), tolerante al virus PVX y PVY, tolerante a marchitez bacteriana ( Ralstonia solanacearum ).

Esta variedad de papa es la más utilizada en CONGELAGRO S.A., por el color de la pulpa( blanca ) y por su contenido de azúcares, estas dos propiedades son importantes para el sabor y para el color final después de fritar la papa.

FUENTE: FEDEPAPA. Revista papa, Nº 19, Abril de 1999. p. 8.

30

Figura 1. Papa Diacol Capiro ( R 12 negra ), tubérculo.

Figura 2. Papa Diacol Capiro ( R 12 negra ), brote y flor.

31

Continuación de la Tabla 2. Variedades Colombianas de papa utilizadas en CONGELAGRO S.A.

Planta

Tubérculos

AdaptaciónPeríodo Vegetativo

Rendimiento comercialMateria seca

Porcentaje de azúcares reductores

Período de reposoCalidad culinaria.Calidad Industrial.

Enfermedades Resistente a la gota (P.infestans ).

VARIEDAD

De porte alto, tallos vigorosos de color oscuro, folíolos grandes verde oscuro. Flores abundantes de color lila. Fructificación mediana.

CA

RA

CTE

RÍS

TICA

S

MO

RF

OLÓ

GIC

AS

Tamaño grande. Forma redonda alargada. Piel crema con la yema de los ojos morada, ojos superficiales, pulpa crema.

CA

RA

CTE

RÍS

TICA

S

AG

RÍC

OLA

S

2600 3000 metros sobre el nivel del marCinco a seis meses.

21.5 % ( 1.086 peso específico ).

1 mes ( 15 ºC y 90 % de humedad relativa ).Buena para consumo en fresco.

ICA ÚNICA

Excelente para procesamiento de papa a la francesa.

TIPO ( Neo-tuberosum E 59-42 x Bulk andigena)

37 toneladas por hectárea. Predomina tubérculos tamaños 0 y primera.

0.1

En épocas de escaces de materia prima se utiliza esta variedad. El ideal es no utilizarla muy frecuentemente porque ésta no tiene las mismas propiedades de la R 12 como el contenido de azúcares y el sabor.

Figura 3. Papa Ica Única, tubérculo.

FUENTE: FEDEPAPA. Revista papa, Nº 19, Abril de 1999, p.14.

32

Figura 4. Papa Ica Única, brote y flor.

2.3 ALMIDÓN

Es un carbohidrato compuesto por un alto número de unidades de glucosa que conforman la molécula. Este es probablemente el polisacárido más abundante y se encuentra en los cereales, los tubérculos y en algunas frutas como por ejemplo el plátano. Químicamente esta compuesto por una mezcla de dos polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina. La amilosa es una molécula lineal y la amilopectina se diferencia por ser una molécula ramificada que le da una forma molecular similar a la de un árbol. Los almidones contienen aproximadamente de un 17 a un 27% de amilosa y el resto de amilopectina. Algunos cereales como el maíz, el sorgo y el arroz tienen variedades llamadas céreas que están compuestas en su mayor parte por amilopectina, existen otras que tiene hasta el 90% de amilosa.

Tabla 3, Características de algunos almidones

TIPO AMILOPECTINA (%) AMILOSA (%)TEMPERATURA DE

GELATINIZACION (ºC)TAMAÑO DEL

GRANO (micras)

Maíz 73 27 62 - 72 5 - 25Maíz rico en amilosa 20 - 45 55 - 80 67 - 80 5 - 25Papa 78 22 58 - 67 5 - 100Arroz 83 17 62 - 78 2 - 5Tapioca 82 18 51 - 65 5 - 35Maíz céreo 99 - 100 0 - 1 63 - 72 5 - 25Sorgo céreo 99 - 100 0 - 1 67 - 74 5 - 25Trigo 76 24 58 - 64 11 - 41

FUENTE: BADUI.. Salvador, Química de los alimentos, p. 96

33

2.3.1 Gelatinización.

Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría debido a que su estructura está altamente organizada ya que presenta una gran estabilidad. Sin embargo cuando se calienta comienza un proceso de absorción de agua. A medida que se incrementa la temperatura, se requiere más agua y el grano empieza a hincharse y a aumentar de volumen. Si se administra más calor el gránulo hinchado es incapaz de retener el líquido por lo cual se parte parcialmente y la amilosa y la amilopectina, fuertemente hidratadas se dispersan en el centro de la disolución. Este proceso recibe el nombre de gelatinización, transformandose los gránulos de almidón insolubles en una solución de moléculas en forma individual. La cantidad de agua que absorben los diferentes almidones varía, pero se puede considerar que es de 40 a 55 gramos de agua por cada 100 gramos de sólido. La figura 5 muestra la gelatinización del almidón; los gránulos se hinchan y retienen un máximo de agua hasta que se rompen y producen una dispersión de moléculas de amilosa y amilopectina.

Figura 5 Gelatinización del almidón.

2.3.2 Retrogradación.

Cada almidón tiene una tendencia diferente a la retrogradación que se relaciona con su contenido de amilosa, ya que la amilopectina es más difícil que la desarrolle debido a que sus ramificaciones impiden la formación de puentes de hidrógeno entre otras moléculas adyacentes; sin embargo, si las soluciones de almidón se congelan y se descongelan continuamente se produce su insolubilización y a este fenómeno se le conoce como retrogradación. Las fracciones de amilosa o las secciones lineales de amilopectina que retrogradan, forman zonas con una organización cristalina muy rígida, que requiere de una alta energía para que se rompan y el almidón se gelatinice.

Viscosidad

Temperatura

Fuente BADUI. Salvador. Química de los alimentos. p. 98.

34

2.4 SECADO

La separación de líquido presente en una sustancia se puede realizar por medios mecánicos o térmicos. El secado es una operación unitaria que consiste en la eliminación de humedad a partir de intercambio de calor por convección o conducción. El contenido de líquido, la forma y las propiedades de una sustancia varían de un producto a otro, teniendo como consecuencia una velocidad de secado específica para cada una de ellas. Es importante el comportamiento de los productos que se secan, pues estos pueden soportar temperaturas elevadas o por lo contrario requieren de un tratamiento térmico moderado. Existe un gran número de secadores comerciales. Las diferencias que hay entre ellos provienen esencialmente de como se transmite el calor y la forma como se mueven los sólidos en la zona de secado. Se utiliza generalmente el secado para preservar la vida útil de productos alimenticios, debido a que al eliminar una gran cantidad de agua los microorganismos no pueden crecer y multiplicarse. “Los microorganismos dejan de ser activos cuando el contenido de agua se reduce por debajo del 10% en peso. Sin embargo, generalmente es necesario reducir este contenido de humedad por debajo del 5% en peso de los alimentos, para preservar el sabor y su valor nutritivo. Los alimentos secos pueden almacenarse durante períodos largos de tiempo.”9

2.4.1 Métodos de Secado10.

“El secado puede clasificarse de acuerdo con las condiciones físicas usadas para adicionar calor y extraer el vapor de agua: • En la primera categoría, el calor se suministra por contacto directo con aire caliente a presión

atmosférica, y el vapor de agua formado se elimina por medio del mismo aire. • En el secado al vacío, la evaporación del agua se verifica con más rapidez a presiones más bajas, y el

calor se añade indirectamente por contacto con una pared metálica o por radiación. (también pueden usarse temperaturas bajas con vacío para ciertos materiales que pueden decolorarse o descomponerse a altas temperaturas).

• En el secado por congelación, el agua se sublima directamente del material congelado.”

2.4.2 Clasificación de Secadores:

Los secadores operan por convección, por conducción o una combinación de las dos. La primera opera por exposición directa de un gas caliente con el sólido, recibiendo el nombre de secadores directos o adiabáticos. La segunda consiste en el contacto directo del sólido con una superficie metálica que es calentada con vapor de agua condensante o resistencias eléctricas. Tratándose de un secado indirecto o no adiabático.

9 GEANKOPLIS, Christie. Procesos de transporte y operaciones unitarias. p. 435. 10 Ibid., p. 436.

35

En ocasiones pueden tenerse secadores en donde las dos operaciones están implícitas, y se denominan secadores directos – indirectos.

2.4.3 Tipos de Secadores:

Los tipos de secadores se pueden clasificar básicamente en dos, por lotes o continuos. Los secadores por lotes son aquellos en los que la materia prima se introduce manualmente en el equipo, secándose por un tiempo para retirarlo del mismo y ser nuevamente cargado con otro lote de materia prima. Estos secadores funcionan en condiciones de estado no estacionario. Por otra parte los secadores continuos operan en estado estacionario, es decir: su funcionamiento y condiciones son permanentes y la materia prima circula por el secador sin requerir manipulación externa adicional. La siguiente clasificación es útil para el diseño del secador según el tipo y naturaleza del proceso deseado. Método de operación, es decir por lotes o continuo. Método de obtención del calor necesario para la evaporación de la humedad. Pueden ser por medio de transmisión de calor directa o indirecta. En la primera el gas caliente, por contacto directo con el producto, elimina por convección su humedad. En la segunda, el calor puede obtenerse por conducción a través de una pared metálica en contacto con la sustancia o por exposición de la misma a radiación infrarroja o calentamiento dieléctrico, independientemente del gas que se utiliza para retirar la humedad evaporada. La naturaleza de la sustancia que se va a secar. Se debe observar qué tipo de sustancia se tiene para el secado, debido a que ésta puede ser un sólido rígido o flexible, granular, una pasta o un lodo ligero o una solución. Para así poder definir los diferentes métodos de manejo necesarios que van a influir en la selección del secador que se va a utilizar.

2.5 PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUA Y HUMEDAD11

En varias de las operaciones unitarias, así como en los procesos de transporte, es necesario efectuar cálculos que se basan en las propiedades de mezclas de vapor de agua y aire. Estos cálculos requieren el conocimiento de la concentración del vapor de agua en el aíre bajo diversas condiciones de temperaturas y presión de las propiedades térmicas de estas mezclas y de los cambios que se verifican cuando la mezcla se pone en contacto con agua o con sólidos húmedos para secarse .

2.5.1 Presión de vapor de agua y estados físicos12:

El agua pura puede existir en tres diferentes estados físicos: hielo sólido, líquido y vapor. El estado físico en el cual exista, depende de la presión y la temperatura. La figura 6 ilustra los diferentes estados físicos del agua y la relaciones presión y temperatura en equilibrio. En la figura aparecen las regiones de los estados sólidos, líquido y vapor. A lo largo de la línea AB, coexisten la fases líquida y vapor. En la línea AC, las fases que coexisten son hielo y líquido. A lo largo de

11 GEANKOPLIS. Christie. Procesos de transporte y operaciones unitarias., p 440. 12 Ibid., p 440.

36

la línea AD coexisten el hielo y el vapor. Si el hielo en el punto (1) se calienta a presión constante la temperatura se eleva y la condición física se desplaza horizontalmente. En cuanto la línea cruza AC, el sólido se funde, y al cruzar AB el líquido se vaporiza. Al desplazarse del punto (3) al punto (4), el hielo se sublima ( se vaporiza ) para formar vapor sin pasar por el estado líquido. El liquido y el vapor pueden coexistir en equilibrio a lo largo de la línea AB que es la línea de presión de vapor del agua. La ebullición se presenta cuando la presión de vapor del agua es igual a la presión total de la superficie de dicha agua. Por ejemplo si se tiene 1 atm de presión el agua hervirá a 100 ºC, cuando la presión de vapor de agua alcance 1 atm.

Figura 6 Diagrama de fases del agua.

2.6 DEFINICIONES DE HUMEDAD

En el proceso de secado es importante describir el contenido de humedad de las sustancias debido a que de esto depende el correcto entendimiento del proceso de deshumidificación: Contenido de humedad en base húmeda: el contenido de húmedad de un sólido o solución generalmente se describe en función del porcentaje en peso de humedad; es decir

XX

humedaddekgosólidodekghumedaddekg

+=

+ 1*100

100*)..sec....(

..

Contenido de humedad en base seca (X): se expresa como

C B

D

A

(1)

(3)

(2)(

(4)

Región del sólido.

Región del vapor

Región del líquido

Presión

Temperatura

Fuente: Geankoplis, Christie. Procesos de transporte y operaciones unitarias. p. 441

37

Xosólidodekg

humeaddekg =sec...

..

El porcentaje de humedad en base seca es 100*X

2.7 HUMEDAD

• Humedad en equilibrio (X*): es el contenido de humedad de una sustancia que esta en equilibrio con una presión parcial dada del vapor.

• Humedad ligada: se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de vapor en el equilibrio menor que la del líquido puro a la misma temperatura.

• Humedad no ligada: se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de vapor en el equilibrio igual a la del líquido puro a la misma temperatura.

• Humedad libre: es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la humedad en equilibrio: X-X*. Solo puede evaporarse la humedad libre; el contenido de humedad libre de un sólido depende de la concentración del vapor en el gas.

Figura 7 Tipos de humedad. La figura muestra las relaciones de humedad, para un sólido con un contenido de humedad X expuesto a un gas de humedad relativa A.

Humedad libre

Humedad en el equilibrio

Humedad retenida

Humedad no retenida

1.0

Humedad relativa del gas % humedad

Contenido de humedad, Kg humedad / Kg sólido seco

Curva de humedad en el equilibrio

Fuente: TREYBAL. Robert. Operaciones de transferencia de masa. P. 729

38

2.8 CURVAS DE SECADO

Es muy difícil conocer el comportamiento de los materiales durante la operación de secado, ya que cada uno tiene una respuesta diferente a las condiciones de secado, que depende de la temperatura, el tiempo de secado, la velocidad del aire secante, entre otros. Por esta razón las pruebas de secado son de vital importancia para poder determinar el tamaño del secador necesario, las diferentes condiciones de operación de humedad y temperatura para el aire empleado, y el tiempo requerido para obtener la humedad deseada. Las mediciones de la rapidez del secado por lotes son relativamente fáciles y proporcionan mucha información no sólo para la operación por lotes sino también para la continua.

2.8.1 Curva de Velocidad de Secado.

Para que los datos experimentales sean de máxima utilidad y puedan emplearse efectivamente en la realización de la curva de velocidad de secado es necesario cumplir con las siguientes consideraciones : La muestra no debe ser demasiado pequeña y se debe utilizar una bandeja similar a la que se utilizará en el proceso. La velocidad, la humedad, la temperatura y la dirección del aire deben ser los mismos y constantes para poder realizar el escalamiento posteriormente. En el secado por lotes se obtienen experimentalmente datos referentes a los pesos húmedos (W) en determinados períodos de tiempo. A partir de estos datos obtenidos en el secado se puede construir una gráfica de tiempo contra humedad. Esta gráfica es muy útil ya que puede determinar el tiempo necesario para secar grandes cantidades de material con las mismas condiciones utilizadas en el secado.

Figura 8 Curva de secado.

A B

C

D

E

Tiempo ( h )

X ( Kg de humedad / Kg. Sólido seco )

Fuente: GEANKOPLIS, Chritie. Procesos de transporte y operaciones unitarias. p. 453

39

A partir de esta gráfica puede obtenerse la rapidez de secado, con el siguiente método. Tomando pequeños diferenciales de humedad ∆X en los mismo deltas de tiempo ∆t se calcula la rapidez de secado de la siguiente forma:

tX

AW

R s

∆∆

−=

donde A es el área del producto expuesta al gas caliente y Ws es el peso del sólido seco que se va a secar. Una vez obtenida la rapidez de secado puede graficarse el contenido de humedad contra la rapidez de secado. También puede utilizarse en la ordenada solamente – dX / dt . Esta gráfica consta de tres partes, una zona de adecuación ( A-B ) en la cual el sólido se calienta hasta la temperatura de evaporación. La siguiente es la zona de velocidad constante ( B-C ) donde el sólido evapora el agua no ligada y la tercera zona es la de velocidad decreciente (C-E), en general los diferentes sólidos dan lugar curvas de formas muy diferentes en el periodo decreciente.

Figura 9 Curva de velocidad de secado en función del contenido de humedad libre En el período de velocidad constante B-C, la velocidad de secado es independiente del contenido de humedad. Normalmente se evapora el agua de la superficie del sólido. Pero en sólido porosos, no solo se evapora la humedad superficial, si no también la humedad interna del sólido. En el momento en que se termina de evaporar la humedad superficial del sólido, termina el secado a velocidad constante, y recibe el nombre de punto critico ( Xc ). A partir de este punto la velocidad decrece (C-E ), porque la humedad que tiene que evaporar corresponde al agua ligada del producto, cuyo movimiento se efectúa por difusión a través del sólido. Dependiendo del espesor, la distancia recorrida por el agua hasta la superficie del sólido genera una disminución ( mayor espesor ) o un aumento ( menor espesor ) en la velocidad de secado.

Velocidad decreciente

Velocidad constante

BC

D

E

X (Kg. de agua / Kg. de sólido seco )

AR, rapidez de secado Kg. evaporados / m3s

Xc

Fuente: GEANKOPLIS, Christie. Procesos de transporte y operaciones unitarias. p.453.

40

En la parte D-E se puede observar una disminución aun mayor de la velocidad. Esto ocurre cuando se llega a un punto muy bajo en el contenido de humedad existente en el sólido, donde el agua se encuentra muy ligada y tiene que difundirse del interior a la superficie, por lo tanto más difícil evaporarla. En el punto E de la gráfica, el contenido de humedad del sólido ha llegado al equilibrio con la presión parcial de vapor del aire predominante ( X* ) y el secado se detiene. “En muchos alimentos, si el secado se realiza a temperaturas muy altas, se forman en la superficie una capa de celdillas contraídas que se adhieren unas a otras formando un sello. Esto representa una barrera a la migración de la humedad, y se conoce con el nombre de endurecimiento superficial. Algunas veces, para disminuir estos efectos del secado, resulta aconsejable secar con aire húmedo. Así se disminuye la velocidad de secado de tal manera que los efectos de endurecimiento superficial se reducen notablemente.”13 Este efecto de endurecimiento superficial impide la migración de humedad interna del producto hacia la superficie, ya que actúa como una barrera impermeable que interrumpe la difusión, impidiendo la operación de secado.

2.8.2 Efecto de la adhesión de la pasta a la bandeja14.

En el caso de ciertas pastas que se secan en bandejas, la adhesión de la torta húmeda al fondo de la bandeja, es bastante probable que no permita la ventilación por debajo de la superficie en contacto con el aire caliente. Esto puede originar curvas del tipo mostrado en la figura 12. Para este caso, en el periodo de velocidad constante predomina durante a. Cuando la humedad de la superficie se agota primero, el liquido no puede llevarse hasta la superficie mediante la tensión en los capilares, porque no puede entrar aire a reemplazar la humedad, la superficie interior queda húmeda por lo cual baja la velocidad de secado durante b, por ultimo el sólido se rompe, y se admite aíre para reemplazar al líquido, con lo cual la acción de los capilares lleva el líquido a la superficie y la rapidez aumenta nuevamente. Como en c.

Figura 10. Efecto de la adhesión de la pasta a la bandeja.

13 GEANKOPLIS , Christie. Procesos de transporte y operaciones unitarias. p. 456. 14 TREYBAL, Robert. Operaciones de transferencia de masa. p. 750

a

b c R ( Kg. de H2O / Kg. ss * min. )

X ( Kg. de H2O / Kg. ss )

Fuente: TREYBAL, Robert. Operaciones de transferencia de masa. p. 750.

41

2.9 TIPOS DE SECADORES

2.9.1 Secadores de bandeja.

Este tipo de secador consiste en una cámara rectangular que en su interior lleva numerosas bandejas poco profundas. Cada bandeja se carga con el material a secar de manera homogénea ocupando el área total de secado. Por medio de un ventilador se hace circular aire caliente entre las bandejas que contienen el producto. Para que el aire se distribuya uniformemente en las bandejas se colocan unas placas deflectoras; el aire húmedo se expulsa a través del conducto de descarga, mientras que por otro conducto entra el aire fresco de reposición. Por lo que su funcionamiento se realiza por lotes los secadores de bandeja son aconsejables para una producción pequeña. El costo de operación de estos secadores es muy elevado debido a la mano de obra necesaria para cargarlo y descargarlo. Estos secadores también pueden operar a vacío, lo que permite trabajar con temperaturas de secado más bajas.

2.9.2 Secadores rotatorios.

Estos secadores están compuestos de una estructura cilíndrica giratoria que esta dispuesta horizontalmente o ligeramente inclinada hacia la descarga de sólidos secos. Su interior esta provisto por unas pestañas que levantan los sólidos dejándolos caer después en forma de lluvia, la alimentación entra por un extremo del cilindro y el producto seco se descarga por el extremo opuesto. La operación de secado es llevada a cabo por contacto directo del gas con los sólidos o por medio de vapor de agua que condensa en un conjunto de tubos instalados sobre la superficie de la estructura. En un secador rotatorio directo-indirecto el gas caliente pasa primero a través del encamisado y después a través de la estructura donde se pone en contacto con los sólidos.

2.9.3 Secado flash.

En pocos segundos el secado tiene lugar durante el transporte de un sólido húmedo pulverizado en una corriente de gas caliente. La velocidad de transmisión de calor entre el gas y la partícula es elevada de manera que no requiere mas de 4 o 5 segundos para evaporar toda la humedad necesaria del sólido.

2.9.4 Secadores de pulverización o aspersión.

El secado se lleva a cabo por medio de una dispersión atomizada de la suspensión contra una corriente de gas caliente. La humedad es retirada de las gotas por medio de una evaporación rápida, formando partículas residuales de sólido seco que se separan después de la corriente gaseosa. “ los flujos de gas y liquido pueden ser en corrientes paralelas, en contracorriente o una combinación de ambos en una misma unidad”15

15 Mc CABE, Warren. Operaciones unitarias de ingeniería química, p. 858

42

2.9.5 Secadores de tambor o de rodillos.

Estos secadores operan de manera indirecta. El rodillo o tambor es calentado en su interior por vapor, aceite mineral o resistencias eléctricas que transfieren el calor al rodillo y este por conducción al producto. Este proceso consiste en alimentar el producto en forma laminar y uniforme sobre los rodillos que rotan lentamente de manera que el producto se va secando a medida que éste va girando, lo que permite remover cantidades de agua entre el 85 a 95%. Los secadores de tambor se clasifican generalmente en 3 tipos: de tambor sencillo, de tambor doble y de tambores gemelos. La forma debe ser perfectamente cilíndrica con el fin, de que las afiladas cuchillas hagan contacto uniforme con la superficie del tambor en toda su longitud. Estas cuchillas suelen disponerse a media revolución o tres cuartos de revolución del punto de aplicación del material líquido a secarse. Los tambores sencillos ( ver figura 11 ) son alimentados por un depósito que contiene el material líquido, el cual se impregna a los cilindros gracias a que se encuentran ligeramente sumergidos o a la acción de unos dispositivos rotatorios que rocían de líquido la superficie del tambor. El espesor uniforme se logra por medio de la acción de cuchillas y rodillos que pueden variar la distancia hasta el tambor por lo cual lo regulan unifórmente. En los secadores de doble tambor ( ver figura 12 ) el alimento se deposita en el canal formado por dos tambores, y el espesor de la película esta determinado por la distancia entre estos dos que giran en direcciones opuestas. Este espesor también puede ser dado por rodillos, como en el caso de los secadores de tambor sencillo con aplicadores de rodillo como se puede ver en la figura 13.

Figura 11. Secador de tambor sencillo con aplicadores de rodillo

Fuente: WWW.GMFGOUDA.COM

43

Figura 12. Secador de tambor sencillo con aplicadores de rodillo

Figura 13. Secador de tambor sencillo con aplicadores de rodillo La operación de estos equipos es extremadamente flexible y hacen parte del tipo de equipos en los cuales se puede trabajar cambiando las variables simultáneamente y de manera independiente sin verse afectadas las demás. Hay 4 variables involucradas en la operación: La presión de vapor o medio calefactor, quien transmite la temperatura a la superficie del tambor La velocidad de rotación, lo cual determina el tiempo de contacto entre la película y la superficie precalentada El espesor de la película, esta determinada por la distancia entre los tambores. La condición de la alimentación en la cual hay que tener en cuenta la concentración, características físicas y la temperatura de la solución que debe poder soportar el tambor. En la operación de un secador de tambor doble, el nivel de alimentación entre los tambores también determina la concentración final del producto en el momento preciso del contacto con el tambor caliente.



44

Las ventajas de este secado son: la eficiencia del uso del calor y la alta velocidad de secado. Las desventajas son: el alto costo de inversión inicial y su uso exclusivo para alimentos que resistan altas temperaturas.16

2.10 TRANSFERENCIA DE CALOR

2.10.1 Conducción.

Según la ley de Fourier el flujo de calor por conducción es la relación básica de la proporcionalidad existente entre la velocidad de flujo de calor a través de una superficie isotérmica y el gradiente de temperatura existente en dicha superficie.

xT

KdAdq

δδ

∗−=

2.10.1.1 Conductividad Calorífica.

La constante de proporcionalidad K, es una propiedad de la sustancia que se denomina conductividad calorífica. Las unidades de K son (Btu / pie h ºF) o (W / m ºC). La ley de Fourier establece que K es independiente del gradiente de la temperatura, pero no tiene necesariamente por que serlo de la temperatura en si.

2.10.1.2 Conducción a través de un cilindro.

El flujo de calor se transfiere de manera normal o perpendicular al área de la superficie, al tratarse de un cilindro el área de la superficie varía a medida que se modifica el radio. De acuerdo a la ecuación de Fourier aplicada a los cilindros se tiene la siguiente ecuación:

)/ln()(2

ie rrToTiLK

Q−∗∗∗∗

=π

Donde: • Q es el calor en W o Btu / h • K la conductividad calorífica del material en W / m ºC o Btu / ft h ºF • L es la longitud del cilindro en m o ft • Ti es la temperatura interna del cilindro en ºC o ºF • T0 es la temperatura externa del cilindro en ºC o ºF • ri es el radio interno del cilindro en m o ft • re es el radio externo del cilindro en m o ft.

16 SANCHEZ P., Maria del Pilar, Montaje de una deshidratadora de papa en lámina, p. 78

45

2.10.2 Convección.

Cuando una corriente de un fluido cruza una superficie específica lleva consigo una determinada cantidad de entalpía. Este flujo de entalpía recibe el nombre de flujo convectivo de calor o simplemente convección.

TAhQ ∆∗∗= Donde: • Q es el calor en W o Btu / h • h es el coeficiente convectivo de calor en W / m2 ºC o Btu / ft2 h ºF • A es el área en m2 o ft2 • ∆T es el gradiente de temperatura (T 0 – Ti) en ºC o ºF

2.10.3 Transferencia de calor por conducción – convección en cilindros.

En este caso se tiene en cuenta la transferencia de calor a partir de un fluido que se encuentra en el interior del cilindro hacia un producto que se encuentra en el exterior del mismo, reuniendo las transferencias de calor por convección y por conducción. La ecuación para este caso es la siguiente.

eeL

ei

ii

ei

AhAKrr

Ah

TTQ

∗+

∗−

+∗

−=

1)(1)(

)/()(

)/()(

ie

ie

ie

ieL rrLn

AAAALn

AAA

−=

−=

Donde: • Q es el calor en W o Btu / h • K la conductividad calorífica del material en W / m ºC o Btu / ft h ºF • hi es el coeficiente convectivo interno de calor en W / m2 ºC o Btu / ft2 h ºF • he es el coeficiente convectivo externo de calor en W / m2 ºC o Btu / ft2 h ºF • AL es el Area logarítmica en m2 o ft2 • Ai es el Area interna del cilindro en m2 o ft2. • Ae es el Area externa del cilindro en m2 o ft2. • Ti es la temperatura interna del cilindro en ºC o ºF • Te es la temperatura externa del cilindro en ºC o ºF • ri es el radio interno del cilindro en m o ft • re es el radio externo del cilindro en m o ft. La ecuación anterior de calor para cilindros, teniendo en cuenta la convección y la conducción puede expresarse usando el coeficiente global de transferencia de calor y puede expresarse con base en el área interna o externa de la siguiente manera:

)()( eieeeiii TTUATTUAQ −∗∗=−∗∗=

46

ee

i

L

i

i

i

AhA

AKrrA

h

U

∗+

∗−∗

+=

)(11

12

eL

e

ii

ee

hAKrrA

AhA

U1)(

1

12 +∗

−∗+

∗

=

Donde : • Ui es el coeficiente global de transferencia de calor en base al área interna • Ue es el coeficiente global de transferencia de calor en base al área externa.

2.11 SELECCIÓN DEL SECADOR 17

• Selección inicial de los equipos: se deben escoger los secadores que mejor se adapten para poder manipular el sólido húmedo y el sólido seco en un proceso continuo o por lotes, de manera que el producto final tenga las especificaciones necesarias ( ver tabla 4 ).

• Comparación inicial de los secadores: se escogerán los que mejor se adapten a las condiciones

económicas y funcionales. • Pruebas de secado: en estas pruebas se determinan las variables del proceso, las características del

producto, para obtener los datos suficientes para averiguar con los proveedores la información de los equipos.

• Selección final del secador: con la información de las pruebas de secado y de los proveedores se

realiza la selección final del secador que mas se acople a las necesidades. • Los factores que se deben tener en cuenta para la preselección de un secador son las siguientes: - Propiedades del material que se va a manejar: a) Características físicas del producto húmedo b) Características físicas del producto seco c) Corrosividad d) Toxicidad e) Inflamabilidad f) Tamaño de la partícula g) Abrasividad 17 PERRY, Robert H. Biblioteca del ingeniero químico. p. 20-21

47

- Características de desecación del material a) Tipo de humedad, si es humedad ligada, no ligada o ambas. b) Contenido inicial de humedad c) Contenido final de humedad d) Temperatura máxima para el secado e) Tiempo de secado - Circulación del material que entra y sale del secador a) Alimentación por hora de material a secar b) Operación por lotes o continua c) Procesos anteriores al secado d) Procesos posteriores al secado. - Cualidades del producto a) Contracción del producto b) Contaminación c) Uniformidad del contenido de humedad d) Descomposición del producto final e) Desecación excesiva f) Temperatura del producto g) Densidad de la masa - Problemas de recuperación a) Recuperación de polvos b) Recuperación de disolventes - Instalaciones disponibles en el sito de ubicación propuesto a) Espacio b) Temperatura, humedad y limpieza del aire c) Combustibles disponibles d) Energía eléctrica disponible e) Fuente de la alimentación húmeda.

48

Tabla 4. Clasificación de los secadores comerciales basada en los materiales manejados.

Líquidos Lechadas Pastas y lodos Polvos y movimiento libreSólidos granulares, cristalinos o fibrosos

Sólidos grandes, formas y contornos especiales.

Láminas continuas Láminas discontinuas

Soluciones verdaderas coloidales; emulsiones. Ejemplos: soluciones de sales inorgánicas, estractos, leche, sangre, licores de desecho, látex de caucho, etc.

Suspenciones bombeables. Ejemplos: lechadas de pigmentos, jabón y detergentes, carbonato de calcio, suspención fluida de arcilla, etc.

Ejemplos: tortas de prensa de filtrar, lodos de sedimentación, sólidos centrifugados, almidón, etc.

Malla de tamiz 100 o menores. De movimiento relativamente libreen estado húmedo.polvorosos cuando estan secos. Ejemplos: arcilla, cemento y pigmentos.

Mayores que malla 100. Ejemplos: fibras de rayón, cristales de sales, arena, minerales, tiras de papa, hule sintético.

Ejemplos. Alfarería, ladrillos, tortas de rayón, cascillos de escopeta, sombreros, objetos pintados, madera, madejas de rayón.

Ejemplos; telas impregnadas, papel, paños, celofán, láminas de plástico.

Ejempos: chapa de madera, láminas de cartón comprimido, impresiones fotográficas, cuero, láminas de hule y láminas de espumas.

De bandejas y compartimientos. Tipo directo, operación por lotes.

No es aplicablePara una producción por lotes muy pequeña. Secado en laboratorio.

Apropiado para las operaciones por lotes. A grandes capacidades, los cstos de inversión y operación son elevados. Tiempos de secado prolongado.

La formación de polvo puede constituir un problema. Vease las observaciones en pastas y lodos.

Apropiado para operacones por lotes. A grandes capacidades, los costos de inversión y operación son elevados. Tiempos de secado prolongados.

Vease las observaciones en sólidos granulares, cristalinos o fibrosos.

No es aplicable

Apropiado para operacones por lotes. A grandes capacidades, los costos de inversión y operación son elevados. Tiempos de secado prolongados.

Por lotes, de circulación directa. Tipo directo, operación por lotes.

No es aplicable No es aplicable

Apropiado sólo si el material se purede preconformar. Adecuado para las operaciones por lotes. Tiempos de desecación más cortos que los secadores de bandejas.

No es aplicable

Por lo general no es apropiado para materiales más pequeños que la malla 30 adecuado para capacidades reducidas y operación en lotes.

Util para objetos pequeños. No es aplicable No es aplicable

De túnel. Continuo, de bandejas. Tipo directo, operación continua.

No es aplicable No es aplicableApropiado para producciones a pequeña y mediana escala.

Apropiado para producciones a pequeña y mediana escala. El turbo secador vertical es aplicable.

Esencialmente a grande escala, desecación semicontinua en bandejas.

Apropiado para una amplia variedad de formas y contornos. La operación puede ser continua. Tiene un uso muy difundido.

No es aplicableApropiado para cuero, láminas de cartón comprimido, chápa de madera.

Continuo de circulación directa. Tipo directo, funcionamiento continuo.

No es aplicableSolo el secador de filtro para cristales es adecuado .

Apropiado para materiales que se pueden preconformar. Maneja grandes capacidades. El Roto-Louvre requiere la recirculación del producto seco.

En general no es aplicable, exepto el Roto-Louvre en ciertos casos.

Por lo común no es aplicalbe para materialescon tamaños menores a malla 30. El material no se somete a volteo execpto en el secador Roto-Louvre. Este último funciona a temperaturas mas elevadas.

Apropiado para objetos más pequeños que se pueden cargar unos sobre otros. Se utilizan para transportar materiales a través de zonas calentadas. El Roto-Louvre no es apropiado.

No es aplicableSe requieren diseños especiales. Apropiados para chapas de madera.

Rotatorio directo. Tipo directo, operación continua.

Aplicable con resirculación del producto seco.

Aplicable con recirculación del producto seco.

Apropiado sólo si el producto no de adihere a las paredes y no forma polvo. Es probable que la recirculación del producto evite su adehesión.

Apropiado para la mayoría de materiales y las capacidades a condición de que la producción de polvo no sea demasiado notable.

Apropiado para la mayoría de materiales y las capacidades. La absorción de polvo o cristales reduce su utilidad.

No es aplicable No es aplicable No es aplicable

TIPO DE SECADOR

FUENTE: PERRY, Robert, H. Biblioteca del ingeniero químico. V. 5, cap. 20, p. 22, 23.

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Continuación de la Tabla 4. Clasificación de secadores comerciales basada en los materiales manejados

De transportador neumático. Tipo directo, de operación continua.

Véanse los comentarios bajo Lechadas.

Sólo se puede usar si el producto se recircula para hacer manejable la alimentación.

En general, requiere la recirculación del producto seco para obtener una alimentación adecuada. Muy apropiado para grandes capacidades. Casi siempre se necesita desintegración.

Apropiado para materiales que se suspenden facilmente en una corriene de gas y pierden humedad sin mayores problemas. Muy apropiado para grandes capacidades.

Apropiado para materiales que se suspenden facilmente en una corriene de gas. Muy apropiado para grandes capacidades. Puede ser que el producto sufra cierta degradación física.


De rocio. Tipo directo, de operación continua.

Apropiado para grandes capacidades. Por lo común, el producto es polvoso, esférico, y de libre movimiento. Es factible usar temperaturas elevadas con materiales sensibles al calor. El producot puede tener una densidad volumetrica reducida.

Vease las observaciones bajo líquidos. Atomizadores de boquilla a presión sujetos a erosión.

Requiere equipos especiales de bombeo para alimentar el atomizador. Vease las obsevaciones bajo líquido.

No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable

En láminas o capas continuas de material. Tipo directo, operación continua.

No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable

Existen diferentes tipos para difeentes requisitos. Apropiado para desecación sin contacto con superficies calientes.

No es aplicable

De parrillas al vacío. Tipo indirecto, operación por lotes

No es aplicableAplicable para producciones pequeñas por lotes.

Apropiado para producciones por lotes a pequeñas capacidades. Útil para materiales sencibles al calor o fácilmente oxidables. Los disolventes se pueden recuperar.

Vease las observaciones sobre Pastas y Lodos.

Apropiado para producciones por lotes a capacidades reducidas. Útil para materiales sencibles al calor o fácilmente oxidables. Los disolventes se pueden recuperar.

Vease las observaciones sobre Sólidos granulados.

No es aplicableVease las observaciones sobre Sólidos granulados.

Por congelación al vacío. Tipo indirecto,operación por lotes o continua.

Por lo común sólo se usa para productos farmacéuticos, como penicilina y plasma sanguíneo. Es costoso. Se emplea con materiales sencibles al calor o fácilmente oxidables.

Vease las observaciones bajo Líquidos.



Es costoso, casi siempre se usa con productos farmacéuticos y relacionados, difíciles de desecar por otros medios. Es aplicable a compuestos químicos finos.

Vease las observaciones bajo Sólidos granulados

Se aplica en casos especiales, como en películas recubiertas de emulsión.

Vease las observaciones bajo Sólidos granulados

De artesa. Tipo indirecto, operación por lotes.

Atmosférico o al vacío. Adecuado para lotes pequeños. Se limpia con facilidad. Los disolventes son recuperables. El material se agita durante el secado.




Adecuado para lotes pequeños. Se limpia con facilidad. El material se agita durantela desecación generando cierta degradación.


Rotatorio al vacío. Tipo indirecto, operación por lotes.

No es aplicable excepto cuando se bombea lentamente sobre una "base" seca.

Puede tener aplicaciones en casos especiales cuando se bombea sobre una "base" seca.

Su uso es cuestionable. Por lo general, el material se aglutina en tortassobre las paredes del secador y el agitador. Los disolventes son recuperables.

Apropiado para materiales no adhesivos. Útil para lotes grandes de materiales sensibles al calor y para la recuperación de disolventes.

Útil paralos lotes grandes para los materiales sensibles al calor o cuando se deben recuperar los disolventes. El producto se somete a cierto grado de trituración. Es probable que se necesiten recolectores de polvo.


FUENTE: : PERRY, Robert, H. Biblioteca del ingeniero químico. V. 5, cap. 20, p. 22, 23.

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Continuación de la Tabla 4. Clasificación de los secadores comerciales basada en los materiales manejados.

Rotatorio indirecto de transportador de tornillo. Tipo indirecto, de operación continua.



Requiere casi siempre recirculación del producto seco. Se genera poco polvo.

Su principal ventaja es la baja pérdida de polvo. Es muy apropiado para la mayoría de los materiales y las capacidades, sobretodo cuando se requiere un secado a la temperatura del vapor.

Pocas pérdidas de polvo. El material no debe adherirse ni ser sensible a la temperatura.


Lechos fluidos. Por lotes, continuos, directos o indirectos.

Es aplicable sólo con un lecho inerte o un recirculador de sólidos secos.



Es apropiado si no hay demasiado polvo.

Es adecuado para cristales, gránulos y fibras cortas.

No es aplicableUtiliza partículas inertes calientes para el contacto.

Utiliza partículas inertes calientes para el contacto.

De bandejas vibradoras. Tipo indirecto, operación continua.

No es aplicable No es aplicable No es aplicableApropiado para materiales de movimiento libre.

Apropiado para materiales de movimiento libre que se puedan transportar en una bandeja vibradora.


De tambor. Tipo indirecto, operación continua.

De uno, dos o tambores gemelos. Operación atmosférica o al vacío. El producto es en forma de escamas y generalmente polvoso. Los costos de mantenimiento pueden ser elevados.

Véanse las observaciones bajo líquidos. Los secadores de tambores se emplean profusamente.

Se utilizan sólo cuando las pastas o los lodos pueden fluir. Véanse las observaciones bajo líquidos.

No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable

De cilindro. Tipo indirecto de operación continua.

No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable No es aplicable

Apropiado para láminas delgadas o mecánicamente débiles que se pueden secar en contacto con una superficie calentada. Pueden obtener efectos superficiales especiales.

Adecuado para materiales que no requieren una desecación plana y que no se dañarán al entrar en contacto con el tambor.

Infrerrojo. Operación por lotes o continuo.

Sólo para películas delgadas. Sólo para películas delgadas.Sólo para películas delgadas. (sólo para capas delgadas)

Sólo para películas delgadas.

Apropiado sobre todo para desecar la humedad superficial. No es adecuado para capas gruesas.

Apropiado sobretodo para desecar y cocer pinturas y esmaltes.

Se usa comunmente en combinación con otros métodos. Es útil cuando se tienen limitaciones de espacio.

Útil para infrarrojos de laboratorio y en combinación conotros métodos.

Dieléctrico. Operación por lotes o continua

Muy costoso. Muy costoso. Muy costoso. Muy costoso. Muy costoso. La desecación rápida de objetos grandes es apropiada para este método.

Aplicaciones para las etapas finales de secadores para papel.

Muy apropiado para hule espuma. No se ha desarrollado por completo para otros materiales.

FUENTE: PERRY, Robert, H. Biblioteca del ingeniero químico. V. 5, cap. 20, p. 22, 23.

51

2.12 ALIMENTOS BALANCEADOS PARA ANIMALES.

2.12.1 Características de materias primas

Las materias primas más importantes son las siguientes indicando su porcentaje en la fórmula: Alimento para bovinos El maíz: 38% Soja: 15% Harinas de tercera: 22% Melaza: 7.5% Harina de girasol: 16% Premezclas: 0.8% Manteca 0.7% Alimentos para conejos Alfalfa: 45% Premezclas: 0.8% Harina de tercera: 22% Manteca: 5% Harina de girasol: 22.2% Alimentos para equinos El maíz: 28% Soja: 15% Harinas de tercera: 23% Melaza: 7.5% Premezclas: 0.8% Manteca: 0.7% Harina de girasol 25% La dosificación de cada una de las materias primas depende básicamente de las necesidades nutricionales requeridas para cada clase de animales, al igual que los medicamentos y premezclas vitamínicas requeridos y regulados para cada aplicación.

Alimento para aves Maíz: 42% Soja o torta de soja: 17% Premezclas: 0.8% Manteca: 4% Harinas de tercera: 28% Harinas de pescado: 8%

Alimentos para cerdos Melaza de caña: 8% Manteca 4% Premezclas 0.8% Harina de tercera 24% Maíz 34% Harina de girasol 29%

Alimentos para mascotas ( Pet Food) Harina de carne Harina de pollo Harina de pescado Harina de cordero Harinas de tercera Harina de arroz Gluten Cebo Coating Colorantes

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2.12.1.1 El maíz.

El maíz es por excelencia, el recurso más importante. El principal uso del maíz, es como alimento para animales. El maíz puede proporcionar toda la energía y gran porcentaje de la proteína de la dieta de un animal. Su bajo costo, su alta palatabilidad, su disponibilidad y su constante contenido de nutrientes, lo convierten en el ingrediente alimenticio de elección para los productores de todo tipo de animales. A través de la molienda seca o húmeda, el maíz también se puede procesar para convertirse en productos industriales. Cada grano de maíz se separa en sus tres componentes: El germen, el almidón y la cascarilla. Del germen se obtiene el aceite; el almidón es la materia prima para el procesamiento ulterior hasta obtener el etanol, la fructosa y el almidón industrial. La cascarilla o salvado se combina con los residuos de estos procesos de extracción para convertirse en gluten de maíz con alto o bajo contenido de proteína; ambos productos son muy apreciados para adicionarse a los alimentos para animales.

2.12.1.2 El sorgo.

La alimentación de los animales domésticos representa el 97% o más del uso doméstico del sorgo en un año determinado. El grano de sorgo es sumamente duro, lo cual lo hace resistente a las enfermedades y a otros daños, pero al mismo tiempo es por esta característica que es necesario someterlo a un procesamiento para favorecer su eficiencia como alimento para animales.

2.12.1.3 Harina de gluten de maíz.

Se produce en el molino de almidón de maíz. Es una fuente excelente de proteína del 40 al 60%.

2.12.1.4 Los salvados.

Son de granos de cereales( arroz y trigo) agregan fibra a la dieta y contienen del 14 al 17% de proteína. El salvado de trigo es una fuente muy buena de fósforo y funciona como laxativa. Las cáscaras de algunos granos de cereales (cebada, trigo, avena) contienen solo 3 a 4% de proteína y 85 y 90% de fibra altamente no digerible.

2.12.2 Microingredientes

2.12.2.1 Vitaminas.

Las típicas dietas basadas en harinas de granos y semillas generalmente requieren adiciones de vitaminas A, D3, E, K, Riboflavina, Niacina, Acido Pantoténico, B12, Colina. La tiamina, la vitamina B6, Biotina, y la folacina están generalmente presentes en los principales ingredientes como en dietas en base a harina de maíz y harina de soja. Las vitaminas A, D, Riboflavina y B12, son por lo general menores en las dietas alimenticias para aves. Los rumiantes por lo general solo necesitan vitamina A y E si pastorean, la vitamina D se provee con la actividad de la luz ultravioleta en la piel. Si los rumiantes son albergados bajo estrictas condiciones de confinamiento generalmente requerirán mayores cantidades de vitamina A y E y pueden requerir vitamina D si están privados de la luz solar .

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2.12.2.2 Minerales.

Los minerales requeridos en las dietas de los animales son: Calcio, Fósforo, Magnesio, Sodio, Potasio, Cloro, Azufre, Yodo, Hierro, Cobre, Cobalto, Manganeso, Molibdeno, Zinc y Selenio. La cantidad de macro y micro nutrientes varia según el alimento, de acuerdo a las dietas correspondientes a cada especie animal.

2.12.3 Proceso general para la fabricación de concentrados para animales.

RECEPCIÓN DE MATERIAS

PRIMAS

ALMACENAMIENTO

MOLIENDA

DOSIFICACION

MEZCLA

PELETIZADO O EXTRUSIÓN

SECADO

TAMIZADO

EMPAQUE

ALMACENAMIENTO

Figura 14. Proceso general para la fabricación de concentrados para animales

2.12.3.1 Recepción de materias primas.

Las materias primas se reciben de dos formas: a granel y en bultos. A la materia prima siempre se le realizan pruebas de calidad antes de ser recibidas. En estas pruebas de calidad se tienen como parámetros a controlar como: • Humedad: este es el parámetro más importante a controlar, debido a que una alta humedad favorece

al crecimiento de hongos ( micotoxinas y aflotoxinas ). • Temperatura: algunos ingredientes como la alfalfa, la semilla de girasol y las harinas de trigo en pelets

son altamente inflamables. Por otra parte las altas temperaturas ayudan a la germinación de las semillas y por consiguiente su fermentación. La temperatura máxima de almacenamiento es de 20 ºC.

Fuente: Los autores.

54

• Acidez: este parámetro se mide en el cebo, y no debe sobrepasar de un 0.5 a 1 % • También se determina la carga de hongos, y esta se evalúa con luz ultravioleta y con pruebas de

laboratorio las cuales no deben dar más de 2 ppm. Otros parámetros a medir son, el porcentajes de finos, gruesos y materia extraña, por métodos de tamizado.

Tabla 5. Parámetros importantes a controlar en las materias primas.

Parámetro Gluten de Maíz Harina de carne Harina de Tercera Maíz amarillo Torta de Soja

Grasa 2% 25-30% 2-4% 2.5-3.5% -Proteina 58-65% 55-70% 15-18% 8-10% 46-48%Humedad 12-13% 4-8% 10-12% 15% máximo 4.5-5.5%Fibra 1-2% - 5-7% 2.5-3.5% 12-14%Densidad 715-750 g/l - 400-450 g/l 650-700 g/l -Ceniza 2-3% 3-5% - 1-5% 7%Pepsina - 50-55% - - -

Se realizan algunas pruebas microbiológicas para controlar Salmonella, E. Coli, pruebas para determinar presencia de toxinas y micotoxinas, y pepsinas para la digestibilidad, en las harinas de carne.

2.12.3.2 Almacenamiento.

Para la materia prima que viene a granel se almacena en silos (Ver Figura 16) o en piso ( flat storage ), en esta clase de almacenamiento se utilizan bodegas en donde el producto se distribuye en montañas. Las materias primas son llevadas desde la recepción hasta el almacenamiento y posteriormente a producción por medio de elevadores de cangilones, tornillos sinfín y bandas transportadoras.

FUENTE. Ralston Purina. Parámetros internos de calidad.

55

Figura 15. Silos de Almacenamiento.

2.12.3.3 Molienda.

La molienda es un proceso normal de la producción de alimentos balanceados para animales. La razón principal de la molienda es aumentar la superficie de contacto del alimento que esta expuesta a las enzimas digestivas. La molienda, también conocida como la reducción de las partículas es necesaria para la mezcla, el peletizado y el manejo adecuado del alimento. El tamaño de la partícula es un factor importante en la calidad del producto terminado, los fabricantes de alimentos balanceados deben considerar la relación entre el tamaño de la partícula y la forma del alimento ( pelet o trozos ). El tamaño de la partícula del grano tiene influencia sobre la integridad y la durabilidad de los pelets, una molienda fina da como resultado un pelet mas durable, esto es debido a que las partículas más finas proveen una mayor área de superficie para absorber la humedad del vapor, por el contrario, las partículas gruesas o muy grandes proveen puntos naturales de rotura en los pelets.

2.12.3.4 Dosificación y mezcla.

Probablemente el mezclado sea el proceso más simple en la elaboración de alimentos balanceados. Se añaden ingredientes individuales a un recipiente, se mezclan durante un corto periodo de tiempo (aproximadamente 10 minutos) y se descargan. Sin embargo es en la mezcladora donde los ingredientes se convierten en alimento balanceado. En esta etapa del proceso la dosificación depende básicamente de los requerimientos nutricionales del alimento que es esté elaborando. Se utilizan tolvas de dosificación, que cuentan con unas básculas de llenado. También se utiliza el pesaje en piso para la dosificación de las premezclas (por condiciones especiales de almacenamiento) y componentes de baja proporción en la fórmula . La capacidad de la mezcladora es de aproximadamente de 18 Ton/h.

FUENTE.: WWW.BROCK.COM

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2.12.3.5 Peletizado y extrusión.

El proceso de peletizado o extrusión es una de las operaciones más costosas e importantes de una fabrica de alimentos balanceados para animales, un área que afecta directamente la apariencia, calidad, durabilidad del pelet y costo por tonelada. Además la calidad de los pelets es un factor importante para lograr un rendimiento óptimo de los animales. La primera fase es la de acondicionamiento, ésta es igual tanto para el peletizado, como para el proceso de extrusión. En esta fase los ingredientes absorben humedad suministrada por vapor de agua a altas temperaturas aproximadamente de 90 a 100 ºC , la absorción de humedad ayuda a romper las células que contienen almidón produciendo la gelatinización de éstas lo que es la clave para lograr la máxima de adhesión de partículas individuales en el alimento y la formación de un pelet durable. En el caso de las peletizadoras la excesiva adición de humedad al sistema de acondicionamiento puede causar que los rodillos se resbalen dando como resultado una peletizadora atascada. Una vez la mezcla se encuentra gelatinizada se pasa por un dado a presión, mediante la utilización de rodillos, el dado consta de unos orificios que varían de diámetros según el tamaño del pelet deseado, al pasar la mezcla comprimida por el dado es cortada por una cuchilla, la distancia entre el dado y la cuchilla varía según el tipo de pelet que se necesite producir. Se producen aproximadamente 10 ton/ h. Los extrusores procesan materias primas por medio de calor, humedad y fuerzas mecánicas de presión. La cocción o acondicionamiento térmico que ocurre en un extrusor puede esterilizar el producto, incrementar su digestibilidad, mejorar la absorción de líquidos y permite que el formulador incorpore una mayor variedad de materias primas. Los productos extruidos pueden asumir una gran variedad de formas y texturas y una amplia gama de densidades de volumen. Los productos expandidos pueden mejorar la calidad del pelet del alimento balanceado, incrementar la capacidad del peletizado, extender la vida del dado peletizador, entre otros. Después de pasar por la zona de acondicionamiento, la mezcla pasa a un tornillo sin fin, el cual se encuentra enchaquetado, de tal forma que si la mezcla en este punto se encuentra muy seca se puede atascar el extruder. En la zona enchaquetada por pasa vapor de agua a unos 150 ºC esta alta temperatura sumada a un aumento en la presión debido a una disminución en el área de salida de la mezcla, produce una mayor cocción del alimento, mejorando la calidad del pelet y su durabilidad (aproximadamente 7 veces más que en el proceso de peletizado normal). Otro factor de diferencia con el proceso de peletizado, es que en el producto extruido se puede garantizar que está 100% libre de micro organismos. En el extruder se producen 2 ton/h

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Figura 16: Peletizadora abierta.

Figura 17 Extruder.

2.12.3.6 Secado.

En el proceso de elaboración de alimentos balanceados para el sector pecuario, la mezcla no sufre una humidificación muy elevada, por lo tanto este proceso no es tan riguroso y sólo se realiza un enfriamiento

FUENTE.: WWW.WENGER.COM

FUENTE.: WWW.WENGER.COM

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del pelet mediante ciclones de aire. Por el contrario en los alimentos balanceados para mascotas la humidificación en el proceso es mayor, por lo tanto sí se requiere un proceso de secado. Para tal finalidad se utiliza un secador de flujo perpendicular y el aire es calentado por intercambiadores de calor. Este secador tiene dos zonas: la zona 1 tiene una temperatura de 130 ºC y la zona 2 con una temperatura de 70 a 80 ºC. El producto sale con una humedad del 10% que es la mínima para que le producto no se dañe. El proceso total tiene una duración de 20 min. La humedad en este proceso es la responsable de la mayor parte de las pérdidas o mermas en peso (sack off): casi un 4% del mismo. Más aún juega un papel importante en los problemas de calidad, tales como contaminación por hongos o lograr una buena consistencia física

2.12.3.7 Tamizado.

En el proceso de tamizado se busca la separación de los finos del pelet. Estos finos son reprocesados, pasando primero por las tolvas de dosificación, para luego ser mezclados como harinillas de tercera.

2.12.3.8 Empaque y Almacenamiento.

Después de tener el producto terminado, éste pasa a unos tanques de almacenamiento para ser luego empacados en sacos o distribuidos a granel (Ver Figura 18).

Figura 18. Silos para despachar a granel.

FUENTE.: WWW.BROCK.COM

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Un parámetro importante en la mayor parte de la materia prima empleada en la industria de alimentos balanceados contiene diferentes niveles de humedad, que cuando se combinan, pueden producir un producto acabado con una humedad que varía hasta el 5 % típicamente en el rango de 9 a 14 %. La variación depende mucho de los niveles de los materiales formulados, que por sí mismos fluctúan como resultado de una cantidad de variables. Estas incluyen la variación de la humedad debido a los efectos del clima durante la cosecha, o durante el almacenamiento posterior de los insumos. También tiende a darse una amplia variación del contenido de humedad de los subproductos que han recibido procesamiento posterior sin un estricto control que no sea otro que el mantenerse por debajo de un nivel mínimo estipulado. En casi cada punto de la elaboración de alimentos balanceados, la humedad de un lote de material puede variar. Esta variación se ve afectada por el proceso de molienda, la adición de líquidos tales como melaza, agua y vapor de agua, por la acción del calor del acondicionamiento y del peletizado, o de la extrusión y por el proceso de enfriamiento. El exceso de humedad puede resultar en la degradación del producto en el almacenamiento, en bloqueos de la peletizadora o en un producto de mala calidad física, mohoso, o pegajoso.

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CAPÍTULO 3

3. DISEÑO EXPERIMENTAL

3.1 PROCEDIMIENTOS

3.1.1 Procedimiento para la deshidratación en el secador de bandejas de la planta piloto de la Universidad de la Sabana.

3.1.1.1 Equipos y materiales.

• Caldera pirotubular vertical con capacidad 20 BHp. • Filtro-prensa HF 180-10 AC. • Bomba de alimentación. • Secador de bandejas con flujo transversal de aire caliente y capacidad de 20 Kg. • Desecador infrarrojo METTER LJ16. • Termoanemómetro digital EXTECH 451112. • Balanza digital METTLER SB32000, con capacidad de 32 Kg. • Anemómetro • Cronómetro. • Metro. • Estufa • Cápsulas de porcelana. • Espátulas. • Bolsas estériles de plástico.

3.1.1.2 Procedimiento.

Encendido de la caldera, verificar: • Nivel de agua en la caldera. • Nivel de agua en el tanque de alimentación. • Nivel de combustible. • Correcta operación de la bomba de agua (Manual). • Válvulas de alimentación de agua y combustible abiertas.

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• Válvulas de distribución abiertas • Abrir la válvula de combustible. • Encender la caldera llevando los interruptores de la bomba de agua y de combustible a posición

“automático”. • Comprobar el encendido por la mirilla. Operación de secado: • Pesar las bandejas a ser utilizadas. • Medir el área total de las bandejas del secador. • Esparcir la materia prima sobre una bandeja procurando un espesor homogéneo de 3 mm sobre toda

el área de secado. • Pesar la materia prima acondicionada para secado. • Encender el secador y abrir la válvula de vapor hasta llegar a una temperatura determinada requerida

para la operación. • Llenar el secador con las bandejas, de manera que la materia prima con mayor tamaño se ubique en

las bandejas inferiores. • Poner la termocupla en el interior de la materia prima, para medir su temperatura media durante el

proceso. • Empezar a cronometrar el tiempo del proceso. • Mantener la temperatura constante, mediante la apertura y el cierre de la válvula de acceso de aire. • Medir las áreas transversales de las entradas de aire al secador. • Determinar las velocidades medias del aire en el área de ingreso y de salida del secador. • Cada 20 minutos, determinar la temperatura interna del producto, anotar las temperaturas y

humedades del aire que entra y sale del secador, indicadas en el panel de control, sacar y pesar las bandejas que contienen la materia prima.

• Repetir la operación hasta obtener peso constante en por lo menos una de las bandejas. • Tomar muestras de una bandeja y verificar la humedad en el infrarrojo. • Establecer el tiempo total de proceso. • Cerrar la entrada de vapor de agua al secador. • Apagar el secador y la caldera. • Pesar el producto final deshidratado. • Raspar las bandejas y recuperar la mayor parte de materia prima deshidratada. • Recuperar y pesar los condensados obtenidos durante la operación de secado. • Medir los datos de temperatura y humedad relativa del aire a la entrada del secado y determinar el

volumen específico medio del aire a la entrada del secador. • También, con los datos recolectados de temperatura y humedad relativa del aire de salida, durante el

proceso de secado determinar las humedades absolutas y los calores húmedos. Operación de medida de humedad. • Encender el medidor de humedad por infrarrojo ( Desecador infrarrojo METTER LJ16) • Esparcir uniformemente la arena en el platillo especial para el infrarrojo. • Colocar el platillo en el desecador y tarar la balanza. • Colocar una muestra de 2 gramos en el platillo.

62

• Colocar el platillo con la arena y la muestra en el medidor de humedad por infrarrojo. • Observar que el desecador este en el modo de medida que se necesite (en base húmeda o base

seca). • Cerrar el desecador y oprimir start hasta que deje de titilar la luz roja. • Esperar hasta que vuelva a titilar la luz y tomar la medida de humedad que indica el desecador.

3.1.2 Procedimiento de molienda en el molino de la planta piloto de la Universidad de la Sabana.


• Molino piloto de cuchillas de ¼ Hp de potencia. • Tolva de alimentación. • Frascos recolectores del material molido. • Tamices de malla 20, 40 y 60.


• Montar el molino de cuchillas adaptando la tolva de alimentación, la malla de número 20, 40 o 60 a la salida del mismo y el frasco recolector de la muestra molida evitando al máximo las pérdidas de material.

• Encender el molino • Alimentar el molino de forma continua y muy lentamente evitando atascar el equipo. • Apagar el molino

3.1.3 Procedimiento para homogeneizar la muestra en la planta piloto del ICTA de la Universidad Nacional.


• Cutter ( ver anexo A ) • Paleta de plástico


• Depositar la cáscara de papa dentro del cutter • Encender el cutter • Colocar el cutter en la revolución deseada hasta obtener el tamaño de partícula deseado,

contabilizando el tiempo requerido para ello. • Empujar con la pala de plástico el producto, de tal forma que se mantenga en posición para ser

homogeneizado, teniendo cuidado de acercarse demasiado a las cuchillas. • Recoger el material homogeneizado.

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3.1.4 Procedimiento para el secador de tambor en la planta piloto de ICTA de la Universidad Nacional.


• Secador de Tambor del ICTA ( ver anexo A ) • Calibrador • Destornillador • Llave de tuercas de ¾ • Martillo de caucho • 2 bandejas de plástico • Pala de plástico • Desecador infrarrojo METTER LJ16. • Bolsas de plástico

3.1.4.2 Procedimiento

• Ajustar el espesor entre los rodillos • Encender el motor que mueve los rodillos • Ajustar la velocidad de giro de los rodillos a las revoluciones por minuto a la cual se quiere trabajar. • Abrir el la válvula de vapor a la presión que se desee trabajar. • Colocar una bandeja debajo de los dos rodillos para recoger el producto seco • Empezar a colocar la materia prima a secar homogéneamente en la parte superior del secador. • Recoger el producto seco • Tomar la humedad en el infrarrojo

64

3.2 PRESENTACION DE RESULTADOS PARA SECADO POR LOTES EN EL SECADOR DE BANDEJAS DE LA PLANTA PILOTO DE LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA

Las pruebas de secado se realizaron en el laboratorio de la Universidad de la Sabana, en un secador por lotes, de bandejas con flujo de aire paralelo al producto. Estas pruebas tenían como objetivo, poder observar el comportamiento del producto a diferentes temperaturas y determinar para cada una de ellas, el tiempo de secado para llegar al porcentaje de humedad final deseado. La materia prima es cáscara de papa con almidón gelatinizado y su apariencia física es similar al de una papilla como se puede ver en el anexo B, presentando una viscosidad alta de aproximadamente 16000 cp. Las variables que se emplearon en este secador fueron: • Temperatura de secado: 100ºC, 70ºC, 50-60-70ºC, 60ºC y 80ºC • Espesor de la torta: entre 2 y 3 mm Se escogió la temperatura de 100ºC debido a que a mayor temperatura menor tiempo de secado, pero una temperatura mayor de 100 ºC no es aconsejable para un producto alimenticio porque puede producir una disminución del valor nutritivo. Después se trabajó con una temperatura de 70ºC, con el fin de observar cómo se comportaba el producto con una temperatura menor, pues a 100 ºC se encontró que es sensible a altas temperaturas ( formación de costra en la superficie del producto ). La prueba con temperaturas de 50-60-70ºC se realizó con el fin de simular un proceso de secado a contra corriente. Al trabajar con 60 ºC se buscó mejorar el comportamiento del producto en el secado, esperando que el tiempo de secado no fuera excesivamente mayor al obtenido con 70ºC. Al observar los buenos resultados de la prueba a 70ºC, se decidió hacer otra con una temperatura de 80ºC, para establecer el comportamiento de la cáscara de papa con una temperatura mayor y disminuir el tiempo de secado. Como el secado es una combinación entre transferencia de calor y masa, es importante tener en cuenta el comportamiento del producto frente a estos dos parámetros. A temperaturas altas de secado el producto tiende a secarse más rápido, siempre y cuando no haya formación de costra, debido a que la difusión del agua dentro del producto es mayor. Además, entre menor sea la distancia que deba recorrer el agua del producto a través del mismo, menor será el tiempo de secado. Esta es la razón por la cual las pruebas de secado de la cáscara de papa se realizaron con espesores de torta pequeños. Ni la humedad del aire de secado ( sujetos a la humedad relativa del aire atmosférico ), ni la velocidad ( aproximadamente 1 m/s ) se alteraron porque el equipo utilizado no tiene la posibilidad de realizar modificaciones en estos dos parámetros. Tales restricciones limitan las condiciones de trabajo de secado y por consiguiente los resultados. Por esta razón sólo se trabajó con variación en la temperatura del aire de secado. En todas las pruebas de secado se usaron 2 bandejas con producto.

65

3.2.1 Prueba de secado a 100ºC.

Como no se encontró ningún dato que informara sobre los rangos permisibles de temperaturas de secado para el producto; se realizó la primera prueba con una temperatura de 100 ºC, con el fin de determinar el comportamiento del producto a dicha temperatura

3.2.1.1 Pruebas de secado para la bandeja 1 a 100 ºC.

Como se puede ver en la Tabla 6 los datos obtenidos para la bandeja 1 en la prueba de secado a 100 ºC. El tiempo total de secado fue de 4.33 horas. La materia prima presentó las siguientes características: - Humedad Inicial 86.91 % - Peso seco: 147.917 g. - Humedad final no se alcanzó el 12% - Peso para una humedad del 12% 168.088 g En todas las pruebas de secado se determinó la humedad inicial por medio del secador por infrarrojo explicado anteriormente en el numeral 3.1. Al calcular la humedad X ( Kg. de H2O / Kg. ss ) con las últimas mediciones realizadas en cada prueba, se obtenían valores negativos que indican que las mediciones hechas en el infrarrojo estaban por debajo de la humedad real del producto inicial. Por tal razón se decidió tomar como peso seco, el peso constante que se obtenía en las bandejas para las pruebas de secado. En la única prueba donde sí se dejó el porcentaje de humedad que dió el infrarrojo fue para la de 100 ºC, porque en esta prueba no se llegó ni siquiera al peso para una humedad del 12 %. La humedad se determinó a partir del peso seco obtenido en cada una de las pruebas de la siguiente manera:

100*%PH

PSPHH

−=

Donde PS es el peso seco de la materia prima en (g), PH es el peso húmedo en (g). Para determinar el peso de producto con una humedad del 12% se efectuó el siguiente cálculo:

)..%100()100(

deseadafinalhumedadPS

Pe−

∗=

gg

Pe 088.168)12100(

)100917.147(=

−∗

=

Donde Pe es el peso esperado con un porcentaje de humedad del 12%, en (g). Cálculos para determinar los resultados de la Tabla 6:

66

• Humedad (Kg. H2O / Kg. de Ss):

PSPSPH

X−

=

639.6917.147

917.1471130=

−=X Kg. H2O / Kg. de Ss

Donde PH es el peso húmedo en (g), PS es el peso seco de la materia prima en (g), X es la humedad en (Kg. H2O / Kg. de ss) y Kg. ss son kilogramos de sólido seco. • Delta de Humedad cada 20 minutos (Kg. H2O / Kg. de ss ):

21 XX −=∆Χ

=−=∆Χ 173.6639.6 0.468 Kg. H2O / Kg. de ss • Delta de tiempo:

21 ttt −=∆

20020 =−=∆t min. • Humedad media (Kg H2O / Kg de ss ):

221 XX

X+

=

406.62

173.6639.6=

+=X Kg H2O / Kg de ss

• Velocidad de Secado:

min*ss de Kg H2O Kg

0234.020468.0

==∆∆Χ

t

Esta es otra forma de calcular la rapidez de secado, sin tener en cuenta el factor de Ss / A ( peso de sólidos secos / área de secado ) que es constante durante el secado por lo cual las unidades no resultan en Kg. de H2O / m2*min. Para obtener los datos de las tablas de las pruebas de secado restantes se calcularán de la misma manera como se expresó anteriormente.

67

- Curvas de secado para la bandeja 1, a 100 ºC. Con los datos obtenidos en la tabla 6. se construyen las figuras de curva de secado (ver figura 19.) y curva de velocidad de secado (ver figura 20). La determinación del punto crítico (Xc) se lleva a cabo a partir del comportamiento de la gráfica de velocidad de secado, en donde se busca el período de velocidad constante y el período decreciente. El punto crítico es aquel en el que acaba el período de velocidad constante y comienza el período decreciente. En la tabla 6 los datos para el punto crítico están subrayados con azul. El punto crítico es hallado de Igual manera para todas las pruebas.

CURVA DE SECADO

r2 = 0.9954

0

1

2

3

4

5

6

7

0 50 100 150 200 250 300

TIEMPO(min)

HU

ME

DA

D(K

g H

2O /

Kg

ss)

Xc

Figura 19. Curva de secado para la bandeja 1 a 100 ºC


68

Tabla 6. Resultados de la prueba de secado a 100ºC para la bandeja 1

BANDEJA 1 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)

HUMEDAD X (Kg H2O / Kg de ss)

DELTA DE X (Kg H2O / Kg de ss)

DELTA DE TIEMPO ( min )

X MEDIO (Kg H2O / Kg de ss)

DELTA X / DELTA t (Kg H2O / Kg de ss* min)

2144 1130 20 6.6392075 1061 40 6.173 0.466 20 6.406 0.0231962 948 60 5.409 0.764 20 5.791 0.0381889 875 80 4.915 0.494 20 5.162 0.0251818 804 100 4.435 0.480 20 4.675 0.0241735 721 120 3.874 0.561 20 4.155 0.0281698 684 140 3.624 0.250 20 3.749 0.0131634 620 160 3.192 0.433 20 3.408 0.0221591 577 180 2.901 0.291 20 3.046 0.0151572 558 200 2.772 0.128 20 2.837 0.0061532 518 220 2.502 0.270 20 2.637 0.0141485 471 240 2.184 0.318 20 2.343 0.0161444 430 260 1.907 0.277 20 2.046 0.014


69

Para determinar el punto crítico de humedad a partir de la curva de secado, se busca gráficamente el punto de inflexión (véase figura 19). A partir del primer punto de la gráfica hasta punto de inflexión se realiza una regresión lineal con el fin de obtener una correlación. Igualmente se realiza la regresión con los dos siguientes puntos para confirmar entre estos tres la mayor correlación (punto de inflexión), y así determinar el punto crítico de humedad para la gráfica. Este punto es usado también en la curva de velocidad de secado.

CURVA DE VELOCIDAD DE SECADO

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0 1 2 3 4 5 6 7

X MEDIO(Kg H2O / Kg de ss )

R(K

g H

2O /

Kg

de

ss *

min

)

Xc

Figura 20. Curva de velocidad de secado para la bandeja 1 a 100 ºC.

3.2.1.2 Pruebas de secado para la bandeja 2 a 100 ºC.

Como se puede ver en la Tabla 7 los datos obtenidos para la bandeja 2 en la prueba de secado a 100 ºC. El tiempo total de secado fue de 4.33 horas. La materia prima presentó las siguientes características: - Humedad Inicial 86.91 % - Peso seco: 118.072 g. - Humedad final no se alcanzó el 12% - Peso para una humedad del 12% 134.173 g - Curvas de secado para la bandeja 2 a 100 ºC. Con los datos obtenidos en la tabla 7. se construyen las figuras de curva de secado (ver figura 21.) y curva de velocidad de secado (ver figura 22.).


70

CURVA DE SECADO

r2 = 0.992

0

12

3

45

6

78

0 50 100 150 200 250 300

TIEMPO(min)

HU

ME

DA

D(K

g H

2O /

Kg

ss)

Xc

Figura 21. Curva de secado para la bandeja 2 a 100 ºC.


0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 1 2 3 4 5 6 7

X MEDIO(Kg H2O / Kg de ss)

R(K

g H

2O /

Kg

de s

s* m

in)

Xc




71


BANDEJA 2 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)





DELTA X / DELTA t (Kg H2O / Kg de ss *

min)1962 902 20 6.6391923 863 40 6.309 0.330 20 6.474 0.0171803 743 60 5.293 1.016 20 5.801 0.0511725 665 80 4.632 0.661 20 4.962 0.0331652 592 100 4.014 0.618 20 4.323 0.0311578 518 120 3.387 0.627 20 3.701 0.0311517 457 140 2.871 0.517 20 3.129 0.0261453 393 160 2.328 0.542 20 2.600 0.0271417 357 180 2.024 0.305 20 2.176 0.0151398 338 200 1.863 0.161 20 1.943 0.0081357 297 220 1.515 0.347 20 1.689 0.0171324 264 240 1.236 0.279 20 1.376 0.0141292 232 260 0.965 0.271 20 1.100 0.014


72

En esta prueba de secado (100 ºC) • Se presentó la formación de costra o capa impermeable sobre la superficie del producto, lo que

dificultó la salida del agua del producto hacia el aire secante. Por esta razón se suspendió la prueba al cabo de 4 horas de secado, sin llegar al porcentaje de humedad deseado del 12%.

• El producto no presentó un pardeamiento notable al trabajar con esta temperatura, pero sí se observó una sensibilidad hacia esta.

3.2.2 Resultados de las pruebas de secado a 70ºC, 50-60-70ºC, 60ºC y 80 ºC.

A continuación se presentará los resultados que obtuvieron para las distintas pruebas.

Tabla 8. Resultados de las pruebas de secado convectivo.

Bandeja 1 Bandeja 2 Bandeja 1 Bandeja 2Tiempo total de secado 5.7 horas 5.7 horas 7.3 horas 7.3 horasTiempo para alcanzar el 12% de humedad

4.7 horas 4.7 horas 6.7 horas 5.33 horas

Humedad inicial 84.72% 86.26% 84.01% 84.74%Peso seco 66 gr. 57 gr. 87 gr. 65 gr.Humedad final 12% 12% 12% 12%Peso para una humedad del 12%

75 gr. 64.77 gr. 98.86 gr. 73.86 gr.

Bandeja 1 Bandeja 2 Bandeja 1 Bandeja 2Tiempo total de secado 6.3 horas 6.3 horas 3.7 horas 3.7 horasTiempo para alcanzar el 12% de humedad

6 horas 5.33 horas 3.33 horas 3.33 horas

Humedad inicial 81.52% 88.68% 82.52% 84.55%Peso seco 109 gr. 48 gr. 93 gr. 70 gr.Humedad final 12% 12% 12% 12%Peso para una humedad del 12%

123.86 gr. 54.55 gr. 105.68 gr. 79.55 gr.

Prueba

Prueba

70ºC 50-60-70ºC

60ºC 80ºC

3.2.3 Prueba de secado a 70 ºC.

Después de los resultados y reacciones del producto con la temperatura de 100 ºC se procedió a trabajar con una temperatura de 70 ºC, debido a que el producto demostró ser sensible a altas temperaturas de secado. En la tabla 8 se presentan los datos obtenidos para la prueba de secado a 70ºC.


73

3.2.3.1 Curvas de secado para la bandeja 1 a 70 ºC.

Con los datos obtenidos en la tabla 9. se construyen las figuras de curva de secado (ver figura 23.) y la curva de velocidad de secado (ver figura 24.).

CURVA DE SECADO

r2 = 0.9985

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200 250 300 350 400

TIEMPO(min)

HU

ME

DA

D(K

g. d

e H

2O/K

g. s

s)

Xc



0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0 1 2 3 4 5 6

X MEDIO(Kg. H2O / Kg. Ss)

R(K

g. H

2O /

Kg.

Ss

* m

in) Xc




74


BANDEJA 1 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)






1449 432 20 5.5451402 385 40 4.833 0.712 20 5.189 0.0361359 342 60 4.182 0.652 20 4.508 0.0331317 300 80 3.545 0.636 20 3.864 0.0321279 262 100 2.970 0.576 20 3.258 0.0291244 227 120 2.439 0.530 20 2.705 0.0271213 196 140 1.970 0.470 20 2.205 0.0231186 169 160 1.561 0.409 20 1.765 0.0201162 145 180 1.197 0.364 20 1.379 0.0181141 124 200 0.879 0.318 20 1.038 0.0161121 104 220 0.576 0.303 20 0.727 0.0151109 92 240 0.394 0.182 20 0.485 0.0091100 83 260 0.258 0.136 20 0.326 0.0071093 76 280 0.152 0.106 20 0.205 0.0051085 68 300 0.030 0.121 20 0.091 0.006


75


Con los datos obtenidos en la tabla 10. se construyen las figuras de curva de secado (ver figura 25) y la curva de velocidad de secado( ver figura 26 ).

CURVA DE SECADO

R2 = 0.9952

0

1

2

3

4

5

6

7

0 50 100 150 200 250 300 350 400

TIEMPO(min)

HU

ME

DA

D(K

g. d

e H

2O/K

g. s

s)

Xc



76

Tabla 10. Resultados de la prueba de secado a 70ºC para la bandeja 2.

BANDEJA 2 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)






min)1486 415 20 6.2811428 357 40 5.263 1.018 20 5.772 0.0511378 307 60 4.386 0.877 20 4.825 0.0441327 256 80 3.491 0.895 20 3.939 0.0451287 216 100 2.789 0.702 20 3.140 0.0351246 175 120 2.070 0.719 20 2.430 0.0361214 143 140 1.509 0.561 20 1.789 0.0281185 114 160 1.000 0.509 20 1.254 0.0251166 95 180 0.667 0.333 20 0.833 0.0171152 81 200 0.421 0.246 20 0.544 0.0121143 72 220 0.263 0.158 20 0.342 0.0081138 67 240 0.175 0.088 20 0.219 0.0041137 66 260 0.158 0.018 20 0.167 0.0011134 63 280 0.105 0.053 20 0.132 0.0031132 61 300 0.070 0.035 20 0.088 0.0021129 58 320 0.018 0.053 20 0.044 0.003


77


0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 1 2 3 4 5 6 7 X medio( Kg H2O / Kg ss )

R( K

g H

2O /

Kg

ss *

min

)

Xc


3.2.4 Prueba de secado a 50-60-70 ºC.

Este ensayo se manejo con tres temperaturas con el fin de poder observar cómo se comporta el producto con un proceso continuo a contracorriente. Se manejó una temperatura de 50 ºC por tres horas, luego con una de 60 ºC por el mismo tiempo que se trabajó a 50 ºC y las últimas 3 horas se trabajó a 70 ºC. En la tabla 8 se presentan los datos obtenidos para la prueba de secado a 50-60-70ºC.

3.2.4.1 Curvas de secado para la bandeja 1 a 50-60-70 ºC.

Con los datos obtenidos en la tabla 11 se construyen las figuras de curva de secado (ver figura 27.) y la curva de velocidad de secado (ver figura 28.).


78

CURVA DE SECADO

r2 = 0.9985

0

1

2

3

4

5

6

0 100 200 300 400 500 600TIEMPO

(min)

HU

ME

DA

D

(Kg

H20

/ K

g ss

)

Xc

Figura 27. Curva de secado para la bandeja 1 a 50-60-70 ºC.


0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0 1 2 3 4 5 6X MEDIO

( Kg. de H2O / Kg. ss)

R

(Kg.

de

H2O

/ K

g. s

s *

min

)

Xc

Figura 28. Curva de velocidad de secado para la bandeja 1 a 50-60-70 ºC



79

Tabla 11. Resultados de la prueba de secado a 50-60-70ºC para la bandeja 1

BANDEJA 1 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)






1561 544 20 5.2531523 506 40 4.816 0.437 20 5.034 0.0221497 480 60 4.517 0.299 20 4.667 0.0151464 447 80 4.138 0.379 20 4.328 0.0191434 417 100 3.793 0.345 20 3.966 0.0171404 387 120 3.448 0.345 20 3.621 0.0171374 357 140 3.103 0.345 20 3.276 0.0171345 328 160 2.770 0.333 20 2.937 0.0171317 300 180 2.448 0.322 20 2.609 0.0161288 271 200 2.115 0.333 20 2.282 0.0171267 250 220 1.874 0.241 20 1.994 0.0121237 220 240 1.529 0.345 20 1.701 0.0171213 196 260 1.253 0.276 20 1.391 0.0141191 174 280 1.000 0.253 20 1.126 0.0131172 155 300 0.782 0.218 20 0.891 0.0111155 138 320 0.586 0.195 20 0.684 0.0101142 125 340 0.437 0.149 20 0.511 0.0071132 115 360 0.322 0.115 20 0.379 0.0061122 105 380 0.207 0.115 20 0.264 0.0061115 98 400 0.126 0.080 20 0.167 0.0041111 94 420 0.080 0.046 20 0.103 0.0021108 91 440 0.046 0.034 20 0.063 0.002


80

3.2.4.2 Curvas de secado para la bandeja 2 a 50-60-70 ºC.

Con los datos obtenidos en la tabla 12 se construyen las figuras curva de secado (ver figura 29.) y la curva de velocidad de secado ( ver figura 30.).

CURVA DE SECADO

r2 = 0.9961

0

1

2

3

4

5

6

0 100 200 300 400 500 600TIEMPO

(min)

HU

ME

DA

D

( Kg

H2O

/ K

g ss

)

Xc

Figura 29. Curva de secado para la bandeja 2 a 50-60-70 ºC.


81

Tabla 12. Resultados de la prueba de secado a 50-60-70ºC para la bandeja 2.

BANDEJA 2 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)






min)1497 426 20 5.5541448 377 40 4.800 0.754 20 5.177 0.0381415 344 60 4.292 0.508 20 4.546 0.0251380 309 80 3.754 0.538 20 4.023 0.0271343 272 100 3.185 0.569 20 3.469 0.0281311 240 120 2.692 0.492 20 2.938 0.0251280 209 140 2.215 0.477 20 2.454 0.0241251 180 160 1.769 0.446 20 1.992 0.0221227 156 180 1.400 0.369 20 1.585 0.0181205 134 200 1.062 0.338 20 1.231 0.0171188 117 220 0.800 0.262 20 0.931 0.0131171 100 240 0.538 0.262 20 0.669 0.0131160 89 260 0.369 0.169 20 0.454 0.0081152 81 280 0.246 0.123 20 0.308 0.0061147 76 300 0.169 0.077 20 0.208 0.0041140 69 320 0.062 0.108 20 0.115 0.0051140 69 340 0.062 0.000 20 0.062 0.0001140 69 360 0.062 0.000 20 0.062 0.0001138 67 380 0.031 0.031 20 0.046 0.0021138 67 400 0.031 0.000 20 0.031 0.0001137 66 420 0.015 0.015 20 0.023 0.0011137 66 440 0.015 0.000 20 0.015 0.000


82


0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0 1 2 3 4 5 6X MEDIO

(Kg. de H2O/Kg. ss)

R(K

g. d

e H

2O/K

g. s

s*m

in)

Xc

Figura 30. Curva de velocidad de secado para la bandeja 2.a 50-60-70 ºC


Como se observó que a 50, 60, y 70 ºC el resultado en las pruebas de secado fue favorable. No hubo formación de costras en la superficie del producto logrando un secado uniforme en la bandeja, se decidió secar con aire a 60ºC y observar si su comportamiento resultaba mejor que trabajando con 70ºC. En la tabla 8 se presentan los datos obtenidos para la prueba de secado a 60ºC


Con los datos obtenidos en la tabla 13. se construyen las figuras de curva de secado (ver figura 31) y la curva de velocidad de secado (ver figura 32).


83

CURVA DE SECADO

r2 = 0.9919

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

0 100 200 300 400 500TIEMPO (min)

HU

ME

DA

D

( K

g H

2O /

Kg

ss )

Xc



0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0 1 2 3 4 5X MEDIO

(Kg. de H2O/Kg. ss)

R

(Kg

. de

H2O

/Kg

. ss*

min

)

Xc

Figura 32. Curva de secado de secado para la bandeja 1 a 60 ºC.



84


BANDEJA 1 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)





DELTA X / DELTA t (Kg H2O / Kg de ss*

min)1607 590 20 4.4131566 549 40 4.037 0.376 20 4.225 0.0191501 484 60 3.440 0.596 20 3.739 0.0301466 449 80 3.119 0.321 20 3.280 0.0161425 408 100 2.743 0.376 20 2.931 0.0191389 372 120 2.413 0.330 20 2.578 0.0171351 334 140 2.064 0.349 20 2.239 0.0171328 311 160 1.853 0.211 20 1.959 0.0111299 282 180 1.587 0.266 20 1.720 0.0131268 251 200 1.303 0.284 20 1.445 0.0141246 229 220 1.101 0.202 20 1.202 0.0101225 208 240 0.908 0.193 20 1.005 0.0101206 189 260 0.734 0.174 20 0.821 0.0091190 173 280 0.587 0.147 20 0.661 0.0071174 157 300 0.440 0.147 20 0.514 0.0071162 145 320 0.330 0.110 20 0.385 0.0061152 135 340 0.239 0.092 20 0.284 0.0051141 124 360 0.138 0.101 20 0.188 0.0051134 117 380 0.073 0.064 20 0.106 0.003


85

3.2.5.2 Curvas de secado para la bandeja 2 a 60 ºC

Con los datos obtenidos en la tabla 14 se construyen las figuras de curva de secado (ver figura 33) y la curva de velocidad de secado (ver figuras 34.).

CURVA DE SECADO

r2 = 0.979

0

2

4

6

8

10

0 100 200 300 400 500

TIEMPO (min)

HU

ME

DA

D (

Kg

H2O

/ K

g ss

)

Xc

Figura 33. Curvas de secado para la bandeja 2.a 60 ºC.


0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0 1 2 3 4 5 6 7 8

X MEDIO( Kg. H2O / kg ss)

R

( K

g. H

2O /

kg s

s*m

in )

Xc




86


BANDEJA 2 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)






min)1495 424 20 7.8331447 376 40 6.833 1.000 20 7.333 0.0501363 292 60 5.083 1.750 20 5.958 0.0881327 256 80 4.333 0.750 20 4.708 0.0381291 220 100 3.583 0.750 20 3.958 0.0381250 179 120 2.729 0.854 20 3.156 0.0431213 142 140 1.958 0.771 20 2.344 0.0391191 120 160 1.500 0.458 20 1.729 0.0231166 95 180 0.979 0.521 20 1.240 0.0261153 82 200 0.708 0.271 20 0.844 0.0141147 76 220 0.583 0.125 20 0.646 0.0061142 71 240 0.479 0.104 20 0.531 0.0051138 67 260 0.396 0.083 20 0.438 0.0041137 66 280 0.375 0.021 20 0.385 0.0011130 59 300 0.229 0.146 20 0.302 0.0071123 52 320 0.083 0.146 20 0.156 0.0071122 51 340 0.063 0.021 20 0.073 0.0011121 50 360 0.042 0.021 20 0.052 0.0011121 50 380 0.042 0.000 20 0.042 0.000


87


Este ensayo lo que busca es poner a prueba la sensibilidad térmica del producto a una temperatura mayor de 70 ºC, pues cuando se realizó la prueba a 100 ºC el resultado fue negativo y se utilizó un diferencial de temperatura bastante grande ( ∆T = 30 ºC ) para desarrollar la otra prueba, debido a que los resultados obtenidos en la prueba de 70 ºC fueron bastante favorables. Se decidió hacer un ensayo con una temperatura mayor: 80 ºC. Se conoce que a mayor temperatura de secado se logra un menor tiempo de secado y la operación será más económica. En la tabla 8 se presentan los datos obtenidos para la prueba de secado a 80ºC


Con los datos obtenidos en la tabla 15. se construyen las figuras de curva de secado (ver figura 35.) y la curva de velocidad de secado (ver figura 36.).

CURVA DE SECADO

r2 = 0.9969

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

0 50 100 150 200 250 300TIEMPO

(min)

HU

ME

DA

D

( K

g H

2O /

Kg

ss )

Xc



88


0

0.0050.01

0.015

0.020.025

0.03

0.035

0.040.045

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5X MEDIO ( Kg de H2O/Kg ss)

R

(Kg

de

H2O

/Kg

ss*

min

)

Xc



89


BANDEJA 1 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)






1549 532 20 4.7201475 458 40 3.925 0.796 20 4.323 0.0401412 395 60 3.247 0.677 20 3.586 0.0341356 339 80 2.645 0.602 20 2.946 0.0301298 281 100 2.022 0.624 20 2.333 0.0311244 227 120 1.441 0.581 20 1.731 0.0291200 183 140 0.968 0.473 20 1.204 0.0241159 142 160 0.527 0.441 20 0.747 0.0221140 123 180 0.323 0.204 20 0.425 0.0101126 109 200 0.172 0.151 20 0.247 0.0081117 100 220 0.075 0.097 20 0.124 0.005


90


Con los datos obtenidos en la tabla 16. se construyen las figuras de curva de secado (ver figura 37.) y la curva de velocidad de secado( ver figura 38.).

CURVA DE SECADO

r2 = 0.9993

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200 250 300

TIEMPO (min)

HU

ME

DA

D

( K

g H

2O /

Kg

ss )

Xc



0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 1 2 3 4 5 6

X MEDIO ( Kg. de H2O/Kg.ss)

R

( Kg.

de

H2O

/Kg.

ss*m

in) Xc

Figura 38. Curva de velocidad de secado para la bandeja 2 a 80 ºC



91


BANDEJA 2 ( g. )

PRODUCTO ( g. )

TIEMPO (min)






min)1524 453 20 5.4711457 386 40 4.514 0.957 20 4.993 0.0481403 332 60 3.743 0.771 20 4.129 0.0391339 268 80 2.829 0.914 20 3.286 0.0461282 211 100 2.014 0.814 20 2.421 0.0411225 154 120 1.200 0.814 20 1.607 0.0411189 118 140 0.686 0.514 20 0.943 0.0261164 93 160 0.329 0.357 20 0.507 0.0181155 84 180 0.200 0.129 20 0.264 0.0061147 76 200 0.086 0.114 20 0.143 0.006


92

3.3 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS PARA SECADO POR CONDUCCIÓN EN EL SECADOR DE RODILLO DE LA PLANTA PILOTO DEL ICTA EN LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Para realizar las pruebas de secado en el secador de doble tambor del ICTA, se tomó como base el procedimiento encontrado en la tesis “Estudio preliminar para la obtención de harina de papa criolla mediante la deshidratación por rodillos”, debido a la similitud en la prueba. De esta manera se descartaron las pruebas que arrojaban valores mayores a 12.5% y menores de 2% de humedad, dando como resultado la combinación que se muestra en la tabla 17, donde se escogieron los valores de humedad señalados en color rojo, para efectuarlos con la cáscara de papa producida en CONGELAGRO. Este rango amplio permite obtener una confiabilidad en el acierto de las humedades deseadas ( 10 a 12 % ), porque el comportamiento de secado entre la cáscara de papa criolla y la de CONGELAGRO puede variar.

Tabla 17. Resultados de las pruebas en el deshidratador de rodillos para producir hojuelas de cáscara de

papa criolla.18

Espesor (mm)

Presión (psi)

Velocidad (rpm)

Humedad (%)

0.3 30 2.00 3.170.3 30 2.50 11.860.3 30 3.00 12.410.3 30 3.50 25.320.3 35 2.00 2.650.3 35 2.50 4.310.3 35 3.00 7.670.3 35 3.50 16.850.3 40 2.00 1.300.3 40 2.50 2.860.3 40 3.00 9.630.3 40 3.50 19.900.3 45 2.00 1.080.3 45 2.50 2.360.3 45 3.00 7.530.3 45 3.50 14.320.4 30 2.00 43.960.4 30 2.50 49.620.4 30 3.00 46.780.4 30 3.50 56.440.4 35 2.00 13.620.4 35 2.50 21.890.4 35 3.00 25.300.4 35 3.50 43.66

18 VELÁZQUEZ C. Miguel. Estudio preliminar para la obtención de harina de papa criolla mediante la deshidratación por rodillos. p 78

Fuente: VELÁZQUEZ C. Miguel. Estudio preliminar para la obtención de harina de papa criolla mediante la deshidratación por rodillos

93

Continuación de la tabla 17. Resultados de las pruebas en el deshidratador de rodillos para producir hojuelas de cáscara de papa criolla

Espesor

(mm)Presión

(psi)Velocidad

(rpm)Humedad

(%)0.4 40 2.00 6.860.4 40 2.50 9.760.4 40 3.00 27.290.4 40 3.50 47.030.4 45 2.00 3.100.4 45 2.50 5.010.4 45 3.00 14.560.4 45 3.50 38.650.5 30 2.00 26.170.5 30 2.50 17.100.5 30 3.00 50.260.5 30 3.50 61.700.5 35 2.00 13.190.5 35 2.50 36.080.5 35 3.00 47.710.5 35 3.50 55.750.5 40 2.00 7.690.5 40 2.50 39.730.5 40 3.00 45.720.5 40 3.50 59.270.5 45 2.00 5.960.5 45 2.50 29.680.5 45 3.00 42.510.5 45 3.50 49.31

Tabla 18 Resultados de las pruebas en el deshidratador de rodillos para producir hojuelas de cáscara de

papa, basado en los datos del diseño experimental de la tabla 17.

Espesor (mm)

Presión (psi)

Velocidad (rpm)

Humedad (%)

0.50 40 2 61.160.30 40 2 52.03

Las humedades obtenidas para la deshidratación de la cáscara de papa producida en CONGELAGRO no fueron parecidas al comportamiento presentado por la cáscara de papa criolla y en ambas se utilizaron los mismos parámetros de secado. Al efectuar dichas pruebas los resultados de porcentaje de humedad obtenidos fueron más altos de lo presupuestado ( tabla 18). Por lo tanto fue preciso modificar las variables que se habían utilizado en el diseño experimental anterior ( tabla 17 ), de forma tal que se pudieran alcanzar humedades entre el 10% y el 12%. Estos resultados se ilustran en la siguiente tabla ( tabla 19 ).

Fuente: VELÁZQUEZ C. Miguel. Estudio preliminar para la obtención de harina de papa criolla mediante la deshidratación por rodillos


94

En la tabla 19 se observa que a mediada que se disminuye la distancia entre los rodillos y se aumenta la presión de vapor, el porcentaje de humedad final decrece. Además, cuando es menor la velocidad de rotación de los rodillos, el tiempo de permanencia de la materia prima en ellos es mayor y es posible deshidratar aún más el producto. Por esta razón se escogió una velocidad constante de 2 rpm, siendo ésta la menor que puede generar el secador. Al ver los resultados obtenidos en las pruebas de secado ( tabla 19 ), es posible descartar aquellas en las que las humedades se alejan del rango deseado ( 10% al 12% de humedad ). En la tabla 20 se presentan los resultados de las pruebas en las que se obtuvo humedades cercanas o dentro del rango deseado, incluyendo además el flujo másico correspondiente a cada una de ellas.

Tabla 19 Resultados de las pruebas en el deshidratador de rodillos para producir hojuelas de cáscara de papa

Espesor

(mm)Presión

(psi)Velocidad

(rpm)Humedad

(%)0.50 40 2 61.160.50 50 2 58.320.30 40 2 52.030.30 50 2 47.430.20 30 2 41.000.20 35 2 38.320.20 40 2 35.640.20 45 2 32.960.20 50 2 30.280.20 55 2 27.600.15 30 2 37.030.15 40 2 26.610.15 45 2 21.580.15 50 2 16.340.15 55 2 11.750.10 30 2 13.060.10 35 2 12.410.10 40 2 11.790.10 45 2 11.230.10 50 2 10.090.10 55 2 10.000.05 50 2 6.19


95

Tabla 20 Parámetros dentro de las especificaciones de humedad del deshidratador de rodillos para producir hojuelas de cáscara de papa

Espesor

(mm)Presión

(psi)Velocidad

(rpm)Humedad

(%)Flujo másico

(Kg. / h )0.15 55 2 11.75 3.9330.10 30 2 13.06 3.0100.10 35 2 12.41 3.0340.10 40 2 11.79 3.0810.10 45 2 11.23 3.1700.10 50 2 10.09 3.1930.10 55 2 10.00 3.4000.05 50 2 6.19 1.680


96

CAPÍTULO 4

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1 PRUEBAS DE SECADO EN EL SECADOR DE BANDEJAS DE LA PLANTA PILOTO DE LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA

Como no se tenía información sobre el comportamiento de la cáscara de papa en una operación de secado, se realizaron las pruebas de secado en el secador de bandejas de la Universidad de la Sabana para determinar las curvas de secado y de velocidad de secado, las cuales muestran de manera gráfica su comportamiento.


Después de haber realizado el secado con una temperatura de 100 ºC, el producto formó una capa impermeable en su superficie, denominada comúnmente costra. Este fenómeno se presenta en productos orgánicos sensibles a secados con altas temperaturas, puesto que el agua de la superficie del mismo se evapora bruscamente y el producto tiende a formar una costra. Este comportamiento dificulta el secado, por ello se detuvo la prueba. Al llevar un tiempo de 4 horas, el producto se encontraba totalmente seco en la superficie pero en su interior continuaba aún muy húmedo sin notar un progreso eficiente en el secado.

4.1.2 Prueba de secado a temperaturas diferentes de 100 ºC.

Contrario a lo que ocurrió con el producto en el secado a 100 ºC, el desempeño de éste a temperaturas menores de secado resultó efectivo. Como se observa en el numeral 3.2, las curvas de velocidad de secado tienen un comportamiento similar al teórico ( ver numeral 2.8.1 ); empezando por un período de acondicionamiento que se determina gráficamente; el comportamiento en este período se diferencia por una gran variación en los puntos que lo conforman. Cuando se estabiliza el producto en el proceso de secado, sigue el período de velocidad constante, que va desde el final del acondicionamiento hasta el punto crítico de humedad y a partir de éste continúa con un último período que corresponde al de velocidad de secado decreciente. Para las curvas de velocidad de secado se aproximarán los períodos de velocidad constante y decreciente a ecuaciones lineales con el fin de hallar las ecuaciones y, con éstas, hallar las velocidades. La primera regresión se realizará después del período de acondicionamiento, hasta el punto crítico de humedad; esta regresión corresponderá al período de velocidad constante. Después se realizará otra regresión con los puntos que están a continuación del punto crítico que pertenecerá al período de velocidad decreciente.

97

Con estas ecuaciones se pretende establecer, por medio de las correlaciones, la cercanía entre el comportamiento de la cáscara de papa y comportamiento teórico de secado. Es importante tener en cuenta que el valor de la correlación depende de la variación de los valores en el eje de las abscisas correspondiente al cambio de valor en el eje de las ordenadas. Al presentarse una ecuación lineal con pendiente cero la correlación tenderá a cero, puesto que no hay variación notable de los valores en las abscisas cuando varían los datos en las ordenadas, es decir que no hay relación directa entre los datos de los dos ejes, por lo tanto se estiman como valores independientes. Es por ello que la correlación presentada en las curvas de velocidad de secado, para el período de velocidad constante, es muy bajo, notándose un valor menor si la pendiente de la recta se acerca más a cero. Estas ecuaciones arrojan información tangible del comportamiento aproximado del producto secado bajo las condiciones trabajadas. Las mismas sirven para llegar a una expresión que recopile toda la información de manera puntual y fácil de asimilar, sin tener que remitirse a las tablas y los gráficos del documento que contienen una serie extensa de datos, los cuales requieren de un mayor tiempo de análisis por parte del lector para llegar a un resultado similar.


El tiempo requerido para disminuir la humedad al 12% fue de 4.7 horas para las bandejas 1 y 2 aproximadamente. A partir de las curvas de secado para la prueba a 70 ºC (figura 23 y figura 25), se construyeron las figuras 39 y 40 que contienen las ecuaciones lineales correspondientes para cada período de velocidad de secado, incluyendo el punto crítico de humedad. Para la construcción de la figura 39 se descartó el dato correspondiente al tiempo de 220 minutos de la tabla 9. Y para la construcción de la figura 40 no se descartaron de la tabla 10. Este descarte se debe a la desviación que presentaba el punto graficado con respecto a la tendencia de la curva teórica de secado. Los puntos descartados, son aquellos en los que se presentan picos crecientes o decrecientes. Una posible causa por la cual la velocidad tiende a crecer bruscamente, es debida al comportamiento natural de los productos agroindustriales, que tienden a retener la humedad el máximo tiempo posible y después la liberan rápidamente aumentándose la velocidad de secado. Cuando el pico es decreciente hay tendencia a la formación de costra en la superficie del producto, impidiendo así la entrada del aire para remplazar la humedad en su interior; por lo cual disminuye la velocidad de secado. Al romperse la costra se restablecen las condiciones de secado, regresando a una velocidad estable ( ver numeral 2.8.2 ).

98


y = 0.003x + 0.0194

r2 = 0.8818

y = 0.0082x + 0.0047

r2 = 0.9617

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0 1 2 3 4 5 6X MEDIO

(Kg. H2O / Kg. Ss)

R(K

g. H

2O /

Kg.

Ss

* m

in)

Xc

Figura 39. Ecuaciones para la curva de velocidad de secado de la bandeja 1 a 70 ºC.

La pendiente del período de velocidad constante tiende a cero por lo cual se pude decir que la velocidad constante para esta prueba de secado es de 0.0194 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y el contenido de humedad critico Xc es de 3.257 Kg. de H2O / Kg. ss. Y para el período de velocidad decreciente la velocidad de secado se puede hallar en el punto deseado de humedad con las fórmulas correspondientes.

CURVA DE SECADO

y = 0.0042x + 0.025

R2 = 0.7131

y = 0.0153x + 0.0016

R2 = 0.9654

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 1 2 3 4 5 6 7X MEDIO

(Kg. H2O / Kg. Ss )

R(K

g. H

2O /

Kg.

Ss

* m

in)

Xc




99

La pendiente del período de velocidad constante tiende a cero por lo cual se pude decir que la velocidad constante para esta prueba de secado es de 0.025 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y el contenido de humedad critico Xc es de 2.430 Kg. de H2O / Kg. ss. Y para el período de velocidad decreciente la velocidad de secado se puede hallar en el punto deseado de humedad con la fórmula de regresión lineal.

4.1.4 Prueba de secado a 50-60-70 ºC.

El tiempo requerido para disminuir la humedad al 12% fue de 6.67 horas para la bandeja 1 y de 5.33 horas para la bandeja 2 aproximadamente. A partir de las curvas de secado para la prueba a 50-60-70 ºC (figura 24 y figura 26), se construyeron las figuras 41 y 42 que contienen las ecuaciones lineales correspondientes a cada período de velocidad de secado, incluyendo el punto crítico de humedad. Para la construcción de la figura 41 se descarto el dato correspondiente al tiempo de 220 minutos de la tabla 11. Y para la construcción de la figura 42 se descartaron datos correspondientes a los tiempos de 100, 240 y 320 minutos de la tabla 12. Estos descartes se deben a la desviación que presentaban los puntos graficados con respecto a la tendencia de la curva teórica de secado.


R = 0.0002x + 0.0164

r2 = 0.1074

R = 0.0093x + 0.002r2 = 0.9655

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0 1 2 3 4 5 6X MEDIO

(Kg. de H2O/Kg. ss)

R(K

g. d

e H2

O/K

g. s

s*m

in) Xc

Figura 41 Ecuaciones para la curva de velocidad de secado de la bandeja 1 a 50-60-70 ºC La pendiente del período de velocidad constante tiende a cero por lo cual se pude decir que la velocidad constante para esta prueba de secado es de 0.0164 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y el contenido de humedad critico Xc es de 1.701 Kg. de H2O / Kg. ss Y para el período de velocidad decreciente la velocidad de secado se puede hallar en el punto deseado de humedad con la formula de regresión lineal.


100


R = 0.0107x + 0.001

r2 = 0.9613

R = 0.001x + 0.0216

R2 = 0.5604

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0 1 2 3 4 5 6X MEDIO(Kg. de H2O/Kg. ss)

R(K

g. d

e H

2O/K

g. s

s*m

in) Xc

Figura 42. Ecuaciones para la curva de velocidad de secado de la bandeja 2 a 50-60-70 ºC La pendiente del período de velocidad constante tiende a cero por lo cual se pude decir que la velocidad constante para esta prueba de secado es de 0.0216 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y el contenido de humedad critico Xc es de 2.454 Kg. de H2O / Kg. ss Y para el período de velocidad dec reciente la velocidad de secado se puede hallar en el punto deseado de humedad con la formula de regresión lineal.


El tiempo requerido para disminuir la humedad al 12% fue de 6 horas para la bandeja 1 y de 5.33 horas para la bandeja 2 aproximadamente. A partir de las curvas de secado para la prueba a 60 ºC (figura 28 y figura 30), se construyeron las figuras 43 Y 44 que contienen las ecuaciones lineales correspondientes para cada período de velocidad de secado, incluyendo el punto crítico de humedad. Para la construcción de la figura 43 se descartaron los datos correspondientes a los tiempos 40 y 160 minutos de la tabla 13. Y para la construcción de la figura 44 se descartaron datos correspondientes a los tiempos de 40 y 180 minutos de la tabla 14. Estos descartes se deben a la desviación que tenían con respecto a la tendencia de la curva teórica de secado.


101


R = -0.0005x + 0.0186

r2 = 0.0373

R = 0.0064x + 0.0033r2 = 0.9717

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4X MEDIO

(Kg. de H2O/ Kg. ss)

R(K

g. d

e H

2O/ K

g. s

s*m

in )

Xc

Figura 43 Ecuaciones para la curva de velocidad de secado de la bandeja 1 a 60 ºC

La pendiente del período de velocidad constante tiende a cero, se pude decir que la velocidad constante para esta prueba de secado es de 0.0186 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y el contenido de humedad critico Xc es de 2.238 Kg. de H2O / Kg. ss. Para el período de velocidad decreciente la velocidad de secado se puede hallar en el punto deseado de humedad con la fórmula de regresión lineal.


R = 0.015x - 0.0003r2 = 0.9285

R = -0.001x + 0.0428r2 = 0.1842

00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1

0 1 2 3 4 5 6 7X MEDIO

(Kg. de H2O/Kg. ss)

R(K

g. d

e H

2O/K

g. s

s*m

in)

Xc

Figura 44. Ecuaciones para la curva de velocidad de secado de la bandeja 2 a 60 ºC



102

La pendiente del período de velocidad constante tiende a cero por lo cual se pude decir que la velocidad constante para esta prueba de secado es de 0.0428 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y el contenido de humedad critico Xc es de 2.344 Kg. de H2O / Kg. ss Para el período de velocidad decreciente la velocidad de secado se puede hallar en el punto deseado de humedad con la fórmula de regresión lineal.


El tiempo requerido para disminuir la humedad al 12% fue de 3.33 horas para la bandeja 1 y de 3.33 horas para la bandeja 2 aproximadamente. A partir de las curvas de secado para la prueba a 80 ºC (figura 32 y figura 34), se construyeron las figuras 45 y 46 que contienen las ecuaciones lineales correspondientes para cada período de velocidad de secado, incluyendo el punto crítico de humedad. Para la construcción de la figura 45 se descarto el dato correspondiente al tiempo de 160 minutos de la tabla 15. Y para la construcción de la figura 46 se descarto el dato correspondiente al tiempo de 80 minutos de la tabla 16. Estos descartes se deben a la desviación que presentaban los puntos graficados con respecto a la tendencia de la curva teórica de secado. En esta prueba se alcanzo la humedad del 12% calculada por peso, pero al sacar las bandejas se pudo observar que todavía habían núcleos húmedos, y se puede decir que el producto es sensible a esta temperatura ya que alcanzo a formarse costras en estos núcleos, por esta razón quedo húmedo.


R = 0.0009x + 0.0281r2 = 0.2456

R = 0.0154x + 0.0035

r2 = 0.9922

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

X MEDIO (kg. de H2O/Kg.ss)

R (

kg. d

e H

2O/K

g.ss

*min

)

Xc


La pendiente del período de velocidad constante tiende a cero por lo cual se pude decir que la velocidad constante para esta prueba de secado es de 0.0281 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y el contenido de humedad critico Xc es de 1.731 Kg. de H2O / Kg. ss. Y para el período de velocidad decreciente la velocidad de secado se puede hallar en el punto deseado de humedad con la fórmula de regresión lineal.


103


R = 0.0247x + 0.002

r2 = 0.9827

R = -0.0009x + 0.0425r2 = 0.8999

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 1 2 3 4 5 6

X MEDIO ( kg. de H2O/Kg. ss )

R

( kg

. de

H2O

/Kg.

ss*

min

)Xc


La pendiente del período de velocidad constante tiende a cero por lo cual se pude decir que la velocidad constante para esta prueba de secado es de 0.0425 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y el contenido de humedad critico Xc es de 1.607 Kg. de H2O / Kg. ss . Y para el período de velocidad decreciente la velocidad de secado se puede hallar en el punto deseado de humedad con la fórmula de regresión lineal.

4.2 ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL PRODUCTO A LAS DIFERENTES TEMPERATURAS.

Se hará un análisis estadístico ANOVA trabajando con un alfa de 0.1 (error del 10%) para determinar el valor del coeficiente F y compararlo contra el F crítico y así poder saber si hay o no diferencia significativa entre el comportamiento del producto secado en las bandejas 1 y 2 de un mismo ensayo, para realizar esta ANOVA se tomarán los datos del tiempo que tarda llegar a una humedad del 12% entre las dos bandejas a diferentes temperaturas ( Ver tabla 21. ). Como se presenta en el análisis de la varianza presentado en la tabla 22 el valor de F es menor que el valor de F crítico ( la probabilidad es mayor que el alfa por lo cual se encuentra en las colas ), esto quiere decir que no existe diferencia significativa entre el comportamiento de secado para las dos bandejas y por lo tanto se pueden comparar y promediar los resultados obtenidos en ellas. Se analizará por separado el comportamiento de cada bandeja a diferentes temperaturas por separado y al final se hará una comparación entre el resultado obtenido para cada una de ellas y así llegar a un análisis general del comportamiento de secado.


104

Tabla 21 . Datos para realizar el análisis de la varianza de un factor

Temperatura del ensayo

Tiempo para llegar a una humedad del 12% para la

bandeja 1 ( horas )

Tiempo para llegar a una humedad del 12% para la

bandeja 2 ( horas ) 70 ºC 4.7 4.7

50-60-70 ºC 6.67 5.33 60 ºC 6 5.33 80 ºC 3.33 3.33

Tabla 22. Análisis de varianza de un factor

Grupos Cuenta Suma Promedio VarianzaTiempo para llegar a una humedad del 12% para la bandeja 1 ( horas ) 4 20.7 5.175 2.18176667

Tiempo para llegar a una humedad del 12% para la bandeja 2 ( horas ) 4 18.69 4.6725 0.889225

Continuación de la tabla 22. Análisis de varianza de un factor

Origen de las variaciones Suma de cuadrados Grados de libertad Promedio de los cuadrados F Probabilidad Valor crítico para FEntre grupos 0.5050125 1 0.5050125 0.328892133 0.587148039 5.987374152Dentro de los grupos 9.212975 6 1.535495833Total 9.7179875 7




105

4.2.1 Análisis del comportamiento del producto a las diferentes temperaturas.

Se realizará a continuación una ecuación general tanto para la velocidad constante como otra para el periodo de velocidad decreciente. Esto con el fin de tener una información general y aproximada acerca del comportamiento de la cáscara de papa con almidón gelatinizado entre un rango de temperaturas de 50 a 80 ºC. Esto no significa que esta ecuación sirva para determinar el comportamiento exacto del producto a una temperatura comprendida dentro del rango mencionado, sino que se busca poder saber el comportamiento general y aproximado de este producto.

4.2.1.1 Análisis del comportamiento del producto para la bandeja 1.

A continuación se presentarán las ecuaciones obtenidas para la bandeja a diferentes temperaturas (ver tabla 23). Como se puede observar la mejor velocidad la presenta la prueba de 80 ºC seguida de la segunda prueba a 70 ºC. En la prueba de secado a 80 ºC al alcanzar una humedad del 12%, se encontró la formación de costra en la superficie de la muestra, principalmente en focos aislados en los que predominaba la presencia de trozos grandes de cáscara de papa. Aunque por peso se haya alcanzado el porcentaje de humedad deseado, el secado no fue uniforme, por esta razón la prueba no es relevante. Si la muestra es homogeneizada, obteniendo tamaños de partícula más pequeños, es probable que el secado sea uniforme y pueda descartarse la formación de dichos focos. Si al homogeneizar vuelven a quedar partes húmedas se trabajará preferiblemente con una temperatura de secado de 70 ºC, la cual no presentó formación de costras en ningún momento.

Tabla 23. Resumen de las ecuaciones para la bandeja 1 a las diferentes temperaturas.

Temperatura de secado

Ecuación para velocidad constante

Correlación r2Ecuación para la

velocidad decrecienteCorrelación

r2

70 ºC R=0.00300x + 0.0194 0.8818 R=0.0082x + 0.0047 0.961750-60-70 ºC R=0.00020x + 0.0164 0.1074 R=0.0093x + 0.0020 0.9655

60 ºC R=0.00002x + 0.0178 0.0373 R=0.0064x + 0.0033 0.971780 ºC R=0.00090x + 0.0281 0.2456 R=0.0154x + 0.0035 0.9922

Apartir de las ecuaciones anteriormente presentadas se calculará una ecuación promedio para el período de velocidad constante y una para el período de velocidad decreciente. • Para el período de velocidad constante:

020925.000103.0 += xR


106

• Para el período de velocidad decreciente:

003025.0009975.0 += xR

Estas ecuaciones darán información general y aproximada acerca del comportamiento del producto en la bandeja 1 entre 50 ºC y 80 ºC. La velocidad constante es de 0.020925 Kg. de H2O / Kg. ss* min. y la ecuación para el período de velocidad decreciente tiene una pendiente de 0.0009975 y un corte con el eje y de 0.003025.

4.2.1.2 Análisis del comportamiento del producto para la bandeja 2.

A continuación ( ver tabla 24. ) se presentarán las ecuaciones obtenidas para la bandeja 2 a diferentes temperaturas. Como se puede observar la mejor velocidad es para la prueba de 80 ºC seguida de la prueba a 60 ºC. Para esta bandeja los valores de velocidades muestran un comportamiento similar al de la bandeja 1 exceptuando el valor de la prueba a 60 ºC, que da mayor a la de 70 ºC y a la de 80 ºC. Lo que se busca con las diferentes pruebas es obtener unas condiciones estándares para operar el secador con este producto, por lo cual no se tendrá en cuenta este valor para determinar estas condiciones, quedando como mejor temperatura la de 80 ºC seguida de la prueba a 70 ºC. Para la prueba de 80 ºC el comportamiento del producto fue el mismo en las dos bandejas. Si al homogeneizar vuelven a quedar partes húmedas se trabajará preferiblemente con una temperatura de secado de 70 ºC, debido a que ésta no presentó formación de costras en ningún momento. Una razón para que este valor sea tan alto a los 60 ºC de temperatura, es que la materia prima no es homogénea y podía tener mayor contenido de humedad libre que en la bandeja 1. Como se sabe en el período de velocidad constante se elimina esta humedad, y por esta razón entre mayor sea este contenido, la velocidad constante de secado aumentara.

Tabla 24. Resumen de las ecuaciones para la bandeja 2 a las diferentes temperaturas

Temperatura de secado

Ecuación para velocidad constante

Correlación r2

Ecuación para la velocidad decreciente

Correlación r2

70 ºC R=0.0042x + 0.025 0.7131 R=0.0153x - 0.0016 0.9554

50-60-70 ºC R=0.001x + 0.0216 0.5604 R=0.0107x + 0.001 0.961360 ºC R= - 0.001x + 0.0428 0.1842 R=0.015x - 0.0003 0.928580 ºC R= - 0.0009x + 0.0425 0.8999 R=0.0247x + 0.002 0.9827

De todas las ecuaciones anteriores se calculara una ecuación promedio para el período de velocidad constante y una para el período de velocidad decreciente.


107

• Para el período de velocidad constante:

033525.0000825.0 += xR • Para el período de velocidad decreciente:

0006.00165.0 += xR Estas ecuaciones darán una información general y aproximada de cómo se comporta el producto en la bandeja 2 entre 50 ºC y 80 ºC. La velocidad constante da de 0.033525 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y la ecuación para el período de velocidad decreciente tiene una pendiente de 0.0165 y un corte con el eje y de 0.0006. Estas ecuaciones generales ( promedio ) nos indican como se comporta de una manera aproximada la cáscara de papa con almidón gelatinizado, para un rango de temperaturas de 50 a 80 ºC.

4.2.1.3 Promedio general de las ecuaciones obtenidas para la dos bandejas.

Como se comentó anteriormente, de acuerdo al resultado obtenido en el análisis de ANOVA, se van a comparar a continuación las ecuaciones promedio obtenidas para las dos bandejas, con el fin de llegar a una ecuación general del comportamiento de secado por lotes para la deshidratación de la cáscara de papa. Este resultado expresa el comportamiento aproximado de secado, para un rango de temperaturas de 50 a 80 ºC. • Para el período de velocidad constante:

027225.00009275.0 += xR • Para el período de velocidad decreciente:

001813.001324.0 += xR Estas ecuaciones darán una información general de cómo se comporta el producto para las dos bandejas entre 50 ºC y 80 ºC. La velocidad constante da de 0.027225 Kg. de H2O / Kg. ss * min. y la ecuación para el período de velocidad decreciente tiene una pendiente de 0.01324 y un corte con el eje y de 0.001813.

4.2.2 Análisis del contenido de humedad crítico a diferentes temperaturas.

Para las diferentes pruebas las humedades críticas dieron diferentes. Pero a medida que el valor de esta humedad sea menor, será mayor el tiempo que se encuentre en la zona de velocidad de secado constante, por lo cual el tiempo total de secado será menor, debido a que en este período la velocidad de secado es mayor que en el período de velocidad decreciente.

4.2.2.1 Análisis de los puntos de humedad crítico para la bandeja 1.

A continuación se presentarán los diferentes puntos de humedad crítico.

108

Tabla 25. Humedades críticas para las diferentes temperaturas para la bandeja 1.

TemperaturaHumedad crítica

Kg. de H2O / Kg. ss

70 ºC 3.25750-60-70 ºC 1.70160 ºC 2.23880 ºC 1.731Promedio 2.232

Como se muestra en la tabla 25 la prueba de secado que tiene el menor valor de humedad critica es la prueba de 50-60-70 ºC seguida muy de cerca por la de 80 ºC.. Hay que tener en cuenta la aclaración de trabajar con el producto homogeneizado que se hizo en el numeral 4.2.1.1 y si en esta prueba vuelva a ocurrir lo mismo que con el producto sin homogeneizar, entonces queda como mejor temperatura 50-60-70 ºC para secar en la bandeja 1.

4.2.2.2 Análisis de los puntos de humedad crítico para la bandeja 2.

A continuación se presentarán los diferentes puntos de humedad crítico.

Tabla 26. Humedades críticas para las diferentes temperaturas para las bandeja 2.

TemperaturaHumedad crítica

Kg. de H2O / Kg. ss

70 ºC 2.42350-60-70 ºC 2.45460 ºC 2.34480 ºC 1.607Promedio 2.207

Para esta bandeja las menores humedades críticas fueron para la prueba de 80 ºC seguida de la prueba de 60 ºC ( ver tabla 26 ), pero el valor obtenido para esta temperatura no corresponde a un valor lógico, dado que resulta mayor al dato de la prueba de 70ºC por lo cual no se tendrá en cuenta para esta selección. Hay que tener en cuenta la aclaración de trabajar con el producto homogeneizado que se hizo en el numeral 4.2.1.1 y si en esta prueba vuelve a ocurrir lo mismo que con el producto sin homogeneizar, entonces queda como mejor temperatura 70 ºC para secar en la bandeja 2.



109

4.2.2.3 Análisis de los puntos de humedad crítico para las dos bandejas.

Al determinar que no hay diferencia significativa entre los ensayos para las dos bandejas ( ANOVA ). A partir de los valores promedios determinados para cada bandeja se hallará un valor para el punto crítico promediando entre estos dos valores. El punto crítico promedio general es entonces el siguiente:

355.22

362.2348.2=

+=Xc Kg. de H2O / Kg. ss

4.2.3 Análisis de los resultados obtenidos a las diferentes temperaturas.

Todas las curvas y ecuaciones obtenidas anteriormente se realizaron con el fin de poder conocer el comportamiento de la cáscara de papa con almidón gelatinizado con diferentes tratamientos térmicos de secado, para llegar a una humedad del 12%, buscando encontrar unas condiciones generales para el secado de la cáscara de papa en el secador de bandejas de la Universidad de la Sabana. A continuación se presentaran los resultados de los mejores parámetros de operación analizados desde el punto de vista del período de velocidad constante y del punto crítico de humedad. Como se presenta en la bandeja 1, los mejores resultados obtenidos para el período de velocidad constante fueron a las temperaturas de 80 ºC y 70 ºC. Para el punto crítico de humedad los mejores resultados correspondieron a las pruebas con temperaturas de 80 ºC y la 50-60-70 ºC. Para la bandeja 2 las mejores temperaturas de secado fueron las de 80 ºC y de 70 ºC en el período de velocidad constante y para el punto crítico de humedad las de 80 ºC y 70 ºC. Es decir, para las dos bandejas la temperatura óptima es 80 ºC, tanto para el período de velocidad constante como para el punto crítico de humedad, pero hay que tener en cuenta la aclaración que se mencionó en el numeral 4.2.1.1 acerca de la homogeneización de la muestra, porque, si posterior a este tratamiento, sigue quedando húmeda después del secado, la mejor temperatura para trabajar sería la de 70 ºC.

Tabla 27. Tiempo total de secado para llegar a una humedad del 12% a diferentes temperaturas.

Bandeja 1 Bandeja 2Tiempo ( h ) Tiempo ( h )

70 ºC 4.70 4.7 4.7050-60-70 ºC 6.70 5.33 6.02

60 ºC 6.00 5.33 5.6780 ºC 3.33 3.33 3.33

Prueba PROMEDIO

El parámetro más importante para escoger las condiciones de operación, es el tiempo de secado, ya que cuanto menor sea éste, menor será el consumo de vapor y por consiguiente menor el costo de operación del secador. Teniendo en cuenta lo dicho, se analizarán los tiempos con el fin de obtener las condiciones óptimas de operación para secar la cáscara de papa con almidón gelatinizado en un secador de bandejas.


110

Al no tener diferencia significativa entre los ensayos, según los resultados arrojados por la ANOVA realizada anteriormente, se pueden promediar los tiempos de secado entre si. Como se puede ver en la tabla 27 el mejor tiempo fue para la prueba de 80 ºC con un valor mucho menor que el obtenido en la prueba a 70 ºC. Pero hay que tener en cuenta lo del numeral 4.2.1.1 acerca de la homogeneización de la muestra, debido a que, si posterior a este tratamiento, sigue quedando húmeda después del secado, la mejor temperatura para trabajar sería la de 70 ºC. Al homogeneizar antes de secar, es posible que se mejore la eficiencia del secado para todos los ensayos realizados, ya que puede evitarse la formación de costra en la superficie del producto, suceso que se presentó desde el principio de el ensayo a 100 ºC y a 80 ºC, por lo cual se recomienda trabajar homogeneizado la materia prima inicial.

4.3 PRUEBAS DE SECADO EN EL SECADOR DE TAMBOR DE LA PLANTA PILOTO DEL ICTA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

En las pruebas de secado por lotes en el secador de bandejas de la Universidad de la Sabana se pudo observar que la cáscara de papa con almidón gelatinizado se adhería a la bandeja y era muy difícil de remover al terminar la prueba de secado. Adicionalmente se realizaron reuniones con constructores nacionales de secadores y todos concluyeron que en el país todavía no existe la tecnología, ni la experiencia necesarias en la construcción de un sistema de transporte para este tipo de material en un túnel de secado. Como resultado de estas reuniones se investigó el funcionamiento de otro tipo de secador que se acoplara al tipo de material que se tiene. Entre los secadores rotatorios, de aspersión, flash, lecho fluidizado y de tambor el más adecuado para realizar la operación de secado de la cáscara de papa con almidón es el secador de tambor. Las razones por las cuales éste es el más indicado se resumen en que permite manejar una alimentación pastosa, emplea cortos tiempos de secado y resulta fácil de retirar de la superficie lisa por medio de cuchillas quedando el producto final en forma de hojuelas y puede manejar grandes cantidades de materia prima siendo favorable para CONGELAGRO, pues se debe manejar un flujo de 600 Kg./h. A partir de esta primera selección presentada en el diseño experimental en la tabla 20, se realizan otras más, con el fin de obtener la mejor combinación de variables para llegar al porcentaje de humedad deseado. Cabe anotar dentro de la selección de la prueba, la importancia de utilizar la menor presión de vapor posible, porque en la medida en que sea mayor éste, mayor será el costo para generarlo. También es importante tener en cuenta la distancia entre rodillos; entre menor sea ésta, menor será el flujo de materia prima que se seca. Teniendo en cuenta estas especificaciones se llegó a la siguiente selección mostrada en la tabla 28.

111

Tabla 28 Parámetros dentro de las especificaciones de humedad y flujo másico del deshidratador de rodillos para producir hojuelas de cáscara de papa.

Espesor (mm)

Presión (psi)

Velocidad (rpm)

Humedad (%)

Flujo másico (Kg.

/ h )0.10 40 2 11.79 3.0810.10 45 2 11.23 3.1700.10 50 2 10.09 3.1930.10 55 2 10.00 3.400

Dentro de las pruebas descartadas está la que se trabajó con un espesor de 0.05 mm, debido a que el flujo másico resultó muy bajo. Por lo cual para el escalamiento a un equipo industrial que maneje el flujo que necesita CONGELAGRO necesitaría unas dimensiones muy grandes y como consecuencia no sería viable la construcción de este equipo; además la humedad resultó en exceso baja, representando un aumento en el costo de secado. El producto no necesita alcanzar este valor, pues con un 10% de humedad se comporta estable microbiológicamente. La actividad microbiológica es menor a medida que se disminuye el contenido de humedad en un producto orgánico. Al trabajar con una humedad del 12%, se está en el límite de esta actividad. Por lo cual se trabajará con humedades menores a este valor( cercanas al 10% ) para poder asegurar la calidad del producto final. Estos se presentan en la tabla 29.

Tabla 29 Parámetros finales de humedad y flujo másico del deshidratador de rodillos para producir hojuelas de cáscara de papa

Espesor (mm)

Presión (psi)

Velocidad (rpm)

Humedad (%)

Flujo másico (Kg.

/ h )0.10 50 2 10.09 3.1930.10 55 2 10.00 3.400

El valor más apropiado para el proceso es el que presentó una humedad del 10.09%. Aunque el otro parámetro permita obtener una humedad menor, tiene un gasto mayor de vapor por lo cual el costo de secado sería mayor. A raíz de las pruebas realizadas en el secador de rodillos del ICTA en la Universidad Nacional de Colombia, se pidió efectuar el análisis bromatológico de las hojuelas obtenidas bajo este tratamiento en el laboratorio de AGRIBRANDS PURINA ( ver anexo C ), arrojando los siguientes resultados.



112

Tabla 30. Bromatológico de la cáscara de papa deshidratada.

Parámetro %Humedad 9.04Proteína 17.31Grasa 1.17Fibra 11.14Ceniza 9.38Carbohidratos 51.96Aflatoxinas No detectable

ANÁLISIS BROMATOLÓGICO

Estos resultados, son muy buenos comparados con los principales insumos empleados en las industrias de alimentos balanceados para animales, ya que los carbohidratos y las proteínas representan un valor alto comparados con el resto de los componentes presentes en la muestra seca.. Este sería un producto energético en las empresas de concentrados para animales por su alto contenido de carbohidratos. Adicionalmente se realizó un análisis microbiológico en el laboratorio de CONGELAGRO ( ver anexo C ), en donde se puede observar que la carga microbiana disminuyó notablemente después de realizar la operación de secado en el secador de tambor. Los parámetros microbiológicos manejados en RALSTON PURINA para las harinas de origen vegetal que implementan en su producción son: • Aflatoxinas < 20 p.p.b • Aerobios Mesófilos < 100 • Coliformes Totales < 100 • Hongos y Levaduras < 1000

Tabla 31 Reporte de análisis microbiológico de la cáscara húmeda y deshidratada

ANÁLISIS Muestra Húmeda Muestra SecaRcto. Aerobios mesófilos (UFC/ g ó ml) 3x10

8<100

Rcto. Coliformes totales (UFC/ g ó ml) 54x102

<100Búsqueda de Rcto. E. Coli 9x102 <100Rcto. mohos (UFC/ g ó ml) 1x104

<100Rcto. De levaduras (UFC/ g ó ml) 35x10

4<100

Los resultados obtenidos para la muestra seca en el análisis microbiológico presentado en la tabla 31, cumplen con los parámetros de calidad establecidos por RALSTON PURINA, los cuales son muy parecidos a los manejados en el resto de las empresas productoras de alimentos balanceados para animales. El resultado de la determinación de Aflatoxinas se encuentra en el análisis bromatológico de la muestra inicial de cáscara de papa ( ver anexo C ).

Fuente: Laboratorio de Agribrands Purina S.A.

Fuente: Laboratorio de Microbiología de CONGELAGRO S.A.

113

CAPÍTULO 5

5. SELECCIÓN DE EQUIPO

5.1 DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA CÁSCARA DE PAPA

Como no se tenía información sobre el comportamiento de la cáscara de papa en una operación de secado, se realizaron las pruebas en el secador de bandejas de la Universidad de la Sabana para determinar las curvas de secado y de velocidad de secado, las cuales muestran de manera gráfica su comportamiento. Para determinar la sensibilidad del producto ante la temperatura del aire de secado, se realizó inicialmente una prueba con aire secante a 100 ºC. El resultado de las pruebas realizadas en el secador de bandejas indicó que el producto es sensible a las altas temperaturas de aire secante y tiende a formar costra en la superficie. Además en cualquier caso sin importar la temperatura que se maneje el producto tiende a adherirse a la superficie que lo soporta, debido al alto contenido de almidón que éste posee.

5.1.1 Selección del equipo basándose en el comportamiento de cáscara de papa.

Al observar el comportamiento de la cáscara de papa con almidón gelatinizado frente al secado con aire secante, se realizaron varias entrevistas, para estudiar la posibilidad de construir un túnel de secado para transportar el producto sin que se adhiriera a la superficie, con los siguientes fabricantes nacionales de secadores: MECEQ ( Mecanismos y equipos ), Manufacturas metálicas J&J LTDA, HRG ingeniería y TOSIN y CIA. En todas las entrevistas se llegó a la misma conclusión: • No pueden utilizarse bandas de plástico o caucho para transportar el producto, puesto que estos

materiales no resisten altas temperaturas. • Al utilizar una malla metálica, el producto tiende a fluir inicialmente por los orificios de la misma y al

secarse genera una mayor adherencia a la superficie. Aunque dicha banda soporte la temperatura, la remoción del producto al final del túnel de secado se tendría que realizar con un raspador o cuchilla, este proceso resultaría ineficiente por no poderse retirar el producto que se encuentra adherido a los orificios de la malla.

• Se pensó en emplear una banda metálica que funcionara como una oruga ( pliegues entre cada placa ) con el fin de poder raspar el producto deshidratado. El inconveniente con este sistema de transporte es la acumulación de producto dentro de las articulaciones, lo que genera suciedad que requiere un mantenimiento de limpieza constante y eleva los costos de operación.

114

• Como el producto tiene una humedad bastante alta ( mayor del 80% ) y los espesores de torta tienen que ser muy delgados ( aproximadamente de 3 mm ), las dimensiones del túnel de secado resultan demasiado grandes para poder manejar el flujo de cáscara de 600 Kg./h. Esto representa altos costos tanto en la inversión inicial como en la operación y el mantenimiento.

• Como consecuencia de los inconvenientes anteriores, los fabricantes de secadores con los que se estudió ésta posibilidad llegaron a la conclusión: no se cuenta con la tecnología suficiente y necesaria para poder desarrollar un sistema de transporte para el producto en un sistema de túnel de secado.

También se tuvo en cuenta la posibilidad de contactar empresas internacionales con la tecnología suficiente para investigar y desarrollar dicho sistema de transporte, pero esto representaría altos costos de investigación que no son viables económicamente debido a que el proyecto está enfocado a un subproducto que no puede implicar altos gastos de inversión. Por esta razón se pensó una forma de disminuir el contenido de humedad inicial para poder manejar el producto sin problemas en un túnel de secado. La primera posibilidad en la que se pensó, fue en un proceso de filtración, estas pruebas se realizaron en el laboratorio de CONGELAGRO en un proceso a vacío lo cual tuvo resultados negativos: no se pudo filtrar nada del agua presente en el producto. Buscando otra opción para poder retirar parte del agua del producto se encontró bibliografía sobre unos fabricantes de prensas hidráulicas LAROX ( ver anexo D ). Éstas tienen las siguientes características: son prensas continuas, tienen una gran capacidad de retirar altas cantidades de agua de los productos, tienen eficiencias mayores del 95 %, manejan grandes presiones para el prensado ( 250 psi ), entre otros. El inconveniente en estas prensas era su alto costo, de aproximadamente U.S.$250.000 dólares sin incluir costos de importación, montaje y calibración. Al observar el comportamiento del producto en la prueba de filtración, se investigó en la bibliografía la razón por la cual estaba reteniendo el agua libre. A partir de este resultado se encontró que al tratar térmicamente el almidón éste se gelatiniza e impide la extracción del agua por medio de métodos mecánicos. Como consecuencia se realizaron pruebas de retrogradación para comprobar que el almidón presente si se encontraba gelatinizado. Esta prueba consistió en congelar la cáscara de papa gelatinizada a una temperatura de – 20 ºC y luego descongelarla en la estufa a una temperatura de 40 ºC por una hora. Al cabo de este tiempo, al presionar la muestra con la mano se podía extraer el agua presente, haciendo que la muestra adquiriera una apariencia sólida y no pegajosa. A partir de este resultado se concluyó que la única forma de retirarle la humedad a este producto era por medio de tratamientos térmicos. Otra consecuencia de este resultado es que la operación para deshidratar el producto por medio de la prensa LAROX tampoco hubiera podido ser viable, ya que el almidón gelatinizado que está presente en la cáscara de papa no permite realizar esta operación de filtrado por presión. Adicionalmente hay que tener en cuenta el precio de este equipo ya que no está dentro del presupuesto esperado en el estudio. De lo investigado anteriormente, se decidió buscar otra opción de secado que permitiera manejar el producto adecuadamente sin presentar los problemas ya mencionados.

115

Al revisar la bibliografía se encontró que el tipo de secador más indicado para deshidratar el producto ( ver tabla 4 ) era el secador de tambor o de rodillos, cuyo funcionamiento está explicado en el numeral 2.9.5 Al realizar las pruebas en el secador de rodillos del laboratorio del ICTA los resultados obtenidos fueron satisfactorios, puesto que se alcanzó la humedad deseada (10% ). A partir de estos resultados se cotizaron los equipos a nivel nacional con los constructores de secadores antes mencionados, pero éstos no tenían experiencia en la construcción de esta clase de secadores. Como consecuencia se contactaron con constructores internacionales que tienen una trayectoria bastante amplia en la construcción estos equipos ( ver anexo E ), pues éstos necesitan tener algunas características específicas para que su funcionamiento sea óptimo, las cuales son: • Los tambores tienen que ser perfectamente rectificados ( no pueden tener ondulaciones ) para que las

cuchillas puedan retirar el producto homogéneamente y no quede producto seco en los tambores, ya que esto traería como consecuencia: ineficiencia en la transferencia de calor de los tambores al producto húmedo como también presentar problemas de adherencia del producto húmedo.

• El equipo debe poder variar la distancia entre los tambores, ya que esta es una de las variables de operación para poderlo ajustar a los requerimientos de humedad final del producto. Esta variación debe ser milimétrica y por tal razón se necesita que el equipo tenga un sistema que permita separar los tambores con la precisión deseada.

• Debe tener un sistema que regule la presión de vapor para mantenerla constante durante la operación de secado.

• Los tambores deben ser fabricados en un material que no sea poroso para que no haya incrustaciones y no se oxide, como el acero inoxidable, ya que se está manejando un producto para consumo animal. Además éste debe permitir la conducción del calor eficientemente.

Hubo comunicaciones con diferentes empresas internacionales como se pude ver en el anexo D de los cuales sólo recibimos respuesta de dos. De estos sólo uno presentaba un precio aproximado de 380.000 Euros propuesto por la empresa GmfGOUDA, precio que resulta ser muy elevado para CONGELAGRO. La empresa M-E-C también envió una cotización de un secador flash que no se tenía en cuenta en éste estudio, siendo igualmente costoso. Por esta razón CONGELAGRO sugirió la idea de realizar cotizaciones con metalmecánicos nacionales, que puedan efectuar un escalamiento del equipo empleado en el laboratorio del ICTA, aunque la tecnología no sea tan avanzada. Se recibió la cotización de la empresa nacional AUTIN Ltda. ( ver anexo F ).

5.2 BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

5.2.1 Balance de materia y energía para el secador de tambor del ICTA de la Universidad Nacional de Colombia.

Se trabajó con una muestra de cáscara de papa que tenía una humedad inicial de 87.01%. Los cálculos para obtener el consumo requerido de calor para secar la cáscara de papa con las mejores condiciones de secado, son los siguientes: • Humedad inicial de la cáscara de papa %H inicial = 87.01%

116

• Humedad final de la cáscara de papa %H final = 10.09% • Flujo másico del producto en la prueba en el secador de tambor:

hKggadodetiempo

húmedamuestragm /193.3min/22.53

)sec..min(7).(54.372

===&

hKgm /193.3=&

• Flujo de sólidos secos en Kg./ h

).1(*/.. secos. inicialHumedadhKgmSóliodos −= &

hosólidoKghKgSóliodos /sec..0.4148)8701.01(*/.193.3 secos. =−= • Agua inicial

ossólidoshKghKgminicialAgua sec.././... −= &

haguaKgosólidoKghKginicialAgua /.2.7782sec..4148.0/193.3. =−= • Agua final ( X )

)sec.(%/sec...%

.ossólidos

hossólidosKgfinalhumedadfinalagua

∗=

haguaKghssKg

finalagua /.0.04655%)91.89(

/.4148.0%09.10. =

∗=

• Agua evaporada

finalaguaKginicialaguaKgevaporadaAgua ..... −=

haguaKghaguaKghaguaKgevaporadaAgua /.2.7317./.04655.0/.7782.2. =−=

• Calor teórico: aguaKgKJV ./2277=λ (Tablas y figuras suplementarias del apéndice A-1 de termodinámica de

WARK)

VmQ λ∗= &

KW 1.7278agua Kg. / KJ 2277s 3600

h 1h / agua Kg.7317.2 =∗∗=Q

117

• El consumo de vapor requerido en el secador de tambor para deshidratar la cáscara de papa. Con el calor obtenido en el numeral anterior se calculará el flujo másico de vapor para la mejor condición de operación obtenida en el numeral 4.3.

VmQ λ∗= &

λV a una presión de 50 psi es igual a λV = 2131 KJ/Kg. (Tablas y figuras suplementarias del apéndice A-1 de termodinámica, de WARK)

svapordeKgKgKJ

sKJQm

V

/...04-8.108E/.2131

/.7278.1===

λ&

hvapordeKgh

sKgKJ

sKJm /...2.919

13600

*/.2131

/.7278.1==&

Como se puede observar el consumo de vapor de 2.919 Kg. de vapor / h para secar la cáscara de papa en un secador de tambor con las condiciones óptimas encontradas.

5.3 ESCALAMIENTO

5.3.1 Secador de rodillos de la planta piloto del ICTA.

A partir de las dimensiones del secador piloto del ICTA, se realizaron los cálculos pertinentes para analizar la cantidad de vapor requerido en el equipo para deshidratar un flujo de cáscara de papa con las condiciones de secado determinadas en el capítulo de balance. Las condiciones con las que se obtuvo el mejor rendimiento en este equipo resultaron ser las de una velocidad de 2 r.p.m., un espesor de 0.10 mm y una presión de vapor de 50 psi. Las dimensiones del equipo del ICTA son las siguientes: • Diámetro del tambor: 12.70 cm • Espesor del tambor: 1.68 cm • Radio externo del tambor: 6.35 cm • Radio interno del tambor: 4.67 cm • Longitud del tambor: 23.50 cm • Área total de secado: 1875 cm2 • Coeficiente de conductividad del acero: 16 W/(m ºK) A una presión de vapor de 50 psi la temperatura es de 144 °C determinado a partir de las Tablas y figuras suplementarias del apéndice A-1 de termodinámica, de WARK, que es transmitida por la pared del rodillo a la parte externa del mismo. En estas condiciones puede considerarse que la temperatura de la pared interna del rodillo es equivalente a la temperatura del vapor.

118

Por otra parte la temperatura a la cual se evapora el agua del producto expuesto en la superficie del rodillo es de 92 °C, que es la temperatura de evaporación del agua a una presión de 560 mm Hg. A partir de estas temperaturas y con las dimensiones del secador anteriormente nombradas, es posible determinar el calor teórico transmitido por conducción desde la parte interna del rodillo hasta el producto, siendo este calor el siguiente:

K))º W/(m.()/(

))((*)(2

KrrLn

KTTmLQ

ie

eic

°−=

π

W

KmWcmcmLn

KmQc 4020

)/(16)67.4/35.6(

))(365417(*)(235.0*2=

°

°−=

π

El flujo másico de vapor requerido para deshidratar a partir del calor por conducción:

)/()(

50 KgKJKWQ

mpsi

v λ=&

)/(79.61

3600*

)/(2131)(020.4

hKgh

sKgKJ

KWmv ==&

La cantidad de vapor que se requiere (6.79 Kg/h) es mayor a la que se había determinado anteriormente de 2.92 Kg./h para deshidratar el producto. Los dos calores teóricos hallados anteriormente difieren entre si, ya que el primero de 1.7278 KW es el calor requerido sólo para evaporar el agua del producto, mientras que el segundo de 4.020 KW el consumo de calor por conducción necesario para transmitir el calor del vapor a las paredes del rodillo y de este al producto. Este último tiene que ser mayor debido a que se trata de un sistema no adiabático en el que se presentan pérdidas en la transmisión de calor.

5.3.2 Escalamiento del secador de tambor.

Con los cálculos realizados anteriormente es posible hacer un escalamiento básico que permita hacerse una idea de las dimensiones del secador que va a ser utilizado en producción. Con el fin de conocer las dimensiones, se van a manejar las mismas condiciones del secador piloto con la diferencia de la variación en el flujo de materia prima a ser secada y el área de secado, quienes representan dos factores primordiales en el cambio de las dimensiones del equipo. Los cálculos para este dimensionamiento se efectuarán de la misma manera que los realizados en el numeral anterior, y los resultados se presentan en la siguiente tabla (Tabla 30). A partir de lo mencionado anteriormente los resultados cambian puesto que las cantidades de materia prima son mayores. Por lo tanto la determinación del área necesaria para secar 600 Kg./h de cáscara de papa es la siguiente.

119

)/.(...)(.sec.*)/.(.. 2

hKgpruebademásicoFlujompilotoadorAreahKgindustrialmásicoFlujo

A =

22

35)/(19.3

)(1875.0*)/(600m

hKgmhKg

A ==

Con esta área, es posible determinar la longitud y el diámetro del secador de la siguiente manera:

))(*)(*(*)(2 mLmDtamboresA π=

Con esta disposición es posible variar las dimensiones del diámetro y la longitud de manera que resulte el área determinada. Lo más indicado es tratar de tener una longitud de tambor relativamente pequeña, para no correr el riesgo de que se flecte.

Tabla 32. Valores calculados en el escalamiento del secador.

Datos Unidades SI Valores Datos Unidades SI Valores

Radio interior del tambor cm 78,24 humedad inicial % 87,01Espesor del tambor cm 1,87 humedad final % 10,09Radio exterior del tambor cm 80,11 Flujo producto Kg/h 600Espesor del producto mm 0,01 Sólidos secos Kg/h 78Díametro del tambor m 1,6 Agua inicial Kg/h 522Longitud del tambor m 3,5 Agua final Kg/h 9Area total de secado m2 35 Agua evaporada Kg/h 513K acero inoxidable W/(m ºK) 21 Entalpia vapor. KJ/Kg. 2277Temperatura interna de la pared del tambor ºC 144 Calor W 324671

Temperatura de la superficie del tambor ºC 92 Calor KW 325

Temperatura del producto ºC 80 Presion vapor psi 50Flujo másico de producto Kg/h 600 Presión kPa 425Calor específico del producto KJ/(Kg ºK) 3,7 Entalpia vapor. KJ/Kg. 2131Densidad del producto Kg/m3 1020 Flujo de vapor Kg./h 548Velocidad del tambor rpm 2Flujo de vapor Kg./h 563

Calor por conducción W 1022416Calor por conducción KW 1022

CONDICIONES DEL PRODUCTOESCALAMIENTO

En éste caso el calor necesario para evaporar el agua del producto resultó ser de 325 KW y el calor determinado por los cálculos de conducción resultó ser de 1022 KW,. Es necesario entonces tener muy en cuenta las pérdidas de calor que se pueden llegar a generar en la transmisión de calor, ya que en realidad no se va a tener un sistema adiabático y por ello se requiriere escalar a partir del consumo de vapor empleado en la transferencia de calor por conducción y no la del calor necesario para evaporar el agua del producto.

Fuente los autores

120

A partir de las dimensiones obtenidas de los tambores para el secador en la tabla 30, se realizaron varias reuniones con los proveedores metalmecánicos ( AUTIN LTDA Y METALICOS RAE), para cotizar éste equipo. Las dimensiones propuestas resultaron ser demasiado grandes para la elaboración de los tambores, debido a la falta de tecnología y además su construcción sería muy costosa. Como consecuencia AUTIN realizó el diseño del equipo, teniendo en cuenta la mayor área posible de ser construida para cada tambor. ( ver anexo F ) Luego fue entregada la cotización por AUTIN LTDA en la cual las dimensiones ( ver tabla 31 ) daban un área para manejar la mitad del flujo con las condiciones de operación obtenidas en el ICTA. Por otra, la comunicación enviado por GOUDISCHE MACHINEFABRIEK BV (GMF GOUDA) presenta las dimensiones del secador de un tambor con rodillos aplicadores ( ver anexo D ), que son de 1.5 m de diámetro y 3.5 m de longitud y corresponden a un área de 16.5 m2 , muy similar a la del secador calculado por AUTIN LTDA. Este valor del área de secado que es aproximadamente la mitad de la calculada en el escalamiento, indica que es posible manejar el mismo flujo de 600 Kg./h variando las condiciones de operación del tambor. Con el fin de mantener el mismo flujo de 600 Kg./h en un área menor de secado, es posible dejar la separación entre tambores constante aumentando la temperatura de secado y la velocidad de giro de los tambores para alcanzar la misma humedad deseada. De igual forma se puede realizar una variación en la separación de los tambores que permita aumentar el espesor de producto sobre la superficie y aumentando la temperatura manteniendo la velocidad de giro constante. Otra posible variación es la de modificar las tres condiciones de operación del equipo para llegar al contenido de humedad deseado. Las condiciones óptimas de operación obtenidas en la planta piloto, son la base para determinar las especificaciones de operación que debe tener el equipo escalado, ya que al instalarlo hay que ponerlo a punto con las aclaraciones anteriormente nombradas. Con estas aclaraciones las dimensiones aproximadas del secador serían las siguientes:

121

Tabla 33 Escalamiento teniendo en cuenta las especificaciones del secador de GMF GOUDA

DatosUnidades

SIValores Datos

Unidades SI

Valores

Radio interior del tambor cm 58.76 humedad inicial % 87.01Espesor del tambor cm 1.87 humedad final % 10.09Radio exterior del tambor cm 60.63 Flujo producto Kg/h 600

Espesor del producto mmRango

(0,05 a 0,20)Sólidos secos Kg/h 78

Díametro del tambor m 1.2 Agua inicial Kg/h 522Longitud del tambor m 2.1 Agua final Kg/h 9Area total de secado m2 16 Agua evaporada Kg/h 513K acero inoxidable W/(m ºK) 21 Entalpia vapor. KJ/Kg. 2277Temperatura interna de la pared del tambor

ºC 144 Calor W 324671

Temperatura de la superficie del tambor

ºC 92 Calor KW 325

Temperatura del producto ºC 80 Presion vapor psi 50Flujo másico de producto Kg/h 600 Presión kPa 425Calor específico del producto KJ/(Kg ºK) 3.7 Entalpia vapor. KJ/Kg. 2131Densidad del producto Kg/m3 1020 Flujo de vapor Kg./h 548

Velocidad del tambor rpmRango

(0.5 a 4)Calor por conducción W 462493Calor por conducción KW 462

ESCALAMIENTO DEL SECADOR Condiciones de producto

En éste caso el calor necesario para evaporar el agua del producto resultó ser 325 KW y el calor determinado por los cálculos de conducción resultó ser 462 KW. Teniendo en cuenta las pérdidas de calor que se pueden llegar a generar en la transmisión, ya que en realidad no se va a tener un sistema adiabático.

5.4 DISEÑO BÁSICO DEL PROCESO.

El proceso fue diseñando a partir de las necesidades encontradas, después de haber seleccionado el equipo final, que deshidratara la cáscara de papa. En este caso se trata del secador de doble tambor. Este proceso consta de lo siguiente (ver anexo G): • Un tanque existente, que se utilizará para el almacenamiento de la materia prima. Este tanque tiene

aproximadamente una capacidad de 14 toneladas, por lo cual no habrá problema de espacio para almacenar la cáscara de papa húmeda si se presenta un inconveniente que detenga en el proceso de producción. Este tanque llevará un sistema de agitación, que en el momento no se tiene adaptado,

Fuente los autores

122

para mantener la cáscara de papa en movimiento y se evite la fermentación o daño por acción microbiana. También es posible añadirle algún aditivo como el “bisulfito de sodio al 1.6% adicionando 25 ml por cada Kg. de sólido ( se usa para prevenir el oscurecimiento de las hojuelas provocado por reacciones de pardeamiento no enzimático y además sirve como preservativo )”19, retrasando el deterioro de la cáscara de papa si se interrumpe la producción por un tiempo prolongado. Las dimensiones son las siguientes:

• Diámetro 2.16 metros • Longitud de la parte recta 5.06 metros • Longitud de la parte cónica 1.26 metros • Las aspas serán de acero inoxidable de ¼ 2” x 0.5 metros.

• Un tanque con un sistema homogeneizador. Este tanque tiene un sistema de cuchillas para disminuir el tamaño de partícula, debido a que la materia prima es muy heterogénea al tener pedazos pequeños y grandes de cáscara de papa. Los pedazos grandes de cáscara no permanecen completamente adheridos a la superficie del tambor sostieníendose sólo de uno de sus extremos impidiendo la deshidratación homogénea, dando como resultado un producto de mala calidad. El tanque tendrá un sistema de dosificación en su parte inferior, el cual consta de una válvula que controla el tiempo de residencia del producto. Esta operación se va a manejar por baches teniendo un flujo aproximado de 100 Kg. cada 10 minutos, para que pueda homogeneizarse hasta obtener el tamaño de partícula deseado y dejarlo pasar después al secador.

El tanque será en acero inoxidable 304 y tendrá las siguientes dimensiones:

• Diámetro 1.0 metros • Longitud de la parte recta 1.6 metros • Longitud de la parte cónica 0.4 metros • Las cuchillas serán platinas de ¼ x 2 ½ . •

• El secador de doble tambor, se explicó anteriormente y por esto no se entrará en detalles. • Tornillo inclinado. Este sistema tendrá como función llevar el producto hasta el tanque de

almacenamiento. Las dimensiones de este tornillo son:

• Longitud 4.8 metros • Inclinación 50º

• Tanque de almacenamiento. Este servirá para almacenar el producto seco, sus dimensiones fueron

calculadas para poder almacenar producto seco durante 2 horas, esto tiene como fin poder darle al operario un tiempo en el cual no se empaque, para que pueda ir por el empaque, ayudar al operario que está cerrando los bultos, entre otros.

El tanque será en acero inoxidable 304 y tendrá las siguientes dimensiones:

19 VELÁZQUEZ C. Miguel. Estudio preliminar para la obtención de harina de papa criolla mediante la deshidratación por rodillos. p 74

123

• Diámetro 1.2 metros • Longitud de la parte recta 1.3 metros • Longitud de la parte cónica 0.4 metros

• Empacadora. Esta empacadora consta de una tolva dentro de la cual se encuentra un sistema de aspas cuyo mecanismo consiste en dar un determinado numero de vueltas que descargan el producto seco en el empaque. El empaque se sostendrá a esta tolva con unos brazos neumáticos accionados por el operario con un pedal que se encuentra en el piso.

• Cosedora. El empaque consiste en bultos de polipropileno que son cerrados con una cosedora

industrial. Esta cosedora es portátil debido a que la cantidad de bultos que se manejará diariamente es baja ( 343 bultos al día ) y no amerita una inversión de una cosedora con pedestal cuyo costo es mucho más alto. Esta cosedora tiene un sistema opcional que consiste en un aparato de suspensión con muelle tensor; esto no está incluido en el análisis económico.

• La instalación. De acuerdo a la distribución del proceso es necesario levantar una construcción de 50

metros cuadrados. La estructura debe contemplar luces de 5 metros para que pueda adaptarse la maquinaria del proceso a este espacio sin que se presente incomodidad para el óptimo desempeño.

Para mostrar la distribución en planta y solicitar la cotización de los equipos, se realizó un esquema inicial en Autocad donde se especifica el flujo del producto para su transformación ( ver anexo G ). El esquema varió después de haber realizado las cotizaciones de los equipos para lograr reducir costos y hacer más viable el proyecto.

124

CAPÍTULO 6

6. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA

6.1 DETERMINACIÓN DE LA INVERSION INICIAL

6.1.1 Edificios.

De acuerdo a la distribución del proceso es necesario levantar una construcción de 10X 5 metros en una sola planta dejando un solo espacio libre central. La estructura debe contemplar luces de 5 metros para que pueda adaptarse la maquinaria del proceso a este espacio sin que se presente incomodidad para el óptimo desempeño. El costo del metro cuadrado para esta clase de instalaciones es de $ 300.000.oo pesos, incluyendo materiales y mano de obra.

22

m cuadrado metro del precio

men ón construcci la de Area ón construcci la de Costo ∗=

pesos.000.000.15m

pesos. 300.000 $ m 50 ón construcci la de Costo

22 oo=∗=

Tabla 34. Costo de las instalaciones necesarias para el proceso.

INFRAESTRUCTURAPrecio del metro

cuadrado de construcción

Metros cuadrados necesarios

Costo de la construcción

( pesos )EDIFICACION 300.000 50 15.000.000 TOTAL 50 15.000.000

6.1.2 Terreno.

No se va a tener en cuenta este costo ya que esta instalación se construirá dentro del terreno de la planta de CONGELAGRO S. A.

Fuente: los autores

125

6.1.3 Equipos.

Son todos los costos de los equipos que se necesitan para poder realizar el proceso de la deshidratación de la cáscara de papa con almidón gelatinizado. Estos se presentan en la tabla 35:

Tabla 35. Costos de los equipos necesarios para el proceso de secado de la cáscara de papa.

EQUIPOCOSTO DE

ADQUSICIÓNINSTALACION Y ACCESORIOS

Agitador para el tanque existente 4,180,000 836,000Tanque para la homogeneización y para la dosificación ( incluye los homogenizadores ) 8,450,000 1,690,000Secador de tambor (incluye los tornillos sin fin para transportar el producto hasta la tolva) 315,000,000 63,000,000Tolva para almacenar el producto deshidratado 3,000,000 600,000Tolva pesadora con brazos neumáticos ( empacadora ) 5,000,000 1,000,000Cosedora para el empaque 1,500,000 300,000SUBTOTAL 337,130,000 67,426,000TOTAL 404,556,000

El costo de instalación y accesorios se tendrá en cuenta como un 20 % del costo total de los equipos.

6.2 CÁLCULOS DE DEPRECIACIÓN

El tiempo para los cálculos de depreciación será de 10 años para equipos y 20 años para edificios. Este tiempo es el que se tiene establecido por el departamento de costos de CONGELAGRO S.A. para la depreciación. El método de depreciación utilizado es lineal.

Tabla 36 Datos para realizar la depreciación de la maquinaria de producción.

VALOR DE ADQUISICION 337.130.000VALOR DE SALVAMENTO 0%VIDA UTIL 10 AÑOS

MAQUINARIA DE PRODUCCION

Fuente: los autores a partir de la cotización de AUTIN

Fuente: los autores

126

Tabla 37. Depreciación de la maquinaria de producción

GASTO DEPRECIACION VALOR EN

DEPRECIACION ACUMULADA LIBROSAÑO 2001 33.713.000 33.713.000 303.417.000AÑO 2002 33.713.000 67.426.000 269.704.000AÑO 2003 33.713.000 101.139.000 235.991.000AÑO 2004 33.713.000 134.852.000 202.278.000AÑO 2005 33.713.000 168.565.000 168.565.000DEPRECIACION MENSUAL 2.809.417

Tabla 38. Datos para realizar la depreciación de la infraestructura.

VALOR DE ADQUISICION 15.000.000VALOR DE SALVAMENTO 0%VIDA UTIL 20 AÑOS

INFRAESTRUCTURA

Tabla 39. Depreciación de la infraestructura.

GASTO DEPRECIACION VALOR ENDEPRECIACION ACUMULADA LIBROS

AÑO 2001 750.000 750.000 14.250.000AÑO 2002 750.000 1.500.000 13.500.000AÑO 2003 750.000 2.250.000 12.750.000AÑO 2004 750.000 3.000.000 12.000.000AÑO 2005 750.000 3.750.000 11.250.000DEPRECIACION MENSUAL 62.500

6.3 COSTOS DE PRODUCCIÓN

Los costos de producción se han asumido en su totalidad como costos fijos, ya que el supuesto trabajado en esta tesis es el de una producción constante para todos los años. Para facilitar los cálculos de los costos en general se han establecido unos parámetros básicos financieros proyectados a cinco años, que incluyen los macroeconómicos como inflación, el incremento en el salario mínimo, los impuestos, los porcentajes del DTF para el préstamo inicial, entre otros.

Fuente: los autores

Fuente: los autores

Fuente: los autores

127

Tabla 40. Parámetros para realizar los incrementos y la tasa para el préstamo.

MACROECONOMICOS 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005

INFLACION 10% 10% 10% 9% 9%SALARIO MINIMO 286.116.60 314.728.26 346.201.09 377.359.18 411.321.51DTF EA 13.50% 14.00% 15.00% 16.00% 17.00%DTF+6 TV 18.21% 18.65% 19.52% 20.39% 21.25%IMPUESTOS 35% 35% 35% 35% 35%IVA 15% 15% 15% 15% 15%

6.3.1 Materia prima.

La línea de papa a la francesa, de la cual se produce la cáscara de papa como subproducto, ya absorbe estos costos iniciales de materia prima. Por esta razón la cáscara de papa que se va a procesar en CONGELAGRO no tiene costo de adquisición.

6.3.2 Energía.

La empresa se encuentra ubicada en la ciudad de Santafé de Bogotá, entre la avenida Boyacá y la autopista sur. Ésta zona para la industria tiene actualmente un costo de energía de $ 94 pesos por cada KW - hora.

Tabla 41. Kilovatios requeridos para el proceso.

KW POR HORA CONSUMIDOS

COSTO DEL KW-HORA

KW TOTALES POR HORA

CONSUMIDOSAgitador 1.4914 94.52 56,386.85Homogenizadores 1.19312 94.52 45,109.48Motor del secador de tambor 5.2199 94.52 197,353.98Motor de la banda inclinada 1.78968 94.52 67,664.22Empacadora 0.7457 94.52 28,193.43Alumbrado 38.0307 94.52 1,437,864.71TOTAL 46.9791 1,776,185.81

6.3.3 Agua.

El costo del m3 actual en CONGELAGRO es de $ 2,394.54 pesos. El consumo de agua para este proceso es muy reducido, ya que sólo se necesita cada ocho días para la limpieza de los equipos, consumiendo las siguientes cantidades:

Fuente: los autores

Fuente: los autores

128

Tabla 42. Consumo de agua requerido en el proceso.

EQUIPOVOLUMEN CONSUMIDO

POR SEMANA ( m3 )Tanque de almacenamiento de materia prima 14Tanque para la homogeneización y para la dosificación 2Secador de tambor 6TOTAL 22

El consumo total mensual será de 88 m3 para obtener un costo mensual de agua de:

mesual totalconsumo * agua de cúbico metro del Costo agua de totalCosto =

pesos52.210719$m 88 *m

pesos 54.3942$ agua de totalCosto 3

3 ==

6.3.4 Gas.

Este es el combustible empleado por las calderas para producir vapor, que será el medio calefactor en el interior del secador de tambor. El gas tiene un costo de $ 337.18 pesos por m3. En CONGELAGRO no se tiene el dato del costo para producir cada Kg./h de vapor y por esta razón se realizara un relación directa de la producción promedio de la planta y consumo promedio de gas en CONGELAGRO con la producción mensual de cáscara de papa , para obtener un costo aproximado del consumo de gas para de la producción de la cáscara de papa deshidratada.

Tabla 43. Costo de gas para la producción de cáscara de papa.

COSTO DEL CONSUMO DE GAS Produción promedio ( Kg. )mensual en CONGELAGRO 1.067.809.50Consumo de gas promedio mensual ( m^3 ) en CONGELAGRO 154.030.00Produción promedio ( Kg. )mensual de cáscara de papa 48.020.00Consumo de gas promedio mensual ( m^3 ) en de cáscara de papa 6.926.82Costo del metro cúbico de gas en pesos. 337.18Costo del consumo mensual de gas para la proudcción de cáscara de papa 2.335.584.03

6.3.5 Costo total anual de los servicios.

En este numeral se muestran en resumen los costos de los servicios.

Fuente: los autores

Fuente: los autores

129

Tabla 44. Costo total anual de servicios para el proceso.

SERVICIOS ADMINISTRATIVOS 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005LUZ/MES $1.776.185 $1.953.804 $2.149.184 $2.342.610 $2.553.445AGUA/MES $210.720 $231.791 $254.971 $277.918 $302.931GAS/MES $2.335.584 $2.569.142 $2.826.057 $3.108.662 $3.419.529TOTAL $4.322.489 $4.754.737 $5.230.211 $5.729.191 $6.275.905TOTAL SERVICIOS POR BULTO $630 $693 $762 $835 $915

6.4 COSTOS DE INSUMOS

Dentro de estos se tendrán en cuenta el hilo utilizado por la cosedora para cerrar las lonas o bultos y el empaque conformado por lonas de polipropileno con capacidad de 7 Kg. para la cáscara seca con una densidad de 120 kg./ m3.

Tabla 45. Costos del empaque.

COSTO EMPAQUE POR BULTO 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005

BULTO FIBRA POLIPROPILENO 200.00 220.000 242.000 263.780 287.520CONO DE HILO PARA LA SELLADORA 3.000.00 3.300.00 3.630.00 3.956.70 4.312.80TOTAL 3200.00 3520.00 3872.00 4220.48 4600.32

6.5 COSTOS DE MANO DE OBRA

Esta planta estará a cargo de los jefes de alguna línea de producción. Por esta razón se acordó en CONGELAGRO tener en cuenta un 15% del salario actual, para incluirlo dentro de la nómina. En la tabla 46. se muestran todos los porcentajes de los aportes que realiza la empresa. Los sueldos anuales incluyen las prestaciones o la carga prestacional y todas las personas que hay por cargo (Ver tabla 47).

Fuente: los autores

Fuente: los autores

130

Tabla 46. Costos de mano de obra para un oficio vario.

FACTOR PRESTACIONAL % 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005SALARIO MINIMO 286.117 314.728 346.201 377.359 411.322APORTE CAJA COMPENSACION 4.000% 11.445 12.589 13.848 15.094 16.453APORTE ICBF 3.000% 8.583 9.442 10.386 11.321 12.340APORTE SENA 2.000% 5.722 6.295 6.924 7.547 8.226PRIMA LEGAL 100.000% 286.117 314.728 346.201 377.359 411.322CESANTIAS 100.000% 286.117 314.728 346.201 377.359 411.322INTERESES CESANTIAS 12.000% 34.334 37.767 41.544 45.283 49.359PENSIONES 13.500% 38.626 42.488 46.737 50.943 55.528EPS 12.000% 34.334 37.767 41.544 45.283 49.359ARP 0.522% 1.494 1.643 1.807 1.970 2.147

Tabla 47. Costos totales anuales de mano de obra para la producción.

# SALARIO AÑO AÑO AÑO AÑO AÑO PROMEDIO PROMEDIO EMPLEADOS MENSUAL 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005 SALARIAL ANUAL MENSUAL

Oficios Varios 6 286.117 33.720.512 35.204.194 40.801.820 44.473.984 48.476.642 40.535.430 562.992.088Operarios 3 385.000 24.954.865 26.052.864 30.195.387 32.912.972 35.875.139 29.998.245 833.284.589Jefe de Planta 3 172.500 11.181.722 11.673.711 13.529.883 14.747.573 16.074.855 13.441.549 373.376.353TOTAL NOMINA OPERARIOS 12 843.617 69.857.099 72.930.768 84.527.090 92.134.528 100.426.636 83.975.224 1.769.653

Fuente: los autores

Fuente: los autores

131

6.6 DETERMINACION DE LOS COSTOS DE ADMINISTRACIÓN Y VENTAS.

6.6.1 Costos de administración.

Todos los costos de administración ya están cubiertos por CONGELAGRO, por esta razón no se tendrán en cuenta.

6.6.2 Costos de ventas.

Casi todos se encuentran cubiertos por CONGELAGRO, con excepción de los costos de mantenimiento del camión, la gasolina promedio que consume el camión mensualmente, los peajes y el salario del conductor del camión.

Tabla 48. Costos de ventas para el proceso.

COSTO VENTAS 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005

GASOLINA $2.100.000 $2.310.000 $2.541.000 $2.769.690 $3.018.962PEAJES $624.000 $686.400 $755.040 $822.994 $897.063MANTENIMIENTO $2.400.000 $2.640.000 $2.904.000 $3.165.360 $3.450.242NOMINA DEL CONDUCTOR $7.392.318 $8.131.549 $8.944.704 $9.749.728 $10.627.203TOTAL $12.516.318 $13.767.949 $15.144.744 $16.507.771 $17.993.471

6.7 COSTOS DE MANTENIMIENTO

Mediante el uso de la experiencia industrial y tratándose de un equipo nuevo, se asignará un costo del 1% anual del costo del equipo instalado. • Costo total de los equipos $ 404.556.000.oo pesos • Costo de mantenimiento anual $ 4.045.560.oo pesos

6.8 FINANCIAMIENTO DEL PROYECTO

Para la inversión inicial CONGELAGRO, invertirá como capital inicial la tercera parte de la inversión inicial ( $140´000.000.oo de pesos ) y para la inversión restante tomará un préstamo a 36 meses, con amortizaciones a capital e intereses trimestre vencido, la tasa es DTF + 6. Ver anexo H.

Fuente: los autores

132

6.9 PARÁMETROS DEL PRODUCTO.

En este numeral se mostrará la producción aproximada que se manejará en el proceso de deshidratación de cáscara de papa. En el proceso de papa frita a la francesa se obtienen 600 Kg. de cáscara de papa por hora. Esta cáscara de papa se deshidratará hasta llegar a un porcentaje del 10%, quedando un flujo de 100 Kg. por hora de producto seco, lo que equivale a una producción de 2400 kg. diarios. Las lonas de polipropileno tienen una capacidad de 7 Kg. para el producto deshidratado que tiene una densidad de120 kg./ m3, produciendo al día una cantidad aproximada de 343 bultos. El precio sugerido de venta de cada kilo es de $ 350 pesos, por lo cual el precio será de $ 2450 pesos por cada bulto.

Tabla 49. Parámetros del producto para el análisis.

PROYECTO 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005

PRECIO POR BULTO 2.450.00 2.695.00 2.964.50 3.231.31 3.522.12VOLUMEN VENTAS POR BULTO ANUAL 82.320.00 82.320.00 82.320.00 82.320.00 82.320.00DIAS DE ROTACION PROVEEDORES 30 30 30 30 30DIAS DE ROTACION CARTERA 30 30 30 30 30DIAS DE ROTACION INVENTARIOS 0 0 0 0 0

Los días de rotación de proveedores son los días en los cuales se pagarán las cuentas pendientes. Los días de rotación de cartera son los días en los cuales los clientes pagarán las cuentas pendientes con la empresa.

6.10 COSTO DEL PRODUCTO.

Se calculará el valor del producto, teniendo en cuenta todos los costos directos que intervienen en este proceso. Los costos directos de materiales incluyendo el IVA son: la materia prima, el empaque ( bultos de polipropileno ) y el hilo para cerrarlo. Además se incluye la mano de obra directa y los costos directos ( servicios ). Todos los costos que se tienen en cuenta para producir un bulto de producto y el costo unitario del producto sirve para calcular el costo de venta.

Fuente: los autores

133

Tabla 50. Costo del producto por bulto.

DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD $COSTO $VALOR %

POR BULTO TOTAL$ PARTICIP.MATERIALES DIRECTOSCáscara de papa Bulto 0 $0.00 $0 0.00%Bulto fibra polipropileno Bulto 1.0 $200.00 $230.00 16.63%Hilo selladora Bulto 0.002 $3.000.00 $6.90 0.50%Subtotal $236.90 17.13%

MANO DE OBRA DIRECTACosto promedio empleado Bulto 0.070 $7.373.55 $515.93 37.31%Subtotal $515.93 37.31%

COSTOS FIJOSServicios Bulto 1 $630 $630 45.56%

Subtotal $630 45.56%

COSTOS POR BULTO EN PESOS $1.383 100.00%

La cantidad de hilo de la cosedora que se necesita por bulto es la siguiente: si cada cono alcanza para 500 bultos, entonces cada bulto utilizará (1/ 500 ) 0.002 de hilo. Para saber cuanto es el costo de los empleados por bulto, primero se realiza una relación para saber cuantas horas se toma procesar un bulto; la relación es la siguiente: Si para procesar 6860 bultos se gastan 480 horas al mes, para procesar un sólo bulto se gastaran 0.07 horas. Este factor se multiplicará por el costo promedio de una hora de trabajo, para obtener el costo promedio de empleado por bulto.

Fuente: los autores

134

Tabla 51. Costo del producto por bulto proyectado a 5 años.

DESCRIPCION AÑO 2001 AÑO 2002 AÑO 2003 AÑO 2004 AÑO 2005

MATERIALES DIRECTOSCáscara de papa $0 $0 $0 $0 $0Bulto fibra polipropileno $230 $253 $278 $306 $334Hilo selladora $6.90 $7.5900 $8.3490 $9.1839 $10.0105Subtotal $237 $261 $287 $315 $344

MANO DE OBRA DIRECTACosto promedio empleado $516 $568 $624 $687 $749Subtotal $516 $568 $624 $687 $749

COSTOS FIJOSServicios $630.10 $693.11 $762.42 $838.66 $914.14

Subtotal $630 $693 $762 $839 $914

COSTOS POR BULTO EN PESOS 1383 1521 1673 1841 2006

6.11 EGRESOS

Los egresos relacionados directamente con la operación que requiere este proyecto son: las compras de empaque de lonas de polipropileno y el hilo que utiliza la cosedora para cerrar el bulto. También incluye la adecuación inicial que consiste en la compra de maquinaria necesaria para el proceso Tabla 52.

Tabla 52. Egresos del proceso.

AÑO AÑO AÑO AÑO AÑO AÑO

EGRESOS 0 1 2 3 4 5MATERIAL DE EMPAQUE 19.537.350 21.491.085 23.640.194 25.767.811 28.086.914MAQUINARIA 404.556.000 0 0 0 0 0INFRAESTRUCTURA 15.000.000TOTAL EGRESOS 419.556.000 19.537.350 21.491.085 23.640.194 25.767.811 28.086.914

Fuente: los autores

Fuente: los autores

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6.12 IMPUESTOS

Se tendrá en cuenta el IVA para todas las compras que se efectúen durante este análisis económico. Como se puede ver en la tabla 53. (Los porcentajes se pueden ver en la tabla 40)

Tabla 53. Impuestos para el proceso.

AÑO AÑO AÑO AÑO AÑOAÑO 2000 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005Compras 19.537.350 21.491.085 23.640.194 25.767.811 28.086.914Pago I.V.A. 2.930.603 3.223.663 3.546.029 3.865.172 4.213.037Pago impuestos renta 0 0 6.085.479 15.139.731 20.844.762

TOTAL PAGOS 2.930.603 3.223.663 9.631.508 19.004.902 25.057.799

6.13 ANÁLISIS DE PÉRDIDAS Y GANANCIAS.

A continuación se realizará el estado de pérdidas y ganancias a 5 años para el proceso de deshidratación de cáscara de papa con almidón gelatinizado, tomando como primer año de producción y ventas el año 2001. Las ventas se obtienen de multiplicar el precio de venta por la cantidad que se producirá en el año. ( ver tabla 49 ). Como se mencionó, el volumen de producción se ha proyectado constante para los cinco años, y el precio de venta se esta incrementando con respecto a la inflación. El precio inicial de venta se obtuvo a partir de los precios actuales del maíz, sorgo y yuca que se utilizan como insumo energético para la formulación en la industria de concentrados de animales. El costo de ventas se obtiene de multiplicar el precio unitario obtenido en la tabla 50. por el número de unidades totales a vender por año y proyectado respectivamente para los siguientes años. A este costo se le suman las depreciaciones tanto de los equipos como de las instalaciones y el mantenimiento de la maquinaria.

Fuente: los autores

136

Tabla 54. Estado de pérdidas y ganancias

ESTADO DE PERDIDAS Y GANANCIAS AÑO AÑO AÑO AÑO AÑO2001 2002 2003 2004 2005

Ventas 201.684.000 221.852.400 244.037.640 266.001.028 289.941.120Costo de Ventas 159.094.303 170.478.618 183.001.363 196.776.384 210.413.654UTILIDAD BRUTA 42.589.697 51.373.782 61.036.277 69.224.644 79.527.466

Gasto de Ventas 13.891.895 15.281.085 16.809.193 18.322.021 19.971.002UTILIDAD OPERACIONAL 28.697.802 36.092.698 44.227.083 50.902.623 59.556.464

Gastos Financieros 61.458.750 44.293.750 26.840.000 7.646.250UTILIDAD ANTES DE IMPUESTOS -32.760.948 -8.201.052 17.387.083 43.256.373 59.556.464

Impuestos 0 0 6.085.479 15.139.731 20.844.762

UTILIDAD DESPUES DE IMPUESTOS -32.760.948 -8.201.052 11.301.604 28.116.643 38.711.701

La utilidad bruta se obtiene de la resta de las ventas y de los costos de ventas. El margen bruto es del 26,77% para el primer año, bastante aceptable para la industria. Los gastos de ventas son los que se detallan en la tabla 48. La utilidad bruta se obtiene de restar los gastos de ventas de la utilidad bruta. La operación muestra un margen operacional del 20.16%. Los gastos financieros son los intereses que se pagan al año por el préstamo contraído como parte de la inversión inicial. Al restar la utilidad operacional con los gastos financieros se obtiene la utilidad antes de impuestos. Los impuestos están calculados sobre una base del 35%. La utilidad neta es la utilidad final que le queda a la empresa después de pagar todas las obligaciones. Vemos que el primer año, la carga financiera es bastante alta lo que ocasiona una pérdida. Sin embargo, la operación para los siguientes años garantiza una ganancia continua y creciente, haciendo el proyecto interesante para la empresa.

Fuente: los autores

137

6.14 FLUJO DE CAJA

6.14.1 Capital de trabajo.

El análisis de los cambios en el capital de trabajo es útil en la medida que revela las posibles necesidades de financiamiento de la empresa. Además es necesario incluirlo para el cálculo del flujo de caja pues provee una visión interna de las operaciones financieras de la empresa y su repercusión sobre la liquidez.

Tabla 55. Capital del trabajo

AÑO AÑO AÑO AÑO AÑO2001 2002 2003 2004 2005

Ventas 201.684.000 221.852.400 244.037.640 266.001.028 289.941.120Cuentas por Cobrar Período 201.684.000 221.852.400 244.037.640 266.001.028 289.941.120Recaudo C x C 184.877.000 220.171.700 242.188.870 264.170.745 287.946.112SALDO C x C Acumulado 16.807.000 18.487.700 20.336.470 22.166.752 24.161.760Cambios en Cuentas por Cobrar 1.680.700 1.848.770 1.830.282 1.995.008

Compras material empaque 19.537.350 21.491.085 23.640.194 25.767.811 28.086.914C x P Proveedores 19.537.350 21.491.085 23.640.194 25.767.811 28.086.914Pago Proveedores 17.908.145 21.328.165 23.459.779 25.589.069 27.892.085SALDO C x P 1.629.205 1.790.924 1.970.016 2.147.318 2.340.576Cambios en Cuentas por Cobrar 161.719 179.092 177.301 193.259

CAPITAL DE TRABAJO 15.016.076 16.517.684 18.189.152 19.826.176 24.161.760CAMBIO CAPITAL DE TRABAJO 1.501.608 1.671.469 1.637.024 4.335.584TOTAL PAGOS 17.908.145 21.328.165 23.459.779 25.589.069 27.892.085

6.14.2 Flujo de caja.

Para determinar la viabilidad del proyecto se calculó el valor presente neto, tomando una TIO del 15% que corresponde al mejor rendimiento alternativo disponible al inversionista con igual riesgo. El cálculo del valor presente neto para este proyecto se muestra a continuación:

VPN (15%): 5.692.351Con una TIO=15%

En el método de valor presente todos los flujos de caja se descuentan del valor presente utilizando la tasa de rendimiento requerida, que en este caso es una TIO = 15%. Este resultado hace referencia a la cantidad de valor adicional que el proyecto esta creando para los inversionistas. Por lo tanto se puede concluir que el resultado anterior del Valor Presente Neto asegura la viabilidad y atractivo del mismo para CONGELAGRO.

Fuente: los autores

138

Tabla 56. Flujo de caja, primer escenario.

FLUJO DE CAJA AÑO AÑO AÑO AÑO AÑO

AÑO 2000 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005

Recaudo de Cartera 184.877.000 220.171.700 242.188.870 264.170.745 287.946.112

TOTAL INGRESOS OPERACIONALES 184.877.000 220.171.700 242.188.870 264.170.745 287.946.112

Compras 0 19.537.350 21.491.085 23.640.194 25.767.811 28.086.914Nómina Operarios 69.857.099 72.930.768 84.527.090 92.134.528 100.426.636Gasto de Ventas 13.891.895 15.281.085 16.809.193 18.322.021 19.971.002Impuestos 2.930.603 3.223.663 9.631.508 19.004.902 25.057.799

TOTAL EGRESOS OPERACIONALES 0 100.355.742 106.479.275 115.344.968 117.219.457 123.426.753

FLUJO OPERATIVO 0 84.521.258 113.692.425 126.843.902 146.951.288 164.519.360Inversión en Capital Fijo 419.556.000 0 0 0 0 0Venta de Activos Fijos 0 0 0 0 0 0

FLUJO DE INVERSION 419.556.000 0 0 0 0 0Desembolso de Crédito 300.000.000Amortización Crédito 0 75.000.000 75.000.000 75.000.000 75.000.000 0Gastos Financieros 0 61.458.750 44.293.750 26.840.000 7.646.250 0Aporte de Capital 119.556.000FLUJO FINANCIERO 419.556.000 136.458.750 119.293.750 101.840.000 82.646.250 0

FLUJO DE CAJA DEL PERIODO 0 51.937.492 5.601.325 25.003.902 64.305.038 164.519.360

SALDO INICIAL 0 51.937.492 57.538.817 32.534.916 31.770.122

SALDO FINAL 0 51.937.492 57.538.817 32.534.916 31.770.122 196.289.482

Fuente: los autores

139

Sin embargo, el flujo de caja muestra una iliquidez para los dos primeros años por valor aproximado de $ 57.600.000.pesos (Cincuenta millones seiscientos mil pesos). Proponemos que la empresa realice un desembolso el primer año por $ 52.000.000.pesos (Cincuenta y dos millones de pesos), y el para el segundo año por $ 5.600.000.pesos (cinco millones seiscientos mil pesos) valores necesarios para cubrir el déficit y generar la liquidez necesaria. Como se muestra a continuación, con este aporte el Valor Presente Neto se incrementa aun más, siendo ventajoso para los inversionistas esta inversión adicional. No se recomienda una financiación con entidades externas, debido a que la carga financiera crecería demasiado y se vería afectada la utilidad no solo del primer año sino de los siguientes, además del impacto en el flujo de caja. Este flujo se puede ver a continuación

VPN (15%): 193.906.919Con una TIO=15%

140

Tabla 57. Flujo de caja, segundo escenario.

FLUJO DE CAJA AÑO AÑO AÑO AÑO AÑO

AÑO 2000 2.001 2.002 2.003 2.004 2.005Recaudo de Cartera 184.877.000 220.171.700 242.188.870 264.170.745 287.946.112TOTAL INGRESOS OPERACIONALES 184.877.000 220.171.700 242.188.870 264.170.745 287.946.112Compras 0 19.537.350 21.491.085 23.640.194 25.767.811 28.086.914Nómina Operarios 69.857.099 72.930.768 84.527.090 92.134.528 100.426.636Gasto de Ventas 13.891.895 15.281.085 16.809.193 18.322.021 19.971.002Impuestos 2.930.603 3.223.663 9.631.508 19.004.902 25.057.799TOTAL EGRESOS OPERACIONALES 0 100.355.742 106.479.275 115.344.968 117.219.457 123.426.753FLUJO OPERATIVO 0 84.521.258 113.692.425 126.843.902 146.951.288 164.519.360Inversión en Capital Fijo 419.556.000 0 0 0 0 0Venta de Activos Fijos 0 0 0 0 0 0FLUJO DE INVERSION 419.556.000 0 0 0 0 0Desembolso de Crédito 300.000.000Amortización Crédito 0 75.000.000 75.000.000 75.000.000 75.000.000 0Gastos Financieros 0 61.458.750 44.293.750 26.840.000 7.646.250 0Aporte de Capital 119.556.000 52.000.000 5.600.000FLUJO FINANCIERO 419.556.000 84.458.750 113.693.750 101.840.000 82.646.250 0FLUJO DE CAJA DEL PERIODO 0 62.508 1.325 25.003.902 64.305.038 164.519.360

SALDO INICIAL 0 62.508 61.183 25.065.084 89.370.122SALDO FINAL 0 62.508 61.183 25.065.084 89.370.122 253.889.482

Fuente: los autores

141

7. CONCLUSIONES

7.1 LIMITACIONES DEL ESTUDIO

La aplicabilidad del estudio debe ser evaluada de acuerdo con las características específicas del mismo, como son la utilización de cáscara de la papa R12 mediante el proceso de pelado por presión de vapor y secado el mismo día de su producción. Esta cáscara no puede ser congelada para ser secada posteriormente.

7.2 INVESTIGACIÓN DEL MERCADO

De la investigación de mercado se concluyó que existe una buena acogida de la cáscara de papa deshidratada por parte de las principales empresas productoras de alimentos balanceados para animales, como son: AGRIBRANS PURINA, RALSTON PURINA, SOLLA , y FINCA S.A., lo que en un futuro podría garantizar la demanda de este producto. Para que la cáscara de papa sea incluida dentro de la formulación de alimentos balanceados para animales debe tener un nivel de humedad del 10% al 12%. Este rango se determinó porque humedades menores a 12% permiten inactivar microbiológicamente el producto. Sin embargo, este es el valor límite para el control microbiano, por lo cual es más seguro incluir una tolerancia del 2% que conceda un margen de seguridad pero que no aumente los costos de secado.

7.3 DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA CÁSCARA DE PAPA EN EL SECADO POR CONVECCIÓN

A partir de las pruebas realizadas en el secador de la Universidad de la Sabana se encontró que la cáscara es sensible a choques térmicos formando una costra en la superficie de secado. Cuando ocurre este fenómeno se dificulta el proceso de secado, ya que la costra forma una capa impermeable que retarda la difusión del agua, por ello se debe secar con temperaturas menores a 80 ºC. También se observó que el almidón gelatinizado presente en el producto hace que se adhiera a las bandejas de secado, complicando su remoción. Por lo tanto hasta que no se identifique una tecnología

142

que permita retirar el producto de las bandas transportadoras, la deshidratación de la cáscara de papa en un túnel de secado no es factible. De las gráficas de curva de secado y curva de velocidad de secado obtenidas de las pruebas realizadas en la Universidad de la Sabana se concluyó que la temperatura óptima de secado en el secador de bandejas es de 70 ºC, teniendo un tiempo promedio de 4 horas y 56 minutos, para alcanzar una humedad del 12 %. También se encontró que la humedad crítica entre las temperaturas de 50 y 80 ºC es de Xc = 2.355 Kg. de H2O / Kg. de sólido seco, y el comportamiento aproximado dentro de la curva de secado es el siguiente: El período de velocidad constante:

027225.00009275.0 += xR Para el período de velocidad decreciente:

001813.001324.0 += xR

7.4 RETROGRADACIÓN

Se encontró que es posible emplear medios mecánicos después de realizar la retrogradación del almidón gelatinizado para retirar gran parte de la humedad presente en la cáscara. Por ejemplo, por medio de la utilización de la prensa hidráulica propuesta por LAROX. ( ver anexo D ) Las limitaciones para efectuar este proceso se encuentran en el costo de los procesos térmicos, como son la congelación a –22 ºC, la descongelación y el secado.

7.5 SECADOR DE TAMBOR

A raíz de las pruebas realizadas en el secador de rodillos del ICTA en la Universidad Nacional de Colombia. El secador de rodillos debe operar con una velocidad de 2 rpm, una presión de vapor de 50 psi y una separación entre rodillos de 0.10 mm, para obtener una humedad final en el producto del 10.09%. Las hojuelas obtenidas bajo este tratamiento arrojaron en el análisis bromatológico un contenido de carbohidratos del 51.96%, el cual representa la mitad de la composición y se refleja como un producto energético para las empresas productoras de alimentos balanceados para animales. Adicionalmente el contenido de Proteína de 17.31% y de Fibra con 11.14%, proporcionan un valor adicional al producto. Según el análisis microbiológico realizado en el laboratorio de CONGELAGRO ( ver tabla 32 ), permite concluir que el proceso en mención es efectivo para el aprovechamiento de la cáscara de papa como insumo en la producción de alimentos balanceados para animales, desde el punto de vista de los requerimientos microbiológicos, puesto que la disminución de la carga por efectos del secado es significativa y resulta confiable en el uso deseado.

143

7.6 SELECCIÓN DE EQUIPO.

El equipo más apropiado para deshidratar la cáscara de papa con almidón gelatinizado es el secador de tambor, y las condiciones óptimas de operación son: la velocidad de giro de 2 rpm, la separación entre rodillos de 0.10 mm y una presión de vapor de 50 psi.

7.6.1 Escalamiento.

A partir de los resultados obtenidos con el secador de rodillos del ICTA se realizó un escalamiento básico para obtener un estimativo del tamaño del secador industrial, al cual le correspondieron las siguientes dimensiones: • Diámetro del tambor 1.2 m • Longitud del tambor 2.1 m • Espesor del tambor 1.87 cm • Area total de secado 16 m2 Estas dimensiones corresponden al área necesaria para secar un flujo de cáscara de papa de 600 Kg. / h aproximadamente. El calor transferido por el vapor para secar el producto resultó ser de 462 KW.

7.7 FACTIBILIDAD ECONÓMICA

El resultado del valor presente neto hace referencia a la cantidad de valor adicional que el proyecto esta creando para los inversionistas. Por lo tanto se puede concluir que este resultado para los dos escenarios asegura la viabilidad y atractivo del mismo para CONGELAGRO. También se pude observar en el balance de pérdidas y ganancias ( P y G ) que para el segundo año se empiezan a percibir ganancias, lo cual es importante y atractivo para CONGELAGRO S.A.

144

8. RECOMENDACIONES Los fabricantes internacionales ofrecen secadores de tambor extremadamente costosos debido a su experiencia y tecnología empleada en su elaboración. Por otro lado los fabricantes nacionales contactados no han fabricado un equipo de similares proporciones. Por ello se recomienda tener un cuidado especial al escoger el equipo, para no extenderse en un presupuesto o por el contrario adquirir un equipo que no cumpla con los requerimientos del proceso. El producto terminado representa una alternativa importante en la industria alimenticia para animales, debido a su composición y contenido microbiológico, generando una alternativa de consumo que podría expandirse hacía la fabricación de alimentos para el consumo humano. Por ello sugerimos conducir un estudio al respecto que permita realizar la viabilidad de esta opción. Para incrementar la viabilidad financiera del proyecto, se podría implementar la utilización del secador en otro proceso como: el puré de papa deshidratado o la deshidratación de los recortes de papa para molerlos y utilizarlos como espesantes para otras industrias alimenticias. Se recomienda homogeneizar la cáscara de papa, disminuyendo el tamaño de partícula para obtener un secado con mayor eficiencia.

145

9. BIBLIOGRAFIA DEKKER, M. Handbook of industrial drying. Canadá: Mujumdar, 1993. 249-263 p. Mc. CABE, Warren. Operaciones unitarias en ingeniería química. España: Editorial Mc Graw Hill, 1998 PERRY, Robert H. Biblioteca del ingeniero químico. México: Editorial Mc Graw Hill: sección 20, 1986. 17-28 p. GEANKOPLIS, Christie J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. México: Compañía Editorial Continental, 1995 TREYBAL, Robert. Operaciones de transferencia de masa. México: Editorial Mc Graw Hill, 1997 CAMARGO, Julio E. Manual de prácticas de laboratorio de operaciones unitarias . Santafé de Bogotá: Agora Editores Ltda, 1998. 91-106 p. BADUI, Salvador. Química de los alimentos. México: Alhambra Mexicana, 1995. CHARLEY, Helen. Tecnología de alimentos. México: Limusa Noriega Editores, 1995 BREMAN, J. G. Las operaciones de la ingeniería en los alimentos. España: Editorial Acribia, 1989. 348-351 p. WARK, Kenneth Jr. Termodinámica. México: Editorial Mc Graw Hill, 1995. 822-824 p. BACA, Gabriela U. Evaluación de Proyectos. México: Editorial Mc Graw Hill, 1995. VAN HORNE, James C. Administración Financiera. México: Prentice Hall Hispanoamericana S.A., 1993 FEDEPAPA. Revista papa, informativo de la federación Colombiana de productores de papa FEDEPAPA. Santafé de Bogotá: FEDEPAPA: Revista Nº 19, 1999. 8 y 14 p. ARANA C, Helda. Variación del contenido de proteínas y aminoácidos libres en los tubérculos de papa durante el almacenamiento a diferentes temperaturas. Santafé de Bogotá: Tesis Universidad Nacional de Colombia, Departamento de Química, 1976

146

MORENO B, Nancy. Determinación de los paramentos experimentales para la obtención de hojuelas de papa deshidratada. Santafé de Bogotá: Tesis Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias, Departamento de Química, 1986 SANCHEZ P, María del Pilar. Montaje de una deshidratadora de papa en lámina. Santafé de Bogotá: Tesis Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería industrial, 1991 VELASQUEZ, M. A. Estudio preliminar para la obtención de harina de papa criolla mediante la deshidratación por rodillos. Tesis Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería, Departamento de Química, 1995 WWW. GMFGOUDA.COM WWW. M-E-C.COM WWW.FEECO.COM WWW.DESPAIN.COM WWW.LAROX.COM WWW.NATIONALDRYING.COM

147

ANEXOS

148

Anexo A. fotos de la cáscara de papa húmeda

Figura 47. Cáscara de papa, obtenida de la operación de pelado con vapor en el procesos de papa a la francesa de CONGELAGRO S.A.

149

Figura 48. Cáscara de papa, producto bastante heterogéneo.

150

Figura 49. Cáscara de papa, producto demasiado pegajoso por lo cual tiene bastante resistencia a fluir.

151

Anexo B. fotos del secador de tambor de la planta piloto del ICTA.

Figura 50. Vista frontal del secador de rodillos de la planta piloto del ICTA.

152

Figura 51. Vista superior del secador de rodillos de la planta piloto del ICTA.

153

Figura 52. Cáscara de papa sin homogeneizar.

154

Figura 53. Cutter de la planta piloto del ICTA utilizado para homogeneizar la cáscara de papa.

155

Figura 54. Cáscara de papa homogeneizada.

156

Figura 55. Obtención del producto seco en lamina en el secador de rodillos de la planta piloto del ICTA

157

Anexo C. Análisis bromatológico y microbiológico.

( PARA VER ESTE ANEXO REMÍTASE AL DOCUMENTO ESCRITO EN LA BIBLIOTECA DE LA FACULTAD DE INGENIERIA DE LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA )

158

Anexo D. Catálogos recibidos y Cotizaciones efectuadas con empresas internacionales.

(PARA VER ESTE ANEXO REMÍTASE AL DOCUMENTO ESCRITO EN LA BIBLIOTECA DE LA FACULTAD DE INGENIERIA DE LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA )

159

Anexo E. E-mails y Fax enviados a las diferentes empresas internacionales

Como se puede ver a continuación se enviaron varios fax a distintas empresas internacionales constructoras de secadores, sólo se pondrá una sola copia de cada fax ya que el cuerpo del mismo era igual para el resto de las empresas. Las empresas a la cuales se les envío fax para pedirles cotización del secador de tambor fueron: BUFFALO TECHNOLOGIES CORPORATION INTERNATIONAL TECHNICAL SALES INTERNATIONAL HEINEN AG ANLAGENBAU SWISS COMBI, W KUNZ DRY TEC AG MITCHEL DRYERS LTD DESPAIN M-E-C FEECO NATIONAL DRYING MACHINERY CO. GMF GOUDA A BUFFALO y GMF GOUDA, se les mando otro fax pidiendo información adicional, ya que estos dos fueron de los pocos que contestaron nuestros fax


160

Anexo F: Cotizaciones a nivel nacional


162

Anexo G. Distribución en planta.

165

Anexo H. Préstamo financiero.

Tabla 58. Valor requerido para el préstamo y parámetros utilizados para el mismo.

VALOR 279.556.000PLAZO EN AÑOS 4.0TASA NOMINAL DTF +6ANTICIPADO 1 Y VENCIDO 0 0

166

Tabla 59. Forma de pago del préstamo con intereses, abono a capital y saldo del préstamo.

PERIODO PAGO INTERES ABONO CAPITAL SALDO

0 0 0 0 279.556.0001 0 0 0 279.556.0002 0 0 0 279.556.0003 33.380.734 15.908.484 17.472.250 262.083.7504 0 0 0 262.083.7505 0 0 0 262.083.7506 32.320.168 14.847.918 17.472.250 244.611.5007 0 0 0 244.611.5008 0 0 0 244.611.5009 31.259.602 13.787.352 17.472.250 227.139.250

10 0 0 0 227.139.25011 0 0 0 227.139.25012 30.199.037 12.726.787 17.472.250 209.667.00013 0 0 0 209.667.00014 0 0 0 209.667.00015 29.420.357 11.948.107 17.472.250 192.194.75016 0 0 0 192.194.75017 0 0 0 192.194.75018 28.334.165 10.861.915 17.472.250 174.722.50019 0 0 0 174.722.50020 0 0 0 174.722.50021 27.247.974 9.775.724 17.472.250 157.250.25022 0 0 0 157.250.25023 0 0 0 157.250.25024 26.161.782 8.689.532 17.472.250 139.778.00025 0 0 0 139.778.00026 0 0 0 139.778.00027 25.430.277 7.958.027 17.472.250 122.305.75028 0 0 0 122.305.75029 0 0 0 122.305.75030 24.293.416 6.821.166 17.472.250 104.833.50031 0 0 0 104.833.50032 0 0 0 104.833.50033 23.156.555 5.684.305 17.472.250 87.361.25034 0 0 0 87.361.25035 0 0 0 87.361.25036 22.019.694 4.547.444 17.472.250 69.889.00037 0 0 0 69.889.00038 0 0 0 69.889.00039 21.034.842 3.562.592 17.472.250 52.416.75040 0 0 0 52.416.75041 0 0 0 52.416.75042 19.847.311 2.375.061 17.472.250 34.944.50043 0 0 0 34.944.50044 0 0 0 34.944.50045 18.659.781 1.187.531 17.472.250 17.472.25046 0 0 0 17.472.25047 0 0 0 17.472.25048 17.472.250 0 17.472.250 0

Copia de DOCUMENTO FINAL DE LA TESIS 2 … · EL SECADOR DE BANDEJAS DE LA PLANTA PILOTO DE LA...

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