UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
Sede Santo DomingoFACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
Tesis de grado previo a la obtención del título de INGENIERA AGROINDUSTRIAL
HARINA DE CÁSCARA DE NARANJA (Citrus sp) Y BAGAZO DE PIÑA (Ananas sp) PARA LA ELABORACIÓN DE GALLETAS INTEGRALES
Estudiante: DENISE SOFÍA MORETA PIEDRA
Director de Tesis: ING. KARINA CUENCA
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HARINA DE CÁSCARA DE NARANJA (Citrus sp) Y BAGAZO DE PIÑA (Ananas sp) PARA LA ELABORACIÓN DE GALLETAS INTEGRALES
Ing. Karina Cuenca DIRECTOR DE TESIS
APROBADO
Ing. Daniel Anzules
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
Ing. Juan Crespín
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
Ing. Wiston Morales
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
Santo Domingo…..de……….2015.
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El contenido del presente trabajo, está bajo la responsabilidad del autor/a.
Moreta Piedra Denise Sofía C.I. 0930751672
Autor: MORETA PIEDRA DENISE SOFÍA
Institución: UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
Título de Tesis: HARINA DE CÁSCARA DE NARANJA (Citrus sp) Y BAGAZO DE PIÑA (Ananas sp) PARA LA ELABORACIÓN DE GALLETAS INTEGRALES
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Sede Santo Domingo
INFORME DEL DIRECTOR DE TESIS
Santo Domingo…....de………del 2015
Ing. Daniel Anzúles
COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
Estimado Ingeniero.-
Mediante la presente tengo a bien informar que el trabajo investigativo realizado por la señorita: MORETA PIEDRA DENISE SOFIA cuyo tema es: HARINA DE CÁSCARA DE NARANJA (Citrus Sp) Y BAGAZO DE PIÑA (Ananas Sp) PARA LA ELABORACIÓN DE GALLETAS INTEGRALES ; ha sido elaborado bajo mi supervisión y revisado en todas sus partes, por lo cual autorizo su respectiva presentación.
Particular que informo para fines pertinentes.
Atentamente.
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DEDICATORIA
Esta investigación va dedicada a mis dos ángeles guardianes Mariana Anunciación Cabrera y José Ignacio Moreta; donde quiera que esten, esto va por ustedes porque se que se sentirían muy orgullosos de este logro, no hay día que no deje de pensar en ustedes. Los Amo.
A mi hermano Jorge Moreta. Eres el mejor detalle que pudieron haberme dado mis padres, recuerda somos tú y yo contra el mundo. Con todo mi cariño para ti.
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AGRADECIMIENTOS
Doy gracias a Dios por haberme dado el don de vida, darme las fuerzas y energías necesarias para avanzar, y de esta manera poder cumplir uno a uno mis objetivos.
Agradezco a mis mayores bendiciones: Jorge Moreta y Gladys Piedra. Gracias por su amor y apoyo, son lo mejor en mi vida. No hay palabras que describan el amor que siento por ustedes.
A mis abuelitos : Luis Piedra y Sofía Philco, a mis tíos, primos y familiares. Gracias por sus sonrisas , sus palabras , preocupación e incentivo constante.
Karlita ,Valeria, Melanie, Katty, Evelin, Marco , Ricardo, Israel, Guillermo y Wellinton gracias por sus palabras de aliento. Contar con ustedes fue un verdadero regalo. A mis compañeros de clases que compartieron conmigo en esta etapa de mi vida . Mis mayores éxitos y bendiciones.
De igual forma millón gracias a todas las personas y amigos que he conocido en el transcurso de este camino . Se llevan un pedacito de mi corazón
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INDICE DE CONTENIDO
TEMA PAG.
Portada ... i
Sustentación y Aprobación de los integrantes del Tribunal ... ii
Responsabilidad del Autor... iii
Aprobación del Director de Tesis ... iv
Dedicatoria ... v
Agradecimiento ... vi
Índice ... vii
Resumen Ejecutivo ... xvi
Abstract ... xviii
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1 Planteamiento del problema ... 1
1.2 Justificación. ... 2
1.3 Alcance ... 3
1.4 Objetivos ... 3
1.4.1 Objetivo General ... 3
1.4.2 Objetivo Específicos ... 3
1.5 Hipótesis ... 3
1.5.1 Hipótesis Nula ... 3
viii CAPÍTULO II
REVISIÓN DE LITERATURA
2.1 Antecedentes ... 5
2.1.1 Cáscara de naranja ... 5
2.1.2 Bagazo de piña ... 7
2.2 Fundamentos teóricos ... 8
2.2.1 Cáscara de Naranja ... 8
2.2.2 Bagazo de piña ... 9
2.2.3 Humedad ... 9
2.2.4 Harina ... 10
2.2.5 Galletas ... 10
2.2.6 Fibra Alimentaria ... 10
2.2.7 Secado ... 11
2.2.8 Transferencia de calor en el secado ... 11
2.2.9 Factores que afectan al proceso de secado ... 11
2.2.10 Velocidad de secado ... 12
2.2.11 Calor por conducción ... 13
2.2.12 Calor por convección ... 14
2.2.12.1 Números adimensionales usados en los cálculos de convección ... 14
2.2.13 Balance de Materia ... 16
2.2.13.1 Ecuación general de balance de materia ... 16
2.2.14 Balance de Energía ... 17
2.2.15 Coeficiente de transferencia de calor global ... 17
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CAPÍTULO III
MATERIALES Y METODOS
3.1. Sitio del estudio ... 19
3.1.1 Localización geográfica ... 19
3.1.2 Ubicación en el tiempo ... 19
3.2. Diseño experimental ... 19
3.2.1 Unidad experimental... 19
3.2.2 Variables de la investigación ... 20
3.2.2.1 Variables independientes ... 20
3.2.2.2 Variables dependientes (Respuesta) ... 20
3.2.2.2.1 Tratamientos ... 20
3.2.2.2.2 Programa y modelo estadístico ... 21
3.3. Manejo del experimento ... 22
3.3.1 Elaboración del producto ... 22
3.3.2 Materiales, equipos y reactivos ... 22
3.3.3 Obtención de harinas ... 24
3.3.3.1 Diagrama de flujo cuantitativo para la obtención de harina de cáscara de naranja a nivel de laboratorio ... 24
3.3.3.2. Diagrama de flujo cuantitativo para la obtención de harina de bagazo de piña a nivel de laboratorio ... 27
3.3.3.3 Balance de energía de la mejor harina (Harina de bagazo de piña) a nivel de laboratorio ... 31
3.3.3.4 Obtención de datos de secado de bagazo de piña ... 45
3.3.3.5 Diagrama de flujo cuantitativo para la elaboración de galletas integrales a nivel de laboratorio ... 50
3.3.4 Medición de variables ... 55
3.3.4.1 Rendimiento ... 55
3.3.4.2 Humedad ... 55
3.3.4.3 Fibra ... 55
x
CAPÍTULO IV
RESULTADOS Y DISCUSIONES
4.1 Harina de cáscara de naranja ... 57
4.1.1 Humedad ... 57
4.1.2 Fibra ... 58
4.1.3 Ceniza ... 60
4.1.4 Rendimiento ... 61
4.2 Harina de bagazo de piña ... 62
4.2.1 Humedad ... 62
4.2.2 Fibra ... 63
4.2.3 Ceniza ... 64
4.2.4 Rendimiento ... 66
4.3 Galletas Integrales ... 67
4.3.1 Resultado de la evaluación sensorial de galletas elaboradas con harina de cáscara de naranja y harina de bagazo ... 67
4.3.1.1 Interpretación de resultados de análisis sensorial ... 68
4.3.1.1.1 Aroma ... 68
4.3.1.2 Textura – Quebradizo ... 69
4.3.1.3 Textura – Suavidad ... 70
4.3.1.4 Sabor ... 71
4.3.1.5 Color ... 71
4.3.1.6 Apariencia ... 72
4.3.1.7 Selección de la mejor mezcla ... 73
4.3.2 Caracterización de la galleta integral ... 73
4.3.2.1 Análisis Bromatológico ... 73
4.3.2.2 Análisis Microbiológico ... 74
4.4 Diseño de secador de bandeja ... 74
4.4.1 Balance de materia para la obtención de la mejor harina ... 74
4.4.1.1 Harina de bagazo de piña ... 74
xi
4.4.2.1 Harina de bagazo de piña... 75
4.4.3 Dimensiones del secador de bandejas ... 76
CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones ... 77
5.2 Recomendaciones ... 78
BIBLIOGRAFÍA ... 79
xii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Factores y niveles de estudio en cáscara de naranja ... 20
Tabla 2 Factores y niveles de estudio en bagazo de piña ... 20
Tabla 3 Tratamientos aleatorizados para la elaboración de harina de cáscara de naranja 21 Tabla 4 Tratamientos aleatorizados para la elaboración de harina de bagazo de piña ... 21
Tabla 5 Calificación en base a los atributos de las galletas ... 56
Tabla 6 Características de la harina de cáscara de naranja ... 57
Tabla 7 Características de la harina de bagazo de piña ... 62
Tabla 8 Resultado de evaluación sensorial ... 68
Tabla 9 Composición bromatológica de las galletas de cáscara de naranja y bagazo de piña ... 73
Tabla 10 Composición microbiológica de las galletas de cáscara de naranja y bagazo de piña ... 74
Tabla 11 Datos obtenidos en el balance de masa a nivel de laboratorio ... 75
Tabla 12 Datos obtenidos en el balance de energía ... 75
xiii
ÍNDICE DE FIGURAS
xiv
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Diagrama de flujo cuantitativo para la obtención de harina de cáscara de
naranja a nivel de laboratorio ... 25
Gráfico 2 Diagrama de flujo cuantitativo para la obtención de harina de cáscara de naranja a nivel de laboratorio ... 29
Gráfico 3 Balance de energía del secador ... 31
Gráfico 4 Area de las paredes verticales del secador ... 36
Gráfico 5 Área de las paredes frontal y posterior del secador ... 39
Gráfico 6 Área de las paredes horizontales superior e inferior ... 42
Gráfico 7 Área de la superficie de la bandeja utilizada para secar ... 44
Gráfico 8 Diagrama de flujo cuantitativo para la elaboración de galletas integrales con harina de cáscara de naranja y bagazo a nivel de laboratorio ... 52
Gráfico 9 Humedad harina de cáscara de naranja ... 58
Gráfico 10 Fibra harina de cáscara de naranja ... 59
Gráfico 11 Ceniza harina de cáscara de naranja ... 60
Gráfico 12 Rendimiento harina de cáscara de naranja ... 61
Gráfico 13 Humedad harina de bagazo de piña ... 63
Gráfico 14 Fibra harina de bagazo de piña ... 64
Gráfico 15 Ceniza harina de bagazo de piña ... 65
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INDICE DE ANEXOS
Anexo 1 Análisis de la varianza para los datos experimentales de porcentaje de humedad en harina de cáscara de naranja ... 85 Anexo 2 Análisis de la varianza para los datos experimentales de porcentaje de fibra en harina de cáscara de naranja ... 86 Anexo 3 Análisis de la varianza para los datos experimentales de porcentaje de ceniza en harina de cáscara de naranja ... 87 Anexo 4 Análisis de la varianza para los datos experimentales de porcentaje de
rendimiento en harina de cáscara de naranja ... 88 Anexo 5 Análisis de la varianza para los datos experimentales de porcentaje de humedad en harina de bagazo de piña ... 89 Anexo 6 Análisis de la varianza para los datos experimentales de porcentaje de fibra en harina de bagazo de piña ... 90 Anexo 7 Análisis de la varianza para los datos experimentales de porcentaje de ceniza en harina de bagazo de piña ... 91 Anexo 8 Análisis de la varianza para los datos experimentales de porcentaje de
xvi
RESUMEN EJECUTIVO
La presente investigación tiene como objetivo brindar alternativas en cuanto a la utilización de desechos agroindustriales como la cáscara de naranja y bagazo de piña, darle un valor agregado para asi contribuir a la disminución de la contaminación ambiental, además de insertar este producto en la industria alimentaria.
En la obtención de harinas se aplicó un arreglo factorial AxB (2 x 2), utilizando el diseño central compuesto D-óptimo; según el programa Design-Expert Versión 6.0.1 (Stat-Ease, 2000), siendo las variables A (temperaturas de secado), B (número de escaldados) en cáscara de naranja, sometiendola a temperaturas de secado de 50°C, 55°C , 60°C y 70°C pasando por 5 y 6 escaldados previamente, obteniendo como mejor tratamiento a 70°C en 5 escaldados. Mientras que en bagazo de piña las variables fueron A (temperaturas de secado), B (variedades de piña), sometiendo a temperaturas de 50°C, 55°C, 60°C y 70°C a las variedades nacional y MD2 obteniendo como mejor tratamiento la variedad nacional a 70°C.
A la harina de cáscara de naranja se le realizó análisis bromatológicos como humedad (10.9%), fibra (25.8%) y ceniza(4%), de igual forma a la harina de bagazo de piña: humedad (5.2%), fibra (28%) y ceniza (3%) . Con la humedad de 10.9% y de 5.2% se garantiza el tiempo de vida útil de 6 meses.
Para la elaboración de galletas se realizaron diferentes formulaciones, seleccionando la mezcla de 12.5 % de harina de bagazo de piña y 17.5% de harina de cáscara de naranja en la sustitución del 30% total en harina. Mediante las cataciones esta formulación fue considerada por sus características textura-suave , textura- quebradizo y aroma a frutas aceptadas para los catadores.
xvii
xviii ABSTRACT
The present investigation aims to provide alternatives regarding to the use of agro-industrial waste as the orange peel and pineapple bagasse, to give them an added value so as to contribute to the decrease of envarinmental pollution, in addition to insert this product into the food industry.
In the obtaining of flour, it was applied an AxB factorial arrangement (2x2), using the central composite design D-optimal; according to the program Design-Expert Version 6.0.1 (Stat-Ease, 2000), being the variables A (drying temperatures), B (number of scalded) in orange peel, subjecting it to drying temperatures of 50ºC, 55ºC, 60ºC and 70ºC passing for 5 and 6 scalded ones previously, obtaining as better treatment at 70ºC in 5 scalded. While in pineapple bagasse, the variables were A (drying temperatures), B (pineaple varieties), by subjecting them to drying temperatures of 50ºC, 55ºC, 60ºC and 70ºC to the national and MD2 varieties, getting as better treatment the national variety to 70ºC.
To the flour of orange peel, it was made bromatological analysis as moisture (10.9%), fiber (25.8%) and ash (4%), in the same way to the pinapple bagasse flour, moisture (5.2%), fiber (28%) and ash (3%). With the moisture of 10.9% and of 5.2% is guaranteed the time of useful life of 6 months.
For the elaboration of cookies different formulations were made, selecting the mixture of 12.5% of flour of pineapple bagasse and 17.5% of flour from orange peel in the entire replacement of 30% in flour. Through the cupping, this formulation was considered for its texture-soft, texture-crisp, and fruit aroma features, accepted for the tasters.
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1.1. Planteamiento del problema
Los residuos industriales siguen convirtiéndose en un gran problema no sólo ambiental sino económico, ya que las mismas empresas tienen que asumir altos costos de disposición de éstos. Tal es el caso de la gran cantidad de residuos de frutas, generados por empresas del sector agroindustrial. (Yepes, Montoya, & Orozco, 2008)
En la actualidad el alto desarrollo de la industria conlleva a la generación de residuos, de igual forma que al perfeccionamiento e implementación de nuevas técnicas o métodos para el aprovechamiento de éstos. En el proceso productivo de los alimentos, además del producto deseado, se generan subproductos, residuos y productos fuera de norma (Méndez, 1995), cada uno de los cuales pueden servir para consumo humano o animal y aplicación industrial, lo que traería beneficios económicos.
Sin embargo, la mayoría de este tipo de industrias no tiene algún plan para estos residuos, debido al alto costo de su reutilización y por el contrario, los ubican junto con la basura en los vertederos o rellenos sanitarios.
Existe una considerable cantidad de residuos de diferentes productos propios de la zona de Santo Domingo,tal es el caso de la cáscara de naranja y bagazo de piña. Es de gran importancia tratar de generar y poner en marcha ideas que repercutan de manera positiva en el manejo de residuos, contribuyendo al buen vivir.
Al elaborar un tratamiento adecuado de estos desechos; utilizándolos como materia prima para elaborar un producto agroindustrial, le daríamos un valor adicional que sería de mucho provecho. Por ende esta investigación pretende evaluar las propiedades bromatológicas de la cáscara de naranja y bagazo de piña , obtener fibra de desechos (en este caso a partir de harinas) y utilizarlas como base en el desarrollo de galletas integrales para consumo humano.
1.2. Justificación
Según datos del último censo nacional agropecuario, en la zona de Santo Domingo se cultiva una superficie de 929 ha de piña como cultivo solo, y 40 ha de piña como cultivo asociado, dando un total de 969 ha; mientras que se cultiva una superficie de 176 ha de naranja como cultivo solo, y 26 ha de naranja como cultivo asociado, dando un total de 302 ha. (Meyer,2009)
Entre los productos que pueden recuperarse de los subproductos se encuentra la fibra, que puede tener gran valor en la preparación de alimentos funcionales (Heredia, 2003). Los residuos de limón y naranja pueden aprovecharse debido a su alto contenido de fibra dietaria soluble (33% y 35% respectivamente). La fibra también está presente en residuos de piña y mandarina (Gutiérrez , 2002).
Considerando que para el año actual se ha incrementado la generación de los desechos producidos, como es el caso de la cáscara de naranja y bagazo de piña, dichos subproductos no ha sido aprovechados dejando a un lado los beneficios que podría brindar mediante su industrialización.
1.3. Alcance
En esta investigación se pretenden utilizar residuos de productos propios de la zona, tales como la cáscara de la naranja y el bagazo de la piña. A partir de ellos, se obtendrá harinas ricas en fibra que facilitará en la elaboración de galletas con alto contenido en este elemento. También, se realizará análisis bromatológicos a las materias primas y al producto final para de esta manera tener un seguimiento y control sobre la calidad de tal.
1.4. Objetivos
1.4.1 Objetivo general
Obtener harina de cáscara de naranja y bagazo de piña para la elaboración de galletas integrales.
1.4.2 Objetivos específicos
Establecer la temperatura de secado y el número de escaldados para la obtención de harina a partir de la cáscara de naranja.
Establecer la termperatur a de secado y variedad de piña para la obtención de harina a partir del bagazo de piña
Determinar características sensoriales de las galletas integrales de harina de cáscara de naranja y bagazo de piña
Realizar el diseño de secador de bandeja
1.5. Hipótesis
1.5.1 Ho = Hipótesis nula.
a las variables humedad, fibra, ceniza y rendimiento de la harina de cáscara de naranja.
La temperatura de secado y la variedad en el bagazo de piña no afectarán a las variables humedad, fibra, ceniza y rendimiento de la harina de bagazo de piña
1.5.2 Ha = Hipótesis Alternativa
La temperatura de secado y el número de escaldados en la cáscara de naranja afectarán a las variables humedad, fibra, ceniza y rendimiento.
CAPÍTULO II
REVISIÓN DE LITERATURA
2.1. Antecedentes
2.1.1 Cáscara de Naranja
Fuente: http://www.bligoo.com/explore/article/8206728/Descubri-las-propiedades antioxidantes-y-antibacterianas-de-la-cascara-de-naranja.html
Figura 1 Cáscara de naranja
Tambien se planteó la formulación de un alimento tipo“snack” utilizando residuos en polvo provenientes de una industria procesadora de jugo de naranja, como fuente de fibra dietética. Para ello se elaboraron 6 formulaciones, utilizando el polvo con 3 niveles de humedad (25, 15 y 10%) que se incorporó a 2 mezclas, una compuesta por un 33,3% de polvo de naranja, 33,3% de miel, 16,6% de maní tostado y molido y 16,6% de pasas molidas y otra compuesta por un 28,6% de polvo de naranja, 35,7% de miel, 17,85% de maní y 17,85% de pasas. El residuo de naranja presentó un contenido de 64% de fibra dietética total, 54% fibra dietética insoluble y 10% fibra dietética soluble. Los “snack” tuvieron forma esférica con 2,5cm de diámetro y 10g de peso; una humedad que fluctuó entre 12,6 y 17,4%, y una actividad de agua entre 0,65 a 0,71. La composición proximal (base materia seca), fluctuó entre 1,6 y 1,9% de cenizas; 12,3 y 15,2% de lípidos; 6,1 y 7,1% de proteínas y 56,2 a 59,6% de hidratos de carbono con 326,8 a 342,9 Kcal/100g de producto. El aporte de fibra en los “snack” fluctuó entre un 20 a 26% de fibra dietética total, 18 a 22% de fibra dietética insoluble y 3,0 a 4,5% de fibra dietética soluble. El “snack” con mayor contenido de polvo de naranja presentó el mayor contenido de fibra dietética. Los “snack” fueron bien aceptados por el panel de evaluación sensorial sin registrar diferencias significativas entre los distintos tratamientos. (González, 2011).
concentraciones de 1.0%. Lo que nos quiere decir que esta fuente de carbono es aprovechada por las BALT.(Chaparro, 2013)
2.1.2 Bagazo de Piña
Fuente: http://ecuadorecologico.com/blog/salud-comer-pina-es-rico-y-saludable/
Figura 2 Piña
Actualmente se están buscando nuevas alternativas energéticas a partir de biomasa, recursos renovables y desechos agroindustriales, para desarrollar nuevas tecnologías y procesos en la obtención de biocombustibles. El objetivo fue obtener celulosa y bio-etanol del bagazo de piña (desecho agrícola). El aprovechamiento de este bagazo evitará el consumo de cultivos destinados a la alimentación, evitando el uso excesivo de tierras y el empleo de residuos orgánicos agroindustriales. Además, el producto obtenido tiene un valor agregado y podría convertirse en un beneficio para los productores de piña. La finalidad fue estudiar un proceso para extraer celulosa del bagazo de piña, y mediante hidrólisis ácida de celulosa y bagazo se obtuvo glucosa. Esta glucosa se neutralizó a pH de 5 y se realizó la fermentación en un medio anaeróbico, utilizando el microorganismo Saccharomyces cerevisiae, variando tiempos de fermentación (36, 40, 48 y 72 h) y manteniendo la temperatura a 30ºC. Se obtuvo bio-etanol mediante destilación, presentando un rendimiento del 35% con bagazo y del 57% con celulosa con un tiempo de fermentación de 48 y 72 h, respectivamente. (Cruz, Martínez, Cinco, Armenta & Gómez 2014).
res y cerdo con adición de proteasas (bromelina) a diferentes concentraciones de la bromelina (T1 con 0.5 gr. /Kg, T2 con 0.75 gr. /Kg, T3 con 1.0 gr. /Kg y un testigo o T4 (B) sin adición de la enzima bromelina), se compararon estadísticamente a fin de establecer los efectos principales de los tratamientos durante las diferentes condiciones de elaboración. Los datos arrojados presentaron diferencias entre las formulaciones (p>0,05), por cuanto las enzimas procedentes de fuentes microbianas, vegetales y animales pueden ser utilizadas para modificar la textura de las carnes y los productos cárnicos. Referente a cohesividad la interacción de la bromelina no tuvo efecto significativo, lo que indica que los enlaces internos de la emulsión no se modifican a pesar de agregar enzima proteica, por lo menos en cantidades de menores del 1.0%. Con relación a la dureza los valores también son altos, y de ella dependen ambas características, ya que de lo duro o blando que sea el chorizo, se requiere más fuerza para desintegrarla. La evaluación sensorial mostro que el mayor porcentaje de aceptación es para la muestra No. 1 con 0.5% de bromelina con un 97% de aceptación, seguida respectivamente de las muestras No. 2 con 0.75% de bromelina y de la muestra No.3 con 1.0% de bromelina con niveles de aceptación del 95% y del 92%. Todas las formulaciones presentaron buena calidad físico química con un alto contenido de proteína y bajo contenido de grasa con respecto a las especificaciones señaladas por la norma NTC-1320.(Martínez & Viana ,2013)
2.2. Fundamentos teóricos
2.2.1 Cáscara de Naranja
para obtener aceites esenciales, pigmentos, vitaminas y pectinas, las semillas como fuente de aceites para confitería; sin embargo, estudios efectuados en bagazo reportan que tiene un contenido considerable de fibra dietética y una mayor cantidad de fibra soluble en comparación de los cereales. (Romero, 2012)
2.2.2 Bagazo de piña
La piña, la guanába y la guayaba son frutas que se cultivan ampliamente en los trópico. La piña es una de las frutas tropicales mas consumida en el mundo por su aroma y sabor particular. Hoyos (1994) planteó que el valor nutritivo de la piña aunado a su exquisito sabor y aroma hace este uno de los frutos de mayor comercialización. Se consume fresco, en dulce, conservas y otros; o se extrae el jugo, que una vez fermentado es llamado guarapo de piña y es una bebida refrescante y digestiva, al igual que la chicha de piña. De los residuos de los frutos, la industria de las conservas puede obtener alcoholes, azúcares y vinagres. Este rol nutritivo de la piña también es debido a que es una buena fuente de fibra dietética; al respecto Ramulu y Udayasekhara (2003) señalaron que esta fruta presenta un 20% de fibra dietética, correspondiendo 16,43% a fibra insoluble y 3,57% a fibra soluble, en base seca. (Ramírez & Delahaye, 2011)
2.2.3 Humedad
2.2.4 Harina
Es el producto que resulta de la molturacion o molienda del trigo. No se consume exclusivamente harina de trigo, en ciertas ocasiones se utiliza aquella procedente de otros cereales y leguminosas, sobre todo para elaborar panes especiales.(Aguavil, 2012).
Las harinas son utilizadas como materia prima para la elaboración de diferentes preparaciones como panes, tortas, galletas, espesantes para sopas pudines, entre otras. El tiempo de duración de una harina es de seis meses si el proceso de obtención se hace correctamente. (Suarez, 2011)
2.2.5 Galletas
Las galletas son productos elaborados con trigo suave, se caracterizan por incluir en sus formulaciones contenidos elevados de azúcar y materia grasa y relativamente poco o nula cantidad de agua, en comparación con el pan. La diversidad de estos productos es muy amplia, por lo que la Direccion General de Normas las ha definido como “el producto elaborado con harina de trigo, avena, centeno, harinas integrales, azucares, grasa vegetal y/o aceites vegetales comestibles, agentes leudantes, sal yodatada; adicionados o no de ingredientes y aditivos alimenticios autorizados por la Secretaria de Salud, los que se someten a un proceso de amasado, moldeado y horneado”.(Grupo Noriega Editores, 2013)
2.2.6 Fibra Alimentaria
2.2.7 Secado
Se entiende por secado la extracción deliberada del agua que contienen los alimentos o productos, operación que se lleva a cabo en la mayoría de los casos evaporando el agua por adición de su calor latente de evaporación. Por tanto en la operación básica de secado intervienen dos factores importantes. Transmisión de calor, para suministrar el calor latente de evaporación necesario y el moviemiento del agua o del vapor de a través del producto alimenticio y su separación del mismo.(Aragundi & Plúa, 2011)
2.2.8 Transferencia de calor en el secado
Según Cabrera (2004): La velocidad de secado esta determinada por la velocidad de suministro de calor al agua a fin de proporcionarle su calor latente, pero a veces puede ser una limitante la velocidad de transferencia de masa (eliminación de agua). En el procedo de secado los tres mecanismos de transferencias de calor tienen lugar y por lo regular siempre predomina uno. La velocidad de transmisión de calor es:
Q = hsA(Tg - Tsup)
Donde:
Q es la velocidad de transmisión de calor (W o BTU) hs es el coeficiente de convección (W/m2°K)
A es el área a través de la cual tiene lugar el flujo de calor (m2 o ft2 ) Tg es la temperatura del aire (°C)
Tsup es la temperatura de la superficie que se esta secando.(°C)
2.2.9 Factores que afectan al proceso de secado
tiene de bulbo seco de aire y la de bulbo húmedo de la superficie de la partícula que esta siendo secada, mejor conocida como depresión de bulbo húmedo. La relación es la siguiente, entre más grande es esta diferencia, mayor será la humedad de vapor que el aire puede tomar y la rapidez a la cual esta puede ser removida de la superficie del material. (Buestán, España y Cornejo,2010)
2.2.10 Velocidad de secado
Una vez obtenido el producto seco, se procedió a realizar los cálculos correspondientes para poder hallar la velocidad de secado, para esto fueron necesarias las formulas que se muestran a continuación:
Donde:
= Velocidad de secado (Kg /hrs m2 ) = Peso de sólidos secos (Kg) = Área de secado (m2)
= Diferencia de datos de humedad media = Intervalo de tiempo (horas)
Así mismo, el peso de sólidos secos (Ws) es el peso de la muestra sin tomar en cuenta el agua que se encuentra en ella, y se define mediante la ecuación:
Donde:
Ws= Peso de sólidos secos m= Peso de la muestra
La humedad en base seca, es la cantidad de agua que posee el sólido y es expresada en la ecuación:
Donde:
Xt= Humedad en base seca m= Peso muestra
Ws= Peso de sólidos secos
2.2.11 Calor por conducción
Si en una substancia continua existe un gradiente de termperatura, el calor puede fluir sin que se produzca un desplazamiento observable de la materia. Esta clase de flujo calorífico se denomina conducción molecular o simplemente conducción. La conducción tiene lugar a escala molecular, y el mecanismo corresponde a un transporte de la cantidad de movimiento de las moléculas individuales a lo largo del gradiente de temperatura.( McCabe & Smith,2009)
Q = - K A
Q = Velocidad de calentamiento (W o Btu/h)
K = La conductividad térmica de la sustancia (Btu/h*ft*°F o W/m*°C) A = Área de la sección transversal normal al flujo de calor (ft2 o m2)
2.2.12 Calor por convección
Cuando una corriente o partícula macroscópica de un fluido atraviesa una determinada superficie, tal como la envoltura de un volumen de control, lleva consigo una definida cantidad de entalpía. Este flujo de entalpía se llama flujo convectivo de calor o, simplemente, convección. Puesto que la convección es un fenómeno macróscopico, sólo puede tener lugar cuando actúan sobre la partícula o corriente de fluido fuerza, que son capaces de mantener el movimiento, venciendo las fuerzas de fricción. La convección está íntimamente relacionada con la mecánica de fluidos. Desde el punto de vista termodinámico, la convección no se considera de hecho como flujo de calor, sino como una densidad de flujo de entalpía. (McCabe & Smith,2009)
= h (Ts - T
)
En donde:
= Flujo de calor (W/m2 * °C o BTU/h*ft2)
h = coeficiente de transferencia de calor (W/m2*°C o BTU/h*ft2*°F ) Ts = Temperatura de la superficie, (°C o °F)
T = Temperatura de corriente libre (°C o °F)
2.2.12.1 Números adimensionales usados en los cálculos de convección
Las correlaciones empíricas para el coeficiente de transferencia de calor con frecuencia se expresan en términos de números adimensionales:
Número de Nusselt
En donde:
nu = Número de nusselt, adimensional
h = Coeficiente pelicular (W/m2 * °C o BTU/h * ft2*°F)
L = Longitud característica como diámetro de un tubo o longitud de la superficie plana (m) k = Conductividad térmica del fluido (W/m*°C)
Número de Prandtl
Se interpreta físicamente como la relación de la capacidad del fluido para almacenar energía.
En donde:
Pr = Número de Prandtl , adimensional
Cp = Calor específico a presión constante (kJ/kg*°C) U = Viscosidad (kg/m*s)
k = conductividad térmica (W/m*°C)
Número de Grashof
Se interpreta como la capacidad para trasmitir o conducir energía.
En donde:
Gr = Número de Grashof, adimensional g = Aceleración debido a la gravedad (m/s2)
B = Coeficiente volumétrico de expansión (K-1, R-1) U = Viscosidad, (kg/m3)
Ts = Temperatura de superficie (°C)
Ta = Temperatura de corriente libre o temperatura ambiente (°C) L = Una longitud característica (m)
2.2.13 Balance de materia
Un balance de materia es simplemente la aplicación de la Ley de conservación de la masa: “La materia no se crea ni se destruye”. Se podría traducir la ley de la conservación de la masa de esta manera: El total de la masa que entra en un proceso o unidad es igual al total de la masa que sale de esa unidad. (Gómez, 2013)
2.2.13.1 Ecuación general de balance de materia
De manera general, un balance de materia se escribe como:
Entrada + Generación – Salida – Consumo = Acumulación
o, en forma abreviada:
E + G – S –C = A
materia que se acumula dentro del sistema. (Gómez, 2013)
2.2.14 Balance de energía
Cantidad de calor total del secador de bandejas :
Q= Mpe * Cpe (Tpe - Tpi) + Ma (Ca(Tae - Tai) + Wai (Hve - Hvi) + Mevap.(Hvei - Hli) + Qperdido
Nomenclatura:
Q = Calor necesario que se necesita para llevar a cabo el proceso
Mpe = Velocidad de flujo de la masa del producto que sale del sistema kg. Cpe = Calor específico del producto de salida
Tpe = Temperatura del producto de salida °C Tpi = Temperatura del producto a la entrada °C
Ma= Velocidad de flujo de masa del aire seco a la entrada del secador. Kg Ca = Calor específico a la presión constante del aire seco
Tae = Temperatura del aire a la salida °C Tai = Temperatura del aire a la entrada °C
Wai = Humedad absoluta del aire que entra al secador Hve = Entalpía del vapor de agua en la salida del aire
Hvi = Entalpía del vapor de agua a la entrada del aire Mevap. = Velocidad de evaporación dentro del secador kg Hli = Entalpía del agua líquida en la entrada del producto Qp = Pérdida de calor a través de las paredes por fuga del aire %
2.2.15 Coeficiente de transferencia de calor global
implica un proceso con múltiples etapas en el cual el calor se transmite por convección, en parte de un fluido a la superficie de una pared sólida, después es conducido desde la superficie de la pared hacia otro fluido. (Batty, 1990)
U =
En donde:
U = Coeficiente de transferencia de calor global, (W/m2*°C) h = Coeficiente pelicular, (W/m2* °C)
= Espesor de las paredes, (cm o m)
k= Conductividad térmica, (W/m*°C)
2.2.16 Diseño Experimental
CAPÍTULO III
MATERIALES Y METODOS
3.1. Sitio del estudio
La presente investigación se realizará en el laboratorio de química; en cuanto a análisis del producto, mientras que las pruebas de formulación del producto se realizarán en la planta Agroindustrial de la Universidad Tecnológica Equinoccial sede Santo Domingo.
3.1.1 Localización geográfica
La Universidad Tecnológica Equinoccial sede santo domingo ubicada en el km 41/2 de la Vía Chone, A una altura de 655 msnm, la posición geográfica esta ubica en las coordenadas: longitud 78º 40’ oeste y latitud 0º 40’ norte. El clima es lluvioso subtropical y la temperatura media es de 22,9 ºC.
3.1.2 Ubicación en el tiempo
La investigación fue realizada a partir del mes de septiembre del 2014
3.2. Diseño experimental
3.2.1 Unidad experimental
3.2.2 Variables de la investigación
3.2.2.1 Variables independientes
Tabla 1 Factores y niveles de estudio en cáscara de naranja
FACTORES NIVELES
Temperaturas
A1 50ºC A2 55°C A3 60ºC A4 70ºC Número de escaldados en
la cáscara de naranja
B1 5 escaldados B2 6 escaldados
Tabla 2 Factores y niveles de estudio en bagazo de piña
FACTORES NIVELES
Temperaturas
A1 50ºC A2 55°C A3 60ºC A4 70ºC Variedad de piña B1 MD2
B2 Nacional
3.2.2.2 Variables dependientes (Respuesta)
% Rendimiento
% Humedad
% Fibra
Ceniza
3.2.2.2.1 Tratamientos
La investigaciòn se basó en el secado de la cáscara de naranja y bagazo de piña. En el experimento se utilizaron cáscaras de naranja y bagazo de piña determinando las temperaturas, los hervores adecuados en el caso de la cáscara de naranja y la variedad idonea en el bagazo de piña en relación al rendimiento, a la humedad y a la fibra.
temperaturas de (50, 55, 60 y 70)°C. Los tratamientos con variedades utilizados para secar el bagazo de piña fueron MD2 y Nacional con temperaturas de (50, 55, 60 y 70)°C. Estos tratamientos tuvieron un arreglo factorial completo. El tratamiento óptimo para el secado de la càscara de naranja fue el de 5 veces de escaldado en 70°C y el secado del bagazo de piña fue la variedad Nacional en 70°C.
Se ejecutarán 11 tratamientos para optimizar el proceso de elaboración de harina de cáscara de naranja (Tabla 3) y 11 tratamientos respectivamente para el proceso de elaboración de harina de bagazo de piña (Tabla 4)
Tabla 3 Tratamientos aleatorizados para la elaboración de harina de cáscara de naranja
Tratamientos Temperatura (°C) Hervores (h)
1 50 5
2 70 6
3 70 5
4 70 5
5 55 5
6 55 6
7 70 6
8 50 6
9 60 6
10 50 5
11 60 5
Tabla 4 Tratamientos aleatorizados para la elaboración de harina de bagazo de piña
Tratamientos Temperatura (°C) Variedades
1 70 Nacional
2 50 MD2
3 60 Nacional
4 70 MD2
5 50 Nacional
6 70 MD2
7 70 Nacional
8 55 Nacional
9 55 MD2
10 50 MD2
11 60 MD2
3.2.2.2.2 Programa y modelo estadístico
Versión 6.0.1 (Stat-Ease, 2000) , para encontrar modelos que expliquen los efectos de la temperatura, los números de escaldados en la cáscara de la naranja y la variedad en la piña en las variables respuesta el modelo estadístico.
3.3. Manejo del experimento
3.3.1 Elaboración del producto
El estudio se llevo acabo en 2 fases, en la primera con diferentes temperaturas de secado y número de escaldados se obtiene las harina de cáscara de naranja y con diferentes temperatura y variedades de piña se obtiene la harina de bagazo de piña; en la segunda fase se formula las galletas integrales.
3.3.2 Materiales, equipos y reactivos
Materiales Cuchillos
Tablas
Fundas herméticas
Cucharas
Tamiz
Bandejas de aluminio
Equipos
Secador
Balanza analítica Balanza electrónica Molino industrial Equipo de titulación
Horno industrial
Reactivos
Hidróxido de sodio 0.01
Materia prima: Bagazo de piña Cáscara de naranja
Insumos
Harina de trigo Mantequilla
Huevos
3.3.3 Obtención de harinas
3.3.3.1 Diagrama de flujo cuantitativo para la obtención de harina de cáscara de naranja a nivel de laboratorio
El diagrama de flujo para la obtención de harina de cáscara de naranja se detalla a continuación:
H = Cáscara seca – 0.6145 kg
G = Agua 78.7% F = cáscara de naranja desamargada – 2.997 kg
E = cáscara de naranja desamargada – 2.99 7kg
D = Agua sucia – 30.003 kg B = Cáscara de naranja – 3kg
A= Cáscara de naranja – 3 kg
RECEPCIÓN
DESAMARGADO
SECADO C =Agua Limpia –
10:1
A1= 80.91% H2O A2= 19.09% S.T
B1= 83.77% H2O B2= 16.23% S.T
C1= 100% H2O C2= 0% S.T
D1= 100% H2O D2= 0% S.T E1= 83.77% H2O E2= 18.27% S.T
F1= 83.73% H2O F2= 18.27% S.T
G1= 100% H2O G2= 0% S.T H1= 10.9% H2O
H2= 89.1% S.T PESADO 1
I = Cáscara seca – 0.6145 kg
K
= S
ol
idos
grue
sos
2.5%
L1= 10.9% H2O L2= 89.1% S.T
J1= 10.9% H2O J2= 89.1% S.T
Gráfico 1 Diagrama de flujo cuantitativo para la obtención de harina de cáscara de naranja a nivel de laboratorio
N = Harina de cáscara de naranja – 0.6115 kg M = Harina de cáscara de naranja – 0.6115 kg
J = Sólidos gruesos 0.5% L = Sólidos finos y gruesos – 0.6115 kg
MOLIENDA
TAMIZADO
PESADO 3
ALMACENADO PESADO 2
I1= 10.9% H2O I2= 89.1% S.T
M1= 10.9% H2O M2= 89.1% S.T
Memoria técnica del proceso de elaboración de harina de cáscara de naranja a nivel de laboratorio
Recepción
Se receptó la cáscara de naranja la cual debe estar en óptimas condiciones para no alterar el proceso en general y garantizar la calidad final del producto.
Desamargado
Se llevó a hervores la cáscara de naranja (el agua debe llegar a temperatura de ebullición y por unos segundos colocar la cáscara de naranja, lo realizamos 5 veces) una vez hecho esto colocamos en una fuente con agua limpia a la cáscara y realizamos cambio de agua cada 2 horas de un día para otro.
Pesado 1
Se pesó la cáscara de naranja en una balanza electrónica, para cálculos posteriores.
Secado
En este proceso se utilizó una estufa de recirculación aplicando temperatura de secado (70°C) y hervores (5).
Molienda
Pesado 2
Se pesó la cáscara de naranja ya seca en una balanza electrónica para cálculos posteriores.
Tamizado
Se separó particulas finas y gruesas a través del tamizado en un tamiz de 0.5 mm de diámetro con el fin de obtener una harina mas fina, sin grumos.
Pesado 3
Se tomó el peso 3 para realizar el respectivo rendimiento.
Almacenado
Se almacenóla harina de cáscara de naranja en recipientes sellados hermeticamente en un lugar fresco y seco a temperatura ambiente con las condiciones asépticas requeridas,asegurandose de la calidad y vida útil de la misma, asi mismo de conservar sus cualidades nutritivas propias.
3.3.3.2. Diagrama de flujo cuantitativo para la obtención de harina de bagazo de piña a nivel de laboratorio
H = Bagazo seco – 0.5740 kg G = Bagazo seco – 0.5740 kg
F = Agua-78.37% E = Bagazo de piña limpio –2.9625 kg
C = restos de piña – 1.25 % B = Bagazo de piña – 3 kg
RECEPCIÓN
SELECCIÓN
D = Bagazo de piña limpio –2.9625 kg
PESADO 1
SECADO
PESADO 2
B 1= 83.77% H2O B 2= 16.23% S.T
C 1=83.77% H2O C 2= 16.23% S.T D 1=83.77% H2O
D 2= 16.23% S.T
E 1=83.77% H2O E 2= 16.23% S.T
F 1=100% H2O F 2= 0% S.T G 1= 5.2% H2O
G 2= 94.8% S.T
H 1= 5.2% H2O H 2= 94.8% S.T A = Bagazo de piña – 3 kg
A 1=83.77% H2O A 2= 16.23% S.T
Gráfico 2 Diagrama de flujo cuantitativo para la obtención de harina de cáscara de naranja a nivel de laboratorio
Memoria técnica del proceso de elaboración de harina de cáscara de naranja a nivel de laboratorio
Recepción
Se receptó el bagazo de piña el cual debe estar en óptimas condiciones para no alterar el proceso en general y garantizar la calidad final del producto. Es importante mencionar que el bagazo de piña tiende a fermentarse rapidamente.
M = Harina de bagazo de piña – 0.5445 kg L = Sólidos finos – 0.5445 kg
K = Sólidos finos y gruesos – 0.574 kg K 1= 5.2% H2O K 2= 94.8% S.T
I=
S
ól
ido grue
sos
–
2.5 %
MOLIENDA
TAMIZADO
PESADO 3
ALMACENADO
J = Sólidos gruesos –
0.5 %
L 1= 5.2% H2O L 2= 94.8% S.T
Selección
Se seleccionó el bagazo limpio y se eliminó las impurezas, ya sean restos de cáscara de piña o alguna parte dura del tronco de la piña.
Pesado 1
Se pesó el bagazo de piña en una balanza electrónica, para cálculos posteriores.
Secado
En este proceso se utilizó una estufa de recirculación aplicando una temperatura de 70°C y usando la variedad de piña nacional. Esto se realizó a nivel de laboratorio.
Pesado 2
Se pesó el bagazo de piña en una balanza electrónica, para cálculos posteriores
Molienda
Una vez secado el bagazo, se realizó su respectiva molienda en un molino de tornillos.
Tamizado
Pesado 3
Se tomó el peso 3 para realizar el respectivo rendimiento.
Almacenado
Se almacenó la harina de bagazo de piña en recipientes sellados hermeticamente en un lugar fresco y seco a temperatura ambiente con las condiciones asépticas requeridas,asegurandose de la calidad y vida útil de la misma, asi mismo de conservar sus cualidades nutritivas propias.
3.3.3.3 Balance de energía de la mejor harina (Harina de bagazo de piña) a nivel de laboratorio
Gráfico 3 Balance de energía del secador
Secador
M (bagazo de piña ) = 1.448 kg T = 6 horas 180 minutos T1 = 21.55°C
T2 = 23.6°C
T3 = 23.6°C T4 = 23.6°C
Nomenclatura
T = Tiempo de proceso T1 = Temperatura ambiente
T2 = Temperatura de las paredes verticales laterales
T3 = Temperatura de las paredes verticales frontal y posterior T4 = Temperatura de las paredes horizontales superior e inferior
El calor 1 o (Q1) : Es el que se pierden por las paredes verticales laterales “Izquierda -
derecha” del secador.
El calor 2 o (Q2) : Es el que se pierden por las paredes verticales Anterior y Posterior. El calor 3 o (Q3) : Es el que se pierden por las paredes horizontales Superior e Inferior. Qs = Calor sensible del producto
Ql = Calor latente del producto
Q Resistencia eléctrica = Calor que ingresa por medio de la electricidad al secador
U = Coeficiente de transferencia de calor.
Dimensiones del equipo a Alto = 0.5138 mts P Profundo = 0.5138 mts L Ancho – Largo = 0.5657 mts
Ecuación general a utilizar para el balance de energía
Q práctico del proceso = (Qr – Q1 – Q2 – Q3)
Calor perdido por la parte de evaporación
Balance total de energía Q entra = Q sale
Q Resistencia Eléctrica= Q (H2O) + Q (perdido) Q Resistencia Eléctrica= Q (H2O) + Q (v) + Q1 + Q2 + Q3
Cpm. del proceso de secado de la cáscara de naranja Cpm = % H2O * Cp H2O + ST * Cp. S.T
Cpm = 0.052 * + 0.948 * Cpm =
Datos :
M1 = 0.24790 kg/ 6 horas Cpm = 1.526 kJ/kgK
T = (85 – 17.8)°C = 67.2°C
Tomado de: fundamentos de la ingeniería. Clair Batty Pág. 95 Calor sensible
Qs = m(cp.) * (T2-T1)
Qs = 0.24790 kg * Qs = *
Qs = 0.001576 kW 1.576 watt Tomado de: fundamentos de la ingeniería. Clair Batty Pág. 201-202
Calor de vaporización o latente que corresponde al agua eliminada.
Datos:
Mv = 1.2001 kg
Hfg85°C = 2295.3 kJ/Kg
=
=
127,622931watt
El calor 1 o (Q1): es el que se pierde por las paredes verticales laterales del equipo, de igual manera se lo realiza a temperatura laminar.
Fundamentos de la Ingeniería J. Clair Batty. Pág. 201-202 Datos
Tsup. = 23.6°C Tamb.= 21.55°C
=
= = 22.58 + 273.15 = 295.73 °K
Se evaluarán las propiedades del aire a 295.73°K
Nomenclatura
Ts = Temperatura de la superficie °C
Tα = Temperaturas de la corriente de aire °C
K = Coeficiente de transferencia de calor del aire W/mC Cp.= Coeficiente de transferencia de calor del alimento kJ/kgC B = Coeficiente isobárico
U = Viscosidad del aire kg/m*s Densidad del aire kg/m3 Pr = Número adimensional de Prandtl L = Longitud m
G = Gravedad m/s
Gr = Número ademensional de Grashof
Tomado de : fundamentos de la ingeniería. Clair Batty tabla C-9 Apéndice 306
B = = = 0.003381 k-1 U = 1.940 * 10-5 kg/m*s
kg/m3 Pr = 0.709
a = 0.5138 mts. g = 9.78 m/s
Gr = Gr =
Gr = 3.5*107
Gr * Pr = 3.5 * 107 x 0.709 Gr * Pr = 2.4815 * 107
Log 10 (Gr Pr) = 7.4 Log 10 (Nu) = 1.6 Nu = 10 1.6 39.81
Donde :
Nu = Número de Nusselt
H = Coeficiente de transferencia de calor L = Longitud
K = Transferencia de calor del aire.
Nu =
h1= h1=
Área de las paredes verticales laterales
Donde: A = Área B = Base a = Altura
Área = (B * a) * 2
Gráfico 4 Area de las paredes verticales del secador
Área = (b * a) * 2
Área = (0.5138m x 0.5138m) x 2 Área = 0.26399m2
Calor de las paredes verticales del secador
Calor 1
Q1= H*a (Ts - Ta)
El calor 2 o (Q2): es el que se pierden por las paredes verticales frontal y posterior del equipo, de igual manera se lo realiza a temperatura laminar.
Fundamentos de la Ingeniería J. Clair Batty. Pág. 201-202
Datos:
T sup = 23.6 °C T amb = 21.55 °C
= 22.58 + 273.15 = 295.73 Se evaluará las propiedades del aire a 295.73 K
Nomenclatura
Ts = Temperatura de la superficie °C
Tα = Temperaturas de la corriente de aire °C
K = Coeficiente de transferencia de calor del aire W/m°C Cp.= Coeficiente de transferencia de calor del alimento kJ/kg°C B = Coeficiente isobárico
U = Viscosidad del aire kg/m*s Densidad del aire kg/m3 Pr = Número adimensional de Prandtl L = Longitud m
G = Gravedad m/s
Gr = Número ademensional de Grashof
Tomado de : fundamentos de la ingeniería. Clair Batty tabla C-9 Apéndice 306
K = 0.02590 W/m°C Cp = 1.0057 kJ/kg°C
Pr = 0.709
Base = 0.5657 mts. g = 9.78 m/s
Gr = Gr =
Gr = 4.6* 107 Gr * Pr = 4.6 * 107 x 0.709
Gr * Pr = 3,2614 * 107 Log 10 (Gr Pr) = 7.52
Log 10 (Nu) = 1.63 Nu = 10 1.63 42.66
Donde :
Nu = Número de Nusselt
H = Coeficiente de transferencia de calor L = Longitud
K = Transferencia de calor del aire.
Nu = h2= h2=
h2 = 1.953
Área de las paredes verticales frontal y posterior
a = altura
Área = (B * a) * 2
Gráfico 5 Área de las paredes frontal y posterior del secador
Área = (B*a) * 2 Área = (0.5657m * 0.5657m )* 2
Área = 0.6400 m2
Calor de las paredes verticales frontal y posterior del secador
Calor 2
Q2 = H * A ( Ts - Ta ) Q2 = 1.953
* 0.64 m
2
* (85.00 – 21.55)°K Q2 = 79,32 watt 0.07932kW
El calor 3 o (Q3): Es el que se pierden por las paredes horizontales superior e inferior del equipo, de igual manera se lo realiza a temperatura laminar.
Datos
T sup = 23.6 °C T amb = 21.55 °C
= 22.58 + 273.15 = 295.7
Se evaluará las propiedades del aire a 295.7 °K
Nomenclatura
Ts = Temperatura de la superficie °C
Tα = Temperaturas de la corriente de aire °C
K = Coeficiente de transferencia de calor del aire W/m°C Cp.= Coeficiente de transferencia de calor del alimento kJ/kg°C B = Coeficiente isobárico
U = Viscosidad del aire kg/m*s Densidad del aire kg/m3 Pr = Número adimensional de Prandtl L = Longitud m
G = Gravedad m/s
Gr = Número ademensional de Grashof
Tomado de : fundamentos de la ingeniería. Clair Batty tabla C-9 Apéndice 306 K = 0.02590 W/m°C
Cp = 1.0057 kJ/kg°C
B = = = 0.003381 k-1 U = 1.940 * 105 kg/m*s kgm3
g = 9.78 m/s
Gr =
Gr =
Gr = 3.5*107
Gr * Pr = 3.5 * 107 x 0.709 Gr * Pr = 2.48 * 107
Log 10 (Gr Pr) = 7.4 Log 10 (Nu) = 1.60 Nu = 10 1.60 39.81
Donde :
Nu = Número de Nusselt
H = Coeficiente de transferencia de calor L = Longitud
K = Transferencia de calor del aire.
Nu =
h3=
h3=
h3 = 2.007
Área de las paredes verticales laterales
L = Largo
a = Ancho
Área = ( B * a ) * 2
Gráfico 6 Área de las paredes horizontales superior e inferior
Área = (b * a) *2
Área = (0,5138 m * 0.5138 m) *2 Área = 0.26399 m2
Calor de las paredes horizontales superior e inferior.
Calor 3
Q3 = H * A ( Ts – Ta )
Q3 = 2.007 * 0.26399 m2 * (85.00 – 21.55)°K Q3= 33,6138 watt 0.0336138 kW
Cálculo de la cantidad de energía que ingresa al secador.
Donde:
T = tiempo
Datos.
Amp. = 10.5 V = 115 T = 6 horas
Qr = V * Amp
Qr = (115 * 10.5) W
Qr = 1207.5 W + 5%
Qr = 1267.88 W
Qr = * * 6 horas
Qr = 316,97W
Secado del bagazo de piña
Q práctico del proceso = (Qr – Q1 – Q2 –Q3)
Q práctico del proceso = 316,97– (33,6138 + 79,3174 + 33,6138 ) watt
Q práctico del proceso = 170,42376 watt
Calor del producto es = (calor sensible + calor latente)
Q producto = (Qs + Ql)
Q producto = (1,177 + 127,62) watt
Q producto = 128,797 watt
Porcentaje de error
% Error = 100 – ( )
% Error = 100 – ( )
% Error = 100 – 75,57= 24,43 %
Cálculo del coeficiente total de transferencia de calor
Donde:
A = Área
L = largo 0,29 mts a = ancho 0,23 mts
Área = (B*a) * 2 Área = (0,29 m * 0,23 m) *2
Área = 0,1334 m2
Gráfico 7 área de la superficie de la bandeja utilizada para secar
Coeficiente de transferencia de calor del proceso de secado
Q = U * A * T U =
U =
U = 19,01058
3.3.3.4Obtención de datos de secado de bagazo de piña
Tiempo (hrs)
Muestra (kg)
H2O evap.
(kg) H2O Total (kg) XT pérdida de humedad (kg) X Cantidad de humedad kg H2O/ kg
m.s Contenido de humedad media kg H2O/m.s Velocidad kg/hr*m2
0 0,0595
0,5 0,0535 0,0060 0,0060
1 0,0478 0,0057 0,0117 0,0349 0,7738
1,5 0,0423 0,0055 0,0172 0,0294 0,6519 0,71285 0,3325
2 0,0371 0,0052 0,0224 0,0242 0,5366 0,59425 0,3145
2,5 0,0321 0,0050 0,0274 0,0192 0,4257 0,48115 0,3025
3 0,0275 0,0046 0,0320 0,0146 0,3237 0,3747 0,2782
3,5 0,0237 0,0038 0,0358 0,0108 0,2395 0,2816 0,2297
4 0,0201 0,0036 0,0394 0,0072 0,1596 0,19955 0,2180
4,5 0,0172 0,0029 0,0423 0,0043 0,0953 0,12745 0,1754
5 0,0151 0,0021 0,0444 0,0022 0,0488 0,07205 0,1268
5,5 0,0143 0,0008 0,0452 0,0014 0,0310 0,0399 0,0485
6 0,0136 0,0007 0,0459 0,0007 0,0155 0,02325 0,0422
Datos y cálculos de laboratorio
Producto húmedo: 83.77 % Producto seco: 5.2 %
Peso inicial de agua
Peso inicial de H2O = P. H2O eliminada + P. H2O masa seca Peso H2O eliminada = peso muestra humedad – peso muestra seca Peso H2O eliminada =0.0595 - 0.0136
Peso H2O eliminada = 0.0459 kg
Peso de agua de la masa seca
Peso H2O de masa seca = 0.000707 kg
Peso inicial del agua
Peso inicial del H2O = Peso H2O eliminada + Peso H2O masa seca Peso inicial del H2O = 0.0459 + 0.000707
Peso inicial de H2O = 0.0466 kg
Peso de la muestra seca
Peso de la materia seca = Peso del producto seco – Peso del H2O de masa seca Peso de la materia seca = 0.0459 – 0.000707
Peso de la materia seca = 0.0451 kg
Porcentaje de humedad inicial
% humedadinicial del producto =
* 100
% humedadinicial del producto =
* 100
% humedadinicial del producto = 83.77 %
Porcentaje de humedad final
% Humedad final del producto =
* 100
% Humedad final del producto =
* 100
XT Pérdida de humedad
H2O Total =Peso inicial del H2O – XT Pérdida de humedad XT Pérdida de humedad = Peso inicial del H2O – H2O Total
Tiempo (hrs) Peso Inicial H2O (kg)
H2O total
(kg agua)
XT pérdida de humedad
1 0.0466 0.0117 0.0349
1.5 0.0466 0.0172 0.0294
2 0.0466 0.0224 0.0242
2.5 0.0466 0.0274 0.0192
3 0.0466 0.0320 0.0146
3.5 0.0466 0.0358 0.0108
4 0.0466 0.0394 0.0072
4.5 0.0466 0.0423 0.0043
5 0.0466 0.0444 0.0022
5.5 0.0466 0.0452 0.0014
6 0.0466 0.0459 0.0007
Contenido de humedad
Contenido de humedad (x) =
Contenido de humedad (x) =
Contenido de humedad (x) = 0.7738 kg H2O / kg. Masa seca
Velocidad de secado
V =
Tiempo Velocidad de secado (kg H2O/ hrs * m 2
)
1.5 0.3325
2 0.3145
2.5 0.3025
3 0.2782
3.5 0.2297
4 0.2180
4.5 0.17540
5 0.1268
5.5 0.0485
6 0.0422
Contenido de humedad en la curva de secado
Tiempo (hrs) Contenido de humedad media kg H2O/kg m.s
1.5 0.71285
2 0.59425
2.5 0.48115
3 0.3747
3.5 0.2816
4 0.19955
4.5 0.1275
5 0.0721
5.5 0.0399
6 0.0233
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
0 1 2 3 4 5 6 7
kg H 2 O /h rs* m 2 Tiempo (hrs)
Tiempo teórico de secado
= ∫ = *
=
*
= 0.1239 hrs
= ∫
=
* (0.6519 – 0.5366)
X
+
+
10.67 hrs
0.1239 hrs
10.67 hrs
0.1239 hrs + 10.67 hrs
10.79 hrs
Tiempo teórico de secado = 10.79 hrs 0
0,2 0,4 0,6 0,8
0 1 2 3 4 5 6 7
kg
H
2
O
/kg
M
.S
Tiempo (hrs)
3.3.3.5 Diagrama de flujo cuantitativo para la elaboración de galletas integrales a nivel de laboratorio
L= Mezcla 1 – 0.325 kg K = Mezcla 1 – 0.325 kg
G = Harina de bagazo de piña – 0.025 kg H = Harina de cáscara de naranja – 0.035 kg
E = Harina de bagazo de piña – 0.025 kg F = Harina de cáscara de naranja – 0.035 kg C = Harina de bagazo de piña – 0.025 kg D= Harina de cáscara de naranja – 0.035 kg
RECEPCIÓN
D 1= 5.2% H2O D2= 94.8% S.T A = Harina de bagazo de piña – 0.025 kg
B= Harina de cáscara de naranja – 0.035 kg A 1= 5.2% H2O
A 2= 94.8% S.T
B 1= 10.9% H2O B 2= 89.1% S.T
I = Harina de trigo - 0.14 kg
I1 = 15% H2O I2 = 85% ST C 1= 5.2% H2O C 2= 94.8% S.T
SELECCIÓN
PESADO 1 E 1= 5.2% H2O
E 2= 94.8% S.T
F1= 10.9% H2O F2= 89.1% S.T
MEZCLADO 1 G1= 5.2% H2O
G 2= 94.8% S.T
H1= 10.9% H2O H2= 89.1% S.T
J = Mantequilla - 0.125 kg
J1 = 18% H2O J2 = 82% ST K1= 29.3% H2O K2= 70.7 % S.T BATIDO 1
T = Galletas – 0.125 kg S = Galletas – 0.125 kg
Q = Masa– 0.385 kg P = Masa– 0.385 kg O = Mezcla 2 – 0.385 kg
MEZCLADO 2
M = Azúcar- 0.05 kg
M1 = 18% H2O
M2 = 82% ST
N = Huevo - 0.01 kg
N 1 = 23% H2O
N 2 = 77% ST
BATIDO 2
O1= 31.96% H2O
O2= 68,04% S.T
P1= 31.96% H2O P2= 68,04% S.T MOLDEADO
Q1= 31.96% H2O Q2= 68,04% S.T
HORNEADO R =Agua
R1= 31.96% H2O R2= 68,04% S.T S1= 1,99% H2O S2= 98,01% S.T
ENFRIADO
T1= 1,99% H2O T2= 98,01% S.T 1
Gráfico 8 Diagrama de flujo cuantitativo para la elaboración de galletas integrales con harina de cáscara de naranja y bagazo a nivel de laboratorio
Memoria técnica del proceso de elaboración de galletas integrales con harina de cáscara de naranjay bagazo de piña a nivel de laboratorio
Recepción
Se realizó la recepción de los ingredientes y se revisó que las harinas previamente obtenidas a partir de la cáscara de naranja y bagazo de piña estuvieron almacenadas correctamente para evitar alguna alteración.
Selección
Se seleccióno las harinas tanto de bagazo de piña como de cáscara de naranja asi como cada uno de los ingredientes para que estos esten en buen estado y no haya alteración alguna en nuestro producto final.
U = Galletas – 0.125 kg
Y = Galletas – 0.125 kg PESADO 2
EMPACADO
ALMACENADO
U1= 1,99% H2O U= 98,01% S.T
Pesado 1
Pesar la cantidad requerida de cada uno de las harinas e ingredientes respectivos.
Mezclado 1
En un bol se mezcló los dos tipos de harina: de bagazo de piña y de cáscara de naranja, a esto adicionar harina de trigo y mantequilla.
Batido 1
Una vez que se realizó la mezcla 1 se batió por 15 minutos hasta que estuvieron bien integradas las harinas y la mantequilla.
Mezclado 2
Se incorporó azúcar y huevo a la mezcla 1 después del primer batido.
Batido 2
Ya que tuvimos la mezcla 2 volvimos a batir hasta que la masa se tornó compacta y no se quedo pegada entre los dedos.
Moldeado
Horneado
Se colocó las galletas en una placa de horno, se horneó a 150 °C durante 20 minutos.De esta manera se obtuvo las características organolépticas deseadas.
Enfriado
Una vez horneadas las galletas, se esperó un tiempo prudencial para asi empacar las galletas integrales.
Pesado 2
Se tomó el peso de las galletas ya terminadas para asi obtener el dato requerido en el respectivo cálculo.
Empacado
Ya enfriadas las galletas integrales se procedió a empacar en la presentación deseada, de recomendación en fundas de polietileno para evitar que la humedad del ambiente altere las características organoléticas de las mismas.
Almacenado
