Secado de alimentos

La operación de secado es una operación de transferencia de masa de contacto gas-sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso desecado cesa. 

El secado de alimentos ayuda a la conservación de alimentos, inhibiendo la proliferación de microorganismos y dificulta la putrefacción. El secado de alimentos mediante el sol y el viento para evitar su deterioro ha sido practicado desde antiguo. El agua suele eliminarse por evaporación pero, en el caso de la liofilización, los alimentos se congelan en primer lugar y luego se elimina el agua por sublimación.

El secado de sólidos puede realizarse mediante un método continuo o discontinuo, según si la carga del material se añade completamente al principio de la operación o si se va añadiendo continuamente durante la misma.

 Tipos de secadores

A)      Secadores para sólidos y Pastas

Secador con energía solar:

Un secador con energía solar ayuda para disecar los alimentos, sacarle todo lo que los insectos dejan incluyendo a los mismos insectos y para tener un alimento más sano.

Los beneficios es que el secador solar no gasta energía, siendo muy bueno para el medio ambiente. Además no produce olores al disecar las más vendidas son los tomates, huesillos, manzanas la comida y es muy práctico para disecar frutas como piña, manzana, durazno, etc. Y luego llevarlos de colación o a viajes largos donde no se pueden llevar alimentos perecibles ya que se pudren.

Secadores de Torre:

Un secadero de torre contiene una serie de bandejas dispuestas unas encima de otras sobre un eje central rotatorio. La alimentación de sólidos se introduce sobre la bandeja superior y está expuesta a una corriente de aire o gas caliente que pasa sobre la bandeja. El sólido es después descargado por medio de una rasqueta y pasa a la bandeja inmediatamente inferior. De esta forma va circulando a través del secadero, descargando el producto seco por el fondo de la torre. Los flujos de gas y de sólido pueden ser en corrientes paralelas o en contracorriente. Los ventiladores de turbina hacen circular el aire o el gas hacia fuera entre algunas bandejas, pasando sobre los elementos de calefacción, y hacia dentro entre otras bandejas.

Las velocidades del gas son generalmente de 0,6 a 2,4m/s. Las dos bandejas inferiores del secadero constituyen una sección de enfriamiento de los sólidos secos. El aire precalentado generalmente se introduce por el fondo de la torre y se expulsa por la parte superior, dando lugar a flujo en contracorriente. Un turbo secadero funciona parcialmente con secado superficial, como en un secadero de torre, y parcialmente en forma de lluvia de partículas cuando éstas caen de una bandeja a otra. sus aplicaciones son la fabricación de leche en polvo, se encapsulan, aromas naturales para alimentos, soluciones de sucrosa, preparados para lactantes, proteínas de lactosuero, formulaciones de aromas de frutas y formulaciones de grasas.

Secadores rotatorios:

Un secadero rotatorio consiste en una carcasa cilíndrica giratoria, dispuesta horizontalmente o ligeramente inclinada hacia la salida. Al girar la carcasa, unas pestañas levantan los sólidos para caer después en forma de lluvia a través del interior de las carcasas. La alimentación entra por un extremo del cilindro y el producto seco descarga por el otro. Los secadores rotatorios se calientan por contacto directo del gas con los sólidos, por gas caliente que pasa a través de un encadenamiento externo, o por medio de vapor de agua que condensa en último de estos tipos recibe el nombre de secadero rotatorio con tubos instalados sobre la superficie interior de la carcasa. El último de estos tipos recibe el nombre de secadero rotatorio con tubos de vapor de agua. En un secadero rotatorio directo-indirecto el gas caliente pasa primeramente a través del encamisado y luego a través del encamisado y luego a través de la carcasa, donde se pone en contacto con los sólidos. Los secaderos rotatorios de este tipo se utilizan con frecuencia para sal, azúcar y todo tipo de materiales granulares y cristalinos que han de mantenerse limpios y que no se pueden exponer directamente a gases de combustión muy calientes.

Secadores de tornillo transportador:

Un secadero de tornillo transportador es un secadero continuo de calentamiento indirecto, que consiste esencialmente en un transportador horizontal de tornillo confinado dentro de una carcasa cilíndrica encamisada. La alimentación de sólido entra por el otro extremo. El vapor que se desprende se retira a través de una serie de tuberías situadas en la parte superior de la carcasa. La carcasa tiene un diámetro de 75 a 600mm y una longitud mayor se instalan varios transportadores unos encima de otros formando una bancada. Con frecuencia en una bancada de este tipo la unidad inferior está a temperatura más baja, debido a que el sólido seco, antes de su descarga, es enfriado con agua u otro refrigerante que circula por el encamisado.

Los secaderos de tornillo transportador tratan sólidos que son demasiado finos y demasiado espesos para operar con un secadero rotatorio, como por ejemplo el yogurt. Están conjuntamente cerrados y permiten recuperar los vapores de disolvente con poco y ninguna dilución con aire. Cuando se les acopla un alimentador adecuado, pueden operar a un vacío moderado. Por tanto, pueden adaptarse a la separación y recuperación continua de disolventes volátiles a partir de sólidos húmedos con disolventes, procedentes de operaciones de lixiviación.

Secadores de lecho fluidizado:

Los secaderos en lo que los sólidos estén fluidizados por el gas de secado se utilizan en diversos problemas de secado. Las partículas se fluidizan con aire o con gas en una unidad de lecho hirviente. La mezcla y la transmisión de calor son muy rápidas. La alimentación húmeda se introduce por la parte superior del lecho y el producto seco se retira lateralmente cerca del fondo. En el secadero hay una distribución al azar de los tiempos de residencia, siendo el tiempo medio típico de permanencia de una partícula en el secadero de 30 a 120s cuando solamente se vaporiza líquido superficial, y de 15 a 30 minutos si también hay difusión interna. Se utilizan para materias primas como granos, bebidas en polvo, resina de plástico, alimentos, ácidos cítricos, germen de trigo y muchos otros materiales en polvo y granulados.

 Las partículas pequeñas se calientan hasta la temperatura seca del  del gas fluidizante a la salida; por con siguiente, los materiales técnicamente sensibles han de secarse en un medio suspendido relativamente frío. Aun así, el gas de entrada puede estar caliente ya que la mezcla es tan rápida que la temperatura es prácticamente uniforme en todo el lecho e igual a la temperatura de salida del gas. Si hay partículas finas, que entran con la alimentación o bien que se forman por la abrasión del lecho fluidizado, puede existir un considerable transporte de sólidos con el gas que sale y ser necesario instalar ciclones y filtros de mangas para la recuperación de finos.

Secadores Flash:

En un secadero flash se transporta un sólido húmedo pulverizado durante pocos segundos en una corriente de gas caliente. El secado tiene lugar durante el transporte. La velocidad de transmisión de calor desde el gas hacia las partículas de sólido suspendido es elevada y el secado es rápido, de forma que son se requieren más de 3 o 4 segundos para evaporar toda la humedad del sólido. La temperatura del gas es elevada-con frecuencia del orden de 1200 grados F a la entrada-, pero el tiempo de contacto es tan corto que la temperatura del sólido raramente supera los 100 grados F durante el secado. Por tanto, el secado Flash se puede aplicar a materiales sensibles que en otro tipo de secaderos tendrían que secarse indirectamente con un medio de calefacción mucho más frío.

Los Secadores Flash se utilizan para secar productos en muchas industrias, incluyendo la agroalimentaria, química y minera, tiene una amplia gama de materias primas, incluyendo polvos, tortas, gránulos, copos, pastas, geles y suspensiones.

Secador de silo:

Consiste de dos silos, uno de los cuales es un silo-secador con aire caliente por contracorriente. El grano se carga en el primer silo y es secado hasta que una capa de 10 cm de grano en el fondo haya alcanzado un contenido de humedad de 16,5 - 18,5%. Este grano caliente y parcialmente seco es removido del fondo con una rosca barredora y es transferido al segundo silo donde tiene lugar el secado final y el enfriamiento. Posteriormente ingresa otra capa de 10 cm. 

La temperatura del aire en el primer silo es de 70 a 95°C, dependiendo del tipo de grano y su humedad. El caudal es entre 10 - 30 m³/min.t, que depende de la altura de grano en el silo. En el segundo silo se usa aire ambiente, con un caudal de 3-10 m³/min.t, también dependiendo de la altura de grano. La remoción del grano parcialmente seco del primero al segundo silo es intermitente. El ciclo de tiempo de la rosca depende del valor del caudal de aire, la humedad del grano y la temperatura del aire.

B)       Secadores para diluciones y suspensiones:

Secadores de película delgada:

En algunos casos pueden ser competitivos con los secaderos de pulverización los secaderos de película delgada, que pueden aceptar una alimentación líquida o una suspensión para dar lugar a un producto sólido que fluye libremente. Generalmente se construyen en dos secciones; la primera de ellas es un secadero-agitador vertical. Aquí la mayor parte del líquido se separa de la alimentación, y el sólido parcialmente húmedo descarga en la segunda sección, donde el contenido residual del líquido del material procedente dela primera sección se reduce hasta el valor deseado. Se utiliza para las industrias química, farmacéutica y afines.

Secadores de tambor:

Un secadero de tambor consiste en uno o más rodillos metálicos calentado, en cuya superficie exterior se evapora hasta sequedad una delgada capa de líquido. El sólido seco es retirado de los rodillos a medida que estos giran lentamente. El líquido de alimentación queda confinado en la parte superior de los rodillos y limitado por placas estacionarias. El calor es transmitido por conducción hacia el líquido que es parcialmente concentrado en el espacio comprendido entre los rodillos. El líquido concentrado desciende formando una capa viscosa que recubre el resto de la superficie de los tambores, dejando una delgada capa de material seco que es retirado mediante cuchillas rascadoras y cae en los transportadores situados debajo. La humedad evaporada se recoge y retira a través de la campana situada encima de los tambores. El decador de tambor se emplea para materia prima en forma de pasta y puré, y se obtienen productos en hojuelas o polvo.

Secado Spray o de pulverización:

El secado Spray comienza con la atomización del líquido de alimentación en un rocío de gotas en spray. Luego, dichas gotas son puestas en contacto con una corriente de aire caliente en la cámara de secado. Este spray es producido tanto por una rueda de atomización o por una tobera de atomización. La evaporación de la humedad de las gotas y la formación de partículas secas ocurre en condiciones controladas de temperatura y flujo de aire. El polvo es continuamente descargado de la cámara de secado y también recuperado de los gases de escape por medio de un ciclón. El proceso completo generalmente no insume más que unos pocos segundos. En el proceso también es importante entender dos cosas: las propiedades del líquido a ser secado y las expectativas del polvo a producir. Se utiliza para alimentos fluidos como el jugo y la leche y obteniéndose productos en polvo.

Secado de la leche


La leche en polvo o leche deshidratada se obtiene mediante la deshidratación de leche pasteurizada. Este proceso se lleva a cabo en torres especiales de atomización, en donde el agua que contiene la leche es evaporada, obteniendo un polvo de color blanco amarillento que conserva las propiedades naturales de la leche. Para beberla, el polvo debe disolverse en agua potable. Este producto es de gran importancia ya que, a diferencia de la leche fluida, no precisa ser conservada en frío y por lo tanto su vida útil es más prolongada. Presenta ventajas como ser de menor coste y de ser mucho más fácil de almacenar. A pesar de poseer las propiedades de la leche natural, nunca tiene el mismo sabor de la leche fresca. Se puede encontrar en tres clases básicas: entera, semi-descremada y descremada. Además puede o no estar reforzada con vitaminas A y D. La leche en polvo contiene un elevado contenido en calcio. Así por 100 g de leche entera en polvo se obtienen 909 mg de calcio frente a los 118 mg que se obtienen por la misma cantidad de leche entera. Solamente ciertos quesos superan estas tasas tan elevadas de calcio, como el Emmental 1180 mg o el Parmesano rallado 1027 mg

Diagramas de Producción de la Leche en Polvo

En el siguiente diagrama se muestra la producción de leche en polvo sin medida de reutilización, simplemente el proceso como tal.

En el siguiente diagrama se muestra la producción de leche en polvo con las medidas de reutilización consideradas por nuestro grupo. 

Efectos medio ambientales de la producción de leche en polvo

Por impacto ambiental se entiende cualquier alteración en el sistema ambiental biótico, abiótico y socioeconómico, que sea adverso o beneficioso, total o parcial, que pueda ser atribuido al desarrollo de un proyecto, obra o actividad.

La industria láctea evidentemente genera impactos ambientales por sus actividades relacionadas con el uso, aprovechamiento o afectación de los recursos naturales renovables y no renovables. Los principales impactos ambientales de la industria láctea, desde el punto de vista del uso o aprovechamiento de recursos naturales están asociados con el consumo de agua, energía eléctrica, combustibles fósiles, productos derivados del petróleo, derivados de la madera, derivados de minerales, principalmente. Los principales impactos ambientales de la industria láctea, desde el punto de vista de afectación de los recursos naturales, están asociados con la generación de aguas residuales, de subproductos orgánicos, y en un menor grado, emisiones atmosféricas cuando existen procesos de combustión para generación de energía térmica.

• Se han medido cantidades de DEHF de 45 miligramos por litro al cabo de 24 horas de almacenamiento DEHF: nocivos para la salud y el medio ambiente, es un derivado de los polietilenos.
• Las emisiones atmosféricas en la industria láctea son producidas básicamente por las calderas y por el polvo generado en los procesos de formulación y secado de leche y suero.
• Los RILES son generados principalmente por las pérdidas de producto, materias primas y por las aguas de lavado, que son utilizadas con el fin de desinfectar los equipos en cada etapa del proceso.
• Los residuos sólidos usualmente generados son: productos vencidos, maderas, papeles, plásticos utilizados en envasado de materias primas y producto terminado. 
• Otro tipo de residuo sólido generado son los lodos producidos por la planta de tratamiento de residuos líquidos.
• Las principales molestias ocasionadas son debido a olores, ruidos y a la presencia de moscas en las cercanías de los establecimientos.

Conclusión

La tecnología aplicada en el proceso es de alta calidad y eficiencia, ya que el circuito ayuda a disminuir al máximo la contaminación al ambiente, dando la oportunidad que los residuos sean reciclados, puesto que la mayor parte de ellos se reutilizaran en el proceso industrial, por ejemplo: el agua condensada se utilizara para el lavado de equipo durante los procesos de mantención de estos, entre otros. Esto demuestra el gran avance en la industria química, tanto en el ámbito tecnológico, ambiental y energético. En el ámbito energético, utilizamos energías amigables con nuestro ambiente, por ejemplo: la utilización de biomasa en la caldera y gas natural en los condensadores.

La mayoría de los equipos podría tener un costo elevado, como por ejemplo la caldera de biomasa, pero la inversión de esta caldera se recuperara fácilmente a través del tiempo y la producción de la empresa.

Durante este proceso tiene como finalidad que el porcentaje de humedad de la leche se encuentre entre los parámetros de 1 a 4% de humedad, logrando en este proceso un 3% de humedad.

Bibliografia y Linkografia

Energía Solar: Secador Solar [en linea] <http://energiasolargrupo87b.blogspot.com/2008/11/secador-solar.html>  [consulta: 9 julio 2014]

SECADO I.- Definición: La Operación de Secado [en linea] <http://es.scribd.com/doc/27036363/SECADO-I-Definicion-La-Operacion-de-Secado> [consulta: 9 julio 2014]

Secado y Equipos de Secado [en linea] <http://es.scribd.com/doc/18664714/Secado-y-Equipos-de-Secado>  [consulta: 9 julio 2014]

Impacto ambiental [en linea] <http://www.eis.uva.es/~macromol/curso07-08/pvc/impactoambiental.html> [consulta: 14 julio 2014]

Gobierno de Chile. Guía para el control y prevención de la contaminación industrial comisión nacional del medio ambiente 57 pag.

Ministerio de ambiente, PANAMERICANA FORMAS E IMPRESOS, ISBN 978-958-98263-7-9, DICIEMBRE DE 2007, vivienda y desarrollo territorial Guía ambientalista de industria láctea 93 pag.