ENSAYOS DE SECADO EN LABORATORIO DE PAPA ANDINA Y P APA

CRIOLLA. OBTENCIÓN EXPERMIENTAL DE COEFICIENTES DE SECADO.

G. Durán1, F. Albesa2 , G. Buonfiglio3, M. C. Goldner4 Grupo de Investigación y Desarrollo para la Agroindustria (GIDAI)

Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional (INENCO) C.P. 4400 – Salta

Tel. 0387-4258709 – Fax 0387-4255489 e-mail: gonzalo.jose.duran@mail.com

Recibido 19/08/18, aceptado 28/09/18

RESUMEN: Se reseñan resultados en laboratorio del secado de papa andina (cuarentona) y papa criolla cortadas en cubos de 1 cm de lado, sometidas a pretratamiento de microondas a 700 W de potencia eléctrica, con tiempos de exposición de 3, 5 y 7 minutos. Muestras de 100 g de papa se cortaron en cubos y se secaron de manera sistematizada mediante ensayos por duplicado. Los ensayos se realizaron con un secador de convección forzada y calentamiento por resistencia eléctrica. Se registraron temperatura y humedad relativa ambiente, temperatura y humedad relativa del flujo en entrada, centro y salida de la cámara, y temperatura y peso de producto. Se calcularon experimentalmente los parámetros AtHd (coeficiente difusivo) y AtHc (coeficiente convectivo), que permiten modelizar el producto en secado y estudiar simultáneamente los fenómenos de transferencia de calor entre el aire y el producto y enfriamiento evaporativo que se producen en el interior del secador. Palabras clave: papa andino, secado en estufa, curva de secado, producto regional, coeficientes difusivos INTRODUCCION La región andina se caracteriza por la producción de una diversidad de alimentos entre ellos las variedades de papas andinas, parte de la alimentación básica de estas poblaciones. Se considera que hay más de 200 variedades de papas andinas, pero sólo unas pocas se cultivan en la actualidad poniendo en peligro la biodiversidad de la región. Las variedades regionales de papas se caracterizan por una alta productividad, se pueden cultivar sin insumos extensivos (pesticidas, fertilizantes o agroquímicos) y son una fuente importante de energía, vitaminas, minerales y antioxidantes (Jiménez et al., 2009; Andre et al., 2007). El enorme auge turístico del Norte Argentino, y en particular de la Quebrada de Humahuaca en Jujuy y del Tren a las Nubes en Salta, ha llevado a desarrollar una gastronomía “gourmet” basada en los productos regionales como las papas andinas, la carne de llama y la quínoa, entre otros. Así, la presencia de productos andinos en ferias de comidas delicatesen nacionales e internacionales se ha vuelto un suceso frecuente. Se considera que en la comida campesina andina hay tradición pero también constante innovación ya que la creciente presencia en los últimos años llevó a la incorporación de productos urbanos. Sin embargo, para alcanzar mercados masivos a escala nacional, o para exportar a mercados internacionales, los productores regionales se enfrentan a una barrera originada por la dificultad en mejorar el procesado, empaquetado y conservación de sus productos y en la dificultad en incrementar el valor agregado a su producción. Con el objeto de mejorar su preservación, los tubérculos se pueden someter a diferentes procesos de pre cocción tales como laminado, vapor y microondas y de deshidratación en estufa. Es de esperar que estos tratamientos y las condiciones en la que se lleve a cabo induzcan cambios en la composición

1 Investigador Asistente CONICET 2 Personal de Apoyo CONICET 3 Becaria CONICET 4 Investigador Adjunto CONICET

ASADES Acta de la XLI Reunión de Trabajo de la Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente

Vol. 6, pp. 02.83-02.95, 2018. Impreso en la Argentina. ISBN 978-987-29873-1-2

02.83

física y química del producto (Liu et al., 2007). Por ello, se analiza en este trabajo uno de los métodos de deshidratación que se pueden aplicar en una variedad de papa andina en cubos, con el objeto de formular un producto precocido, deshidratado listo para ser rehidratado y consumido en preparaciones tradicionales de la región. El diseño y desarrollo de secadores solares para el deshidratado de productos agrícolas es para el norte argentino un trabajo de larga data. Desde hace algunos años el INENCO viene realizando aportes al diseño, construcción, ensayo y simulación de secaderos solares de alimentos. (Duran y Condorí, 2006, 2007). En los últimos tiempos, se ha avanzado en el modelado físico del producto a secar, considerando para ello los balances de energía y calor en el producto, y su interacción con el flujo de aire que circula por el secador (Duran et al., 2015). La simulación del secado de productos agrícolas requiere disponer de información sobre el comportamiento del producto secándose y su interacción con el flujo de aire que interviene en el proceso, necesitándose para ello conocer las variables que intervienen, (pérdida de masa de agua del producto, temperatura y humedad del aire caliente y temperatura del producto), como así también las ecuaciones que las vinculan. Estas últimas han sido poco estudiados para productos de escala rural y escasa comercialización, como las variedades andinas de papas, y por ello su determinación experimental es de interés, ya que posibilita lograr un mayor ajuste en los modelos físicos de secado. (Saravia, 2010; Duran y Condorí, 2006; Duran et al., 2008). Un mejor conocimiento de la cinética de secado permitiría entonces optimizar aspectos constructivos de los secadores como dimensión, posibilidades de carga y disminución en los tiempos de secado, lo que impactaría en mejoras en la calidad final del producto seco y reducción de pérdidas en la producción. A escala del productor, estos aspectos redundan en mejoras económicas (Cruz et al., 2014). El objeto del presente trabajo es determinar en laboratorio los productos combinados Athc y Athd. El primero de estos coeficientes representa la interacción entre el área de producto expuesta a secado, At y el coeficiente convectivo, hc y el segundo la interacción entre el área de producto At y el coeficiente difusivo hd. La obtención experimental de estas variables, y su relación con el contenido de humedad del producto permiten elaborar un modelo preciso del proceso de evaporación durante el secado, y cuantificar los intercambios de energía y masa a los que se somete al producto. METODOLOGÍA Los balances de masa y energía en producto se elaboraron según Saravia et al., 2007 y Durán y Condorí, 2009. El modelo físico de secado que se ha seguido en este trabajo se basa en el planteo de los balances de energía en flujo de aire y producto, con el objetivo de obtener en laboratorio y de manera experimental los coeficientes combinados de convección Athc y difusión de vapor de agua, Athd. Como consideraciones generales, se establece que el flujo de aire caliente sobre el producto a secar es laminar y de tipo forzado, incidiendo de manera tangencial sobre el producto. Además, se considerará despreciable la acumulación de calor en el flujo de aire. Respecto a la cámara de secado, se considera adiabática, y lo suficientemente estanca como para considerar válida la conservación de la masa de aire que se mueve dentro de ella. No se tomará en cuenta su inercia térmica, ni se considerarán para ella efectos conductivos de calor. En cuanto al producto, se supondrá que el material está disponible como trozos pequeños colocados sobre bandejas en la cámara de secado. Se considerará que el secado se produce por evaporación del contenido de agua libre, y se tienen en cuenta la transferencia de calor desde el aire caliente, además del enfriamiento evaporativo que se produce como consecuencia del secado. A tal fin, consideraremos variable la capacidad calorífica del producto, en función del flujo de agua evaporado hacia el aire. De la misma manera, supondremos que el área del producto cambia como consecuencia del proceso de secado, de igual manera que los coeficientes de convección de calor y difusión de vapor de agua, hc y hd, respectivamente.

02.84

Los parámetros que determinan el aspecto geométrico y las masas del producto son: At = área total de la superficie aproximada de la carne, en función del tiempo (t) Mt = masa total del producto en función del tiempo (t) Mti = masa total inicial del producto Ms = masa seca del producto Ml = masa total del líquido contenido en el producto en función del tiempo (Mt-Ms) X = Ml/Ms = contenido de humedad del producto en función del tiempo ∆Ml = disminución de la masa de líquido del producto en función del tiempo R = ∆Ml/ ∆t = - Ms * ∆X/∆t = velocidad de secado del producto Mientras que los parámetros térmicos del proceso de secado son: Tp = temperatura del producto

Tce = temperatura de entrada del aire a la cámara de secado Tcs = temperatura de salida del aire de la cámara de secado Cpa = calor específico del agua líquida Cps = calor específico de la masa seca Hfg = calor de cambio de fase del líquido Hc = coeficiente de convección térmica de la superficie de las hojas Hd = coeficiente de difusión del líquido por la superficie de las hojas Wc = humedad absoluta de la cámara de secado Wa = humedad absoluta del aire ambiente Wps = humedad absoluta de saturación del producto Hrc = humedad relativa del aire de la cámara Pa = presión atmosférica ambiente Ps = presión de saturación de la mezcla vapor – agua Las ecuaciones que rigen el secado del trozo de producto son dos: el balance de masa de aire y vapor de agua en la cámara de secado y la ecuación diferencial del balance térmico del producto, siguiendo el trabajo de Saravia, et al., 2007.

Balance de masa: ������ = ��ℎ���� �� −��� ��� (1)

Balance térmico: �C�� + C��X�M� ����� − h� !��

����" = A� h�� � − �� (2)

Del balance de masa, despejando R= - Ms * ∆X/∆t:

R = h� A���� �� −��� ��� (3) El proceso de pérdida de vapor del producto hacia el aire de la cámara se realiza superficialmente en la interfaz aire – líquido, donde el aire húmedo en contacto con el líquido resultante de la evaporación libre de agua se encuentra saturado a la temperatura del producto y el aire húmedo de la cámara se encuentra con humedad absoluta Wc.

�C�� + C��X�M� ����� − h� R = A� h� � � − �� (4)

A la derecha de la ecuación se expresa la transmisión de calor desde el aire al producto a través de la superficie de las hojas para esta transferencia. El primer término de la izquierda de esta misma expresión se refiere al calor acumulado en la masa del producto, mientras que el segundo término representa el calor utilizado en el cambio de fase de la evaporación del agua. Según (Threkeld, 1973), la humedad absoluta de una mezcla de aire W puede ser expresada en función de su temperatura T (K) y humedad relativa Hr:

02.85

Ps�T� = 610,7 ∗ 10�7,5 ∗ T/�273 + T�� (5)

Ws�ps, Pa� = 0,622 ∗ ps/�Pa − ps� (6)

W = Hr ∗ Ws�ps� (7)

Despejando y reordenando términos, en base a las ecuaciones (3) y (4) se pueden hallar las expresiones de los productos combinados del área – coeficiente convectivo Athc y área – coeficiente difusivo Athd.

Athd � �Ms 9:9; �Wps�Tp� �Wc�=> (8)

Athc � ?�Cps � CpaX�Ms !∆A�∆; "� hfgMs9:9;D �Tc � Tp�=> (9)

Secador De Laboratorio Y Equipo De Medida Utilizado El secador de laboratorio utilizado consta de un ventilador de Pc de 8 cm de diámetro que fuerza aire a temperatura y humedad ambiente dentro de un ducto de área circular de 10 cm de diámetro. El aire que circula por el ducto es calentado mediante una resistencia eléctrica de 200 W, controlada por un variador de corriente de 1,5 A. De esta manera se consiguen distintos valores de potencia disipada en la resistencia y temperatura del aire que ingresa a la cámara de secado. Finalmente, al salir del conducto e ingresar a la cámara, el aire pasa a través de un deflector poroso que homogeniza su temperatura y velocidad. La cámara, construida con estructura en caño de hierro y paredes de policarbonato alveolar de 4 mm de espesor se encuentra sellada con silicona en sus laterales para lograr un mayor hermetismo. En la tapa superior de la misma se ha practicado una pequeña perforación (Ø = 2 mm) por donde pasa un hilo que cuelga de la balanza y sostiene la bandeja donde se coloca el producto a secar. La salida del aire cargado de humedad está en la cara opuesta a donde ingresa (Figura 1).

Figura 1: Esquema del secador de laboratorio empleado en las experiencias.

Con el objetivo de monitorear las variables de importancia en el proceso, se han adosado al secador sensores de temperatura y humedad relativa, en la entrada, medio y salida de la cámara de secado. Además, se integró al secador una balanza de medida continua con salida seriada. La Figura 2 muestra fotografías del secador y sensores utilizados.

02.86

Figura 2: Secador de laboratorio y equipo utilizado.

METODO EXPERIMENTAL Materia Prima Se trabajó con una variedad de papa andina denominada Cuarentona (Solanum tuberosum spp. andigenum), cosecha 2018, procedente de la localidad del Alfarcito de la provincia de Salta y comprada en un mercado regional. Se utilizó como referencia la papa criolla o comercial (Solanum tuberosum v.Spunta) obtenida del mismo mercado. Procesos de precocción y rehidratación Las papas fueron lavadas, peladas y cortadas en cubos de 1 cm de lado Las muestras fueron precocidas en microondas (BGH) a potencia máxima (100 % - 700 W) durante tres tiempos (3, 5 y 7 minutos) y posteriormente llevadas a la estufa anteriormente descripta con corriente de aire a 50 ºC. La Figura 3 muestra la carga de producto en el secador. Todos los ensayos se realizaron por duplicado De esta manera, se realizó un total de doce ensayos, siguiendo en cada uno el mismo protocolo: 1. Lavar, pelar y cortar las papas en cubos de 1 cm de lado. Descartar porciones no cúbicas. 2. Pesar la muestra resultante. 3. Colocar la muestra en microondas. Someter a la potencia y tiempo diagramados. 4. Recoger las muestras pre tratadas. Reservar. 5. Estabilizar la temperatura deseada en el interior del secador. 6. Pinchar un cubo de papa con la termocupla para registrar temperatura de producto. 7. Realizar el secado y registro de datos hasta conseguir peso constante. 8. Obtener peso seco de la muestra en estufa a 101°C. Sistema de medición Para el registro de las variables temperatura y humedad en la cámara de secado, se utilizaron módulos sensores de temperatura y humedad relativa con salida digital modelo DHT22. El rango de las medidas es: 0-100 % HR y -40,0 a 80,0 °C y el error es ±2 % HR y ±0,5 °C. Las señales digitales se registraron con una placa Arduino Nano. La tecnología Arduino debido a su licencia Open-Hardware se destaca por su amplia gama de sensores y módulos de intercomunicación disponibles, su robustez, bajo costo y disponibilidad de librerías Open-Source. Para el caso del peso del producto, se empleó una balanza digital OHAUS Scout PRO, de 400g con resolución de 0.1g. La balanza tiene salida a puerto serial con el valor instantáneo del peso registrado. La temperatura del producto fue medida con una termocupla conformada por hilos de cobre y constantan recubiertos de teflón, para lograr la máxima flexibilidad y no alterar las medidas del peso. La señal en microvoltios se registra y expresa automáticamente a través de un datalogger NOVUS FieldLogger de 24 bits. Esta lectura es finalmente corregida con una curva de calibración realizada sobre la termocupla previamente con el Bloque Calibrador Dual de Cole-Parmer S/N: A56898.

02.87

Los datos de peso, humedad y temperatura se registraron cada cinco minutos durante toda la experiencia con un script realizado en Scilab mediante uso de la librería Serial, el cual lee la información que le llega a través de los puertos USB – Serial. La medida de velocidad de flujo de aire fue realizada de manera manual con anemómetro de hilo caliente TSI VelociCalc S/N: 99070123. Las medidas se realizaron al final del ducto para conseguir un mayor desarrollo del flujo, con una grilla en forma de cruz tomando cinco valores en los extremos y centro del área transversal del mismo.

Figura 3: Carga de producto en secador.

RESULTADOS Dada la gran cantidad de resultados generados por el conjunto de ensayos, se decidió mostrar resumidamente aquellos que se consideran destacables. Se agruparon en tablas los resultados de temperatura de producto, temperatura de flujo de aire a la entrada, centro y salida de la cámara de secado; y los resultados de humedad relativa en la entrada, centro y salida de la cámara de secado. Además, se agregó la medida de peso. Estas variables se representaron en la Tabla 1, indicando valores mínimos, máximos y medias en cada caso de ensayo de las muestras de papa andina cuarentona. Letras diferentes en filas según Prueba de Tukey (p<0,05) por tiempo de precocción. La tabla 1 muestra las medias y desvíos estándar de los valores mínimos, medios y máximos de cada parámetro estudiado en función de los tiempos de microondas aplicados. Según la prueba de ANOVA se observaron diferencias significativas en tres parámetros estudiados (p<0,05). Con respecto a la temperatura de entrada de la cámara se observó diferencias entre las medias mínimas siendo menor la temperatura cuando se trabajó con papas precocidas a 7 minutos. Por otra parte cuando las papas fueron precocidas a 7 minutos se observó menor humedad relativa tanto en la entrada, en la salida (valores mínimos y medios) y en el centro de la cámara (valores mínimos, medios y máximos) (Tabla 1). Si bien no se observaron diferencias significativas en el peso del producto, existe una tendencia a que este disminuya a medida que se aumentó el tiempo de precocción en microondas.

02.88

Valores promedios para las mínimas, medias y máximas mediciones

Variable Mínimo Medio Máximo

3 5 7 3 5 7 3 5 7 Temperatura del producto

27,38 ± 3,05a

38,38 ± 3,05a

31,00 ± 3,05a

41,51 ± 1,59a

46,48 ± 1,59a

44,91 ± 1,59a

47,13 ± 1,45a

50,50 ± 1,45a

50,94 ± 1,45a

Temperatura entrada cámara

46,85 ± 4,30ab

59,35 ± 4,30b

36,83 ± 4,30a

59,33 ± 2,52a

66,33 ± 2,52a

60,29 ± 2,52a

65,13 ± 2,64a

73,83 ± 2,64a

73,84 ± 2,64a

Temperatura centro cámara

35,13 ± 4,16a

30,28 ± 4,16a

32,23 ± 4,16a

45,72 ± 0,95a

45,68 ± 0,95a

46,04 ± 0,95a

47,20 ± 0,87a

49,28 ± 0,87a

50,80 ± 0,87a

Temperatura salida cámara

33,05 ± 3,22a

28,75 ± 3,22a

23,23 ± 3,22a

41,80 ± 1,47a

41,35 ± 1,47a

39,54 ± 1,47a

44,75 ± 1,48a

43,85 ± 1,48a

43,63 ± 1,48a

HR entrada cámara

7,30 ± 0,88b

5,30 ± 0,88ab

1,98 ± 0,88a

10,41 ± 0,85b

7,53 ± 0,85ab

5,23 ± 0,85a

31,10 ± 6,37a

25,55 ± 6,37a

33,45 ± 6,37a

HR centro cámara

27,50 ± 0,52b

26,63 ± 0,52b

10,37 ± 0,52a

31,97 ± 0,70b

29,78 ± 0,70b

11,82 ± 0,70a

49,15 ± 4,85ab

54,55 ± 4,85b

29,83 ± 4,85a

HR salida cámara

22,23 ± 0,95b

24,53 ± 0,95b

17,93 ± 0,95a

27,21 ± 1,11b

27,84 ± 1,11b

21,41 ± 1,11a

44,10 ± 5,48a

52,20 ± 5,48a

48,08 ± 5,48a

Peso 0,02 ± 0,02a

0,05 ± 0,02a

0,02 ± 0,02a

0,03 ± 0,02a

0,05 ± 0,02a

0,03 ± 0,02a

0,07 ± 0,02a

0,06 ± 0,02a

0,04 ± 0,02a

Tabla 1. Análisis de la varianza de las variables estudiadas según tiempos de precocción en microondas

Ensayo de papa criolla. 3 minutos de pre tratado. La Tabla 2 reseña los resultados resumidos de las variables sensadas para el ensayo de 3 minutos de microondas de la muestra de papa criolla, y para el duplicado de control.

Tipo de papa Criolla Tipo de papa Criolla

Ensayo Original Ensayo Duplic

Tiempo microondas 3 min Tiempo microondas 3 min

Variable Min Max Med Variable Min Max Med

Temp de producto 25,5 48,25 42,68 Temp de producto 32,75 44,25 39,77

Temp entrada cam 42,1 64,90 59,42 Temp entrada cam 50,3 70,10 61,61

Temp centro cam 31,5 48,80 45,27 Temp centro cam 37,3 46,80 43,88

Temp salida cam 33,4 46,10 42,98 Temp salida cam 27,5 40,70 37,98

HR entrada cam 7,4 23,60 10,54 HR entrada cam 4,6 32,60 7,48

HR centro cam 27,7 52,30 31,65 HR centro cam 26,5 48,60 29,82

HR salida cam 21,2 41,8 25,54 HR salida cam 25,7 53,2 29,74

Peso 0,021 0,067 0,031 Peso 0,019 0,062 0,033

Tabla 2: Resumen de resultados. Muestra papa criolla. 3 minutos de pre tratamiento.

Las Figuras 4 y 5 describen los resultados de las curvas de masa de la muestra y su duplicado, como así también del cálculo del contenido de humedad en base húmeda, Xbh, para ambas muestras, Se observa en la figura 4 que ambas muestras llegaron a peso constante en un tiempo aproximado de 7 horas, sometidas en ambos casos a flujos de aire forzados a 1,2 m/s. La Tabla 2 indica que las temperaturas medias en la entrada de la cámara de secado son comparables, no así los valores registrados en el centro de la cámara, ni a la salida. Sin embargo, la pendiente de la figura 5 permite asegurar que la tasa de secado en ambos ensayos es comparable.

02.89

Figuras 4 y 5: Criolla. 3 min. Masa. Contenido de humedad en base húmeda (Xbh).

Las figuras 6 y 7 detallan las curvas de los coeficientes adimensionados Athd y Athc, resultantes de las ecuaciones 5 y 6, graficados en función del contenido de agua Xbh. Se observa un comportamiento cuasi lineal para el coeficiente Athd. Este tipo de comportamiento se repite como constante en los distintos ensayos, independientemente del pre tratamiento realizado.

Figuras 6 y 7: Athd (Xbh). Criolla. 3 min. Duplicado Athc (Xbh). Criolla. 3 min. Original

Ensayo de papa cuarentona. 3 minutos de pre tratado. En la Tabla 3 reseña los resultados resumidos de las variables sensadas para el ensayo de 3 minutos de microondas de la muestra de papa cuarentona, y para el duplicado de control. Los resultados de las medidas de masa y contenido de agua, Xbh, graficados en función del tiempo, se muestran en las Figuras 8 y 9. De manera similar al ensayo de papa criolla, se observan comportamientos similares en las pendientes del contenido de humedad de las muestras. Si se considera que la pendiente se relaciona a la velocidad de secado del producto, se puede deducir un comportamiento equivalente en ambos ensayos. El análisis de las curvas de secado de la figura 8 y de los resultados de la Tabla 3 arroja también información sobre el comportamiento similar de ambas muestras, ya que ambas muestras, sometidas a flujos de aire de temperaturas medias similares, 44,08 °C y 45,34 °C para el ensayo duplicado y original, respectivamente, llegan a pesos finales equivalentes, en un tiempo de secado de 7 horas Analizando los resultados expresados en la Tabla 3, pueden considerarse representativos a los resultados obtenidos en el centro de la cámara de secado, ya la inferencia del ambiente o del bloque calentador es mínima, lo que se interpreta en base a las medias de las temperaturas en el centro y salida de la cámara de secado. Así, los valores medios de temperatura de aire y humedad relativa en el centro de la cámara son comparables en ambos ensayos. Esto refuerza el análisis del párrafo anterior, y puede suponerse comportamientos equivalentes de la muestra en ambos ensayos.

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 10000 20000 30000

Ma

sa (

kg

)

Tiempo (s)Masa. Duplicado(kg) Masa. (kg)

y = -2E-05x + 0,8072

R² = 0,996

y = -2E-05x + 0,6544

R² = 0,9351

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Xb

h (

kg

/kg

)

Tiempo (s)Xbh. Duplicado

Xbh

y = -8E-09x2 + 2E-07x + 3E-07

R² = 0,9878

3,3E-07

3,5E-07

3,7E-07

3,9E-07

4,1E-07

4,3E-07

4,5E-07

0,2 0,4 0,6 0,8

At

hd

Xbh

y = 1,0973x3 - 2,2395x2 + 1,4772x -

0,2638

R² = 0,9429

-0,02

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,2 0,4 0,6 0,8

At

hc

Xbh

02.90

Tipo de papa Cuarentona Tipo de papa Cuarentona

Ensayo Duplicada Ensayo Original

Tiempo microondas

3 min Tiempo microondas

3 min

Variable Min Max Med Variable Min Max Med Temp de prod 25,5 48,25 42,67 Temp de prod 28,75 47,75 40,91

Temp de ent cam 42,1 64,90 59,42 Temp de ent cam

52,90 60,60 56,85

Temp de cen cam 30,5 48,80 45,34 Temp de cen cam

39,00 47,10 44,01

Temp de sal cam 33,4 46,10 42,98 Temp de sal cam

37,9 46,10 43,25

HR ent cam 7,4 23,60 10,54 HR ent cam 9,80 44,60 13,09

HR cen cam 27,7 52,30 31,65 HR cen cam 28,10 43,40 34,76

HR sal cam 21,2 41,8 25,54 HR sal cam 20,80 39,6 28,00

Peso 0,021 0,067 0,031 Peso 0,02 0,068 0,036

Tabla 3: Resumen de resultados. Muestra papa cuarentona. 3 minutos de pre tratamiento.

Figuras 8 y 9: Cuarentona. 3 min. Duplicado y Original Masa. Contenido de humedad en base

húmeda (Xbh). Las figuras 10 y 11 muestran los resultados de los coeficientes Athd y Athc, en función del contenido de humedad Xbh. De igual manera que la figura 6, la figura 10 muestra un comportamiento casi lineal para Athd (Xbh). No sucede lo mismo con las gráficas correspondientes a Athc (Xbh), de tendencias muy diferentes, figuras 7 y 11. Si se observa rango de valores similares en ambos ensayos,

Figuras 10 y 11: Athd (Xbh). Cuar 3 min. Dupl. Athc (Xbh). Cuarentona 3 min. Original

Ensayo de papa cuarentona. 5 minutos de pre tratado. La Tabla 4 reseña los resultados resumidos de las variables sensadas para el ensayo de 5 minutos de microondas de la muestra de papa cuarentona, y para el duplicado de control, A diferencia del ensayo

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 6000 12000 18000 24000 30000

Ma

sa (

kg

)

Tiempo (s)

Masa. Duplicado(kg) Masa. (kg)

y = -1E-05x + 0,7275

R² = 0,9725

y = -1E-05x + 0,6581

R² = 0,8959

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0 10000 20000 30000

Xb

h (

kg

/kg

)

Tiempo (s)

Xbh. Duplicado Xbh

y = -1E-06x3 + 2E-06x2 - 2E-07x + 2E-07

R² = 0,9801

2,5E-7

3,0E-7

3,5E-7

4,0E-7

4,5E-7

5,0E-7

5,5E-7

0,2 0,4 0,6 0,8

At

hd

Xbh

y = 0,1937x3 - 0,061x2 - 0,2389x + 0,1697

R² = 0,9614

0,03

0,05

0,07

0,09

0,11

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

At

hd

Xbh

02.91

anterior, las medias de temperatura de flujo en centro y salida de la cámara de secado no son equivalentes. Si son equivalentes entre sí los resultados de temperaturas de flujo en centro de cámara, de medias 45,21 °C y 46,37 °C para el ensayo y su duplicado, y de humedad relativa en el mismo punto, 26,14% y 26,98%, respectivamente.

Tipo de papa Cuarentona Tipo de papa Cuarentona Ensayo Duplicada Ensayo Original Tiempo microondas

5 min Tiempo microondas 5 min

Variable Min Max Med Variable Min Max Med Temp de prod 36,75 50,50 46,54 Temp de prod 35,75 52,00 46,78 Temp de ent cam 59,2 76,40 67,17 Temp de ent cam 57,2 80,80 69,28 Temp de cen cam 26,1 49,90 45,21 Temp de cen cam 22,6 51,70 46,37 Temp de sal cam 22,7 44,60 41,34 Temp de sal cam 22,4 43,70 40,32 HR ent cam 4,1 25,40 5,86 HR ent cam 3,4 49,40 5,46 HR cen cam 24,1 53,60 26,98 HR cen cam 22,2 57,90 26,14 HR sal cam 20,5 55,5 23,88 HR sal cam 21 52,2 24,86 Peso 0,026 0,039 0,029 Peso 0,028 0,052 0,033

Tabla 4: Resumen de resultados. Muestra papa cuarentona. 5 minutos de pre tratamiento.

Figuras 12 y 13: Cuar 5 min. Dup y Original. Masa. Contenido de humedad en base húmeda (Xbh).

Los resultados de las figuras 12 y 13 indican que, sometidos a flujos de aire de temperaturas comparables, el contenido de humedad en base húmeda final para ambas muestras es comparable, aun habiendo partido de valores iniciales no coincidentes, figura 13. Mismo análisis se puede realizar en base a la figura 12, dado que las muestras, de pesos iniciales 34,91 g para el original y 51,99 g para el ensayo duplicado, llegan a valores finales de 25,8 g y 27,8 g, en cada caso, a tiempos similares de secado.

Figuras 14 y 15: Athd (Xbh). Cuar 5 min. Dup Athc (Xbh). Cuarentona 5 min. Duplicado

Ensayo de papa cuarentona. 7 minutos de pre tratado.

0,025

0,03

0,035

0,04

0,045

0,05

0 6000 12000 18000 24000 30000

Ma

sa (

kg

)

Tiempo (s)

Masa. Duplicado(kg) Masa. (kg)

y = 3E-10x2 - 2E-05x + 0,4983

R² = 0,9926

y = 3E-10x2 - 2E-05x + 0,4055

R² = 0,9779

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 6000 12000 18000 24000 30000

Xb

h (

kg

/kg

)

Tiempo (s)Xbh. Duplicado Xbh

y = 2E-06x - 2E-07

R² = 0,9264

0,0E+0

2,0E-7

4,0E-7

6,0E-7

8,0E-7

1,0E-6

0,1 0,3 0,5 0,7

At

hd

Xbh

y = -0,5516x2 + 0,5228x - 0,0668

R² = 0,9971

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55

At

hc

Xbh

02.92

Por último, los resultados de los ensayos de papa cuarentona con 7 minutos de microondas y su duplicado de control se muestran en la Tabla 5, y las figuras 16 a 19. Tipo de papa Cuarentona Tipo de papa Cuarentona

Ensayo Original Ensayo Duplicado

Tiempo microondas

7 min Tiempo microondas

7 min

Variable Min Max Med Variable Min Max Med

Temp de prod 31,25 51,25 44,46 Temp de prod 39 57,00 49,66

Temp de ent cam 33,8 75,10 64,59 Temp de ent cam 22,3 78,80 66,51

Temp de cen cam 25 52,00 46,28 Temp de cen cam 38 53,90 48,77

Temp de sal cam 26,2 43,70 39,53 Temp de sal cam 23 47,10 42,93

HR ent cam 1,6 24,70 4,94 HR ent cam 0,5 36,80 2,44

HR cen cam 0,21 0,59 0,25 HR cen cam 0,18 0,54 49,40

HR sal cam 19,9 43 23,95 HR sal cam 15,3 53,1 18,27

Peso 0,029 0,037 0,032 Peso 0,030 0,042 0,032

Tabla 5: Resumen de resultados. Muestra papa cuarentona. 7 minutos de pre tratamiento.

Figuras 16 y 17: Cuarentona. 7 min. Duplicado y Original Masa. Contenido de humedad en base

húmeda (Xbh).

Figuras 18 y 19: Athd (Xbh). Cuar 7 min. Dupl Athc (Xbh). Cuarentona 7 min. Duplicado

Se puede analizar en conjunto los resultados obtenidos en los ensayos de las muestras a 5 y 7 minutos de microondas. A diferencia de los ensayos anteriores, el resultado de las figuras 18 y 14 indican que la dependencia del coeficente Athd con Xbh no puede considerarse lineal. Analizando las tablas 3 y 4, es posible nuevamente considerar al centro de la cámara de secado como el punto de referencia, para calcular los coeficientes expresados. CONCLUSIONES

0,02

0,03

0,04

0,05

0 3000 6000 9000 12000

Ma

sa (

kg

)

Tiempo (s)

Masa. Duplicado(kg) Masa. (kg)

y = 1E-09x2 - 3E-05x + 0,3893

R² = 0,9893

y = 1E-09x2 - 2E-05x + 0,3603

R² = 0,9891

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0 3000 6000 9000 12000

Xb

h (

kg

/kg

)

Tiempo (s)

Xbh. Duplicado Xbh

y = 8E-05x3 - 8E-05x2 + 3E-05x - 3E-06

R² = 0,9981

-1,E-07

0,E+00

1,E-07

2,E-07

3,E-07

4,E-07

0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

At

hd

Xbh

y = 7,9523x3 - 8,1346x2 + 2,8326x - 0,2858

R² = 0,9993

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,15 0,25 0,35

At

hc

Xbh

02.93

El ensayo de las muestras se realizó con un mini secador de laboratorio, de convección forzada por un ventilador de PC, y con sistema de calentamiento por resistencia eléctrica de 200 W. En cada caso, se tomaron resultados de temperatura y humedad relativa ambiente, temperatura y humedad relativa del flujo de aire en la entrada, al centro y en la salida de la cámara de secado, y temperatura y peso de producto. Estas variables se midieron mediante una Raspberry Pi y código propio bajo Python como sistema de adquisición de datos, programado con una frecuencia de muestreo de 5 minutos. Los resultados expresados en las Tablas 2 y 3 y figuras 1 a 8 indican que el comportamiento de secado de las muestras de papa criolla y andina son equivalentes en el periodo de ensayos con 3 minutos de pretratamiento. Sin embargo, los ensayos a 5 y 7 minutos de pretratamiento muestran para los coeficientes Athd tendencias similares entre sí, pero diferentes respecto al grupo anterior, de3 minutos de pretratamiento. Los cambios en tendencias en las curvas de contenido de humedad y del coeficiente difusivo muestran, de manera indirecta, la presencia de mayor cantidad de agua libre disponible, lo que impacta en tiempos menores de secado, Figuras 12 y 16, al estar sometida la muestra a mayor irradiación, respecto a los observados en menores tiempos de microondas, Figuras 4 y 8. Por último, la el modelo de evaporación de agua libre utilizado permitió obtener de los parámetros Atd y Athc para cubos de papa. La obtención experimental de estos coeficientes facilitaría enormemente el modelado físico del producto a secar, y su interacción con el flujo de aire circulante. En futuros trabajos se planteará el modelo físico de un secador solar pasivo. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue financiado por los proyectos PIP n°224 y PICT 2016-604. REFERENCIAS Liu, Q., Tarn, R., Lynch, D., & Skjodt, N. M. (2007). Physicochemical properties of dry matter and

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02.94

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ABSTRACT The results obtained in the tests of samples of Andean potato (cuarentona) and papa criolla, subjected to microwave pre-treatment at 700 W of electric power, with exposure times of 3, 5 and 7 minutes, are reviewed in this paper. Starting from samples of 100 g of potato, they were cut into cubes of 1 cm on each side, and a protocol was followed to systematize the tests carried out. In order to improve the representativeness of the assays, each of the samples was tested in duplicate. The test of the samples was performed with a laboratory mini dryer, forced convection and electric resistance heating system. The results of temperature and relative humidity, temperature and relative humidity of the air flow at the inlet, at the center and at the outlet of the drying chamber, and temperature and product weight were taken. The results made it possible to obtain the parameters AtHd (diffusion coefficient) and AtHc (convective coefficient), for the drying of potatoes, which allows to physically simulate the product by drying and studying its heat exchange with the circulating air in simultaneous to the evaporative cooling that it produces in him. Keywords: Andean potato, stove drying, drying curve, regional product, diffusive coefficients.

02.95