Practica 5 - Balance de materia y energía en un proceso de secado

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS 
 
 
 
Balance de Masa y Energía 
 
Practica 5.- Balance de materia y energía en un 
proceso de secado 
 
Badillo Zamorano Yared Viridiana 
 
García Vazquez Maria Delia 
Velazquez Contreras Claudia 
 
 
 
 
 
 
 
21/04/2021 4AM2 
INTRODUCCION 
El secado es uno de los métodos más antiguos utilizados por el 
hombre para conservación de alimentos. Todos los granos y los 
cereales son conservados por secado. Algunas frutas y hortalizas 
también son conservadas por este método el cual difícilmente requiere 
de esfuerzos humano si se realiza naturalmente. 
El secado se describe como un proceso de eliminación de sustancias 
volátiles (humedad) para producir un producto seco y sólido. La 
humedad se presenta como una solución liquida dentro del sólido, es 
decir; en la microestructura del mismo. Cuando un sólido húmedo es 
sometido a secado térmico, dos procesos ocurrirán simultáneamente: 
1.- Habrá transferencia de energía (comúnmente como calor) de los 
alrededores para evaporar la humedad de la superficie 
2.- Habrá transferencia de la humedad interna hacia la superficie del 
solido 
La operación de secado se divide en 3 etapas fundamentales, que 
describen la manera en que el proceso se lleva a cabo en una relación 
de contenido de humedad respecto al tiempo. La primera etapa 
llamada periodo de inducción. La segunda etapa correspondiente se 
refiere a la eliminación de agua de la superficie del sólido que tiene 
una velocidad menor que la del agua en el interior del sólido. Esta 
etapa es también llamada periodo de velocidad de secado constante, 
ya que la superficie del material se mantiene constantemente húmeda. 
Por último, pasa la etapa de velocidad de secado decreciente, donde 
la humedad del sólido disminuye hasta alcanzar el equilibrio. 
En los alimentos al reducir el contenido de humedad se previene el 
crecimiento de microorganismos y se minimizan las demás reacciones 
de deterioro. Por otra parte se reducen su volumen y su peso, lo cual 
disminuye los costos de empaque y transporte, además el 
almacenamiento puede ser a temperatura ambiente por largos 
períodos de tiempo 
Una vez establecidos los respectivos balances de materia y energía, y 
que se han definido los parámetros de calidad para un producto en 
particular, es factible determinar el tipo de secado y equipo a emplear. 
En este sentido se lleva a cabo la selección del mecanismo y equipo 
de secado que se adecúe a las condiciones del ambiente y a ciertas 
propiedades del sólido. 
El método de secado depende del tipo de producto, sus propiedades 
físicas, su tolerancia a la temperatura y los requerimientos de proceso 
en cuanto a la forma de operación ya sea intermitente o continua 
Método adiabático 
 Este método consiste en adicionar aire caliente. 
Método no adiabático Método adiabático 
En este método se proporciona calor en forma indirecta por 
conducción a través de una pared metálica. Operan a presión reducida 
El secado por congelamiento, se efectúa por sublimación de agua 
congelada empleando bajas presiones y temperaturas (debajo de las 
ambientales). 
OBJETIVOS 
• Realizar el secado de un alimento a través de un horno 
• Aprender como hacer un balance de materia de un proceso de 
secado 
DESARROLLO 
Reporte de lo realizado en casa: 
Se realizo un secado de una manzana de la siguiente manera: 
1. Se corto la manzana en rodajas pequeñas y delgadas, y se 
acomodo de manera separada en un plato plano 
2. Se coloco en un horno de microhondas durante 30 segundo (sin 
tapar) 
3. Pasados los 30 segundos se deja reposar durante 1 minuto 30 
segundos fuera del horno y se voltearon las rodajas 
4. Se agrego chile en polvo y se repitió el punto 2 y 3 
5. Terminando el segundo reposo, se repitió el proceso del los 
puntos 2 y 3 pero con solo 20 segundos en el horno (se repite 3 
veces) 
6. 
Este fue el resultado final 
 
 
Video-Proceso de elaboración de leche en polvo 
Tipos de secado 
Secado en rodillos: Es un sistema de secado por ebullición, el flujo de 
calor se transmite por una superficie caliente en contacto con el 
producto el aporte de calor latente de evaporación se realiza por 
conducciones a través de la superficie calentada por el vapor entre 
130 y 150° y del producto depositado en ella. En este sistema no es 
necesario hacer una concentración por evaporación previa de la leche. 
El equipo consiste en dos cilindros muy cercanos, colocados 
horizontalmente que giran lentamente en sentido contrario y 
calentados desde dentro con vapor de agua, la leche se hace pasar 
entre los dos cilindros, la leche se despega con una cuchilla 
rascadora. Sobre los cilindros se encuentra un extractor que absorbe 
el vapor de agua que viene de la leche y la leche seca se va a un 
transportador donde se muele hasta que se forman escamas que 
después son sometidas a otra molienda hasta formar polvo y tamizada 
Secado por atomización: Es un sistema de secado por arrastre, que 
consiste en pulverizar el producto a secar en una corriente de aire 
caliente haciendo una deshidratación rápida. Este secado se realiza 
en dos etapas, en la primera etapa (es una etapa relativamente rápida) 
la leche pretratada se somete a un proceso de concentración por 
evaporación al vacío aquí se evapora el exceso de agua que está en 
forma libre sobre las partículas de los sólidos y en la segunda (esta 
etapa necesita más tiempo que la primera) se seca en una torre de 
secado aquí se evapora el agua contenida en poros y capilares de las 
partículas solidas 
Equipos 
Evaporador: Es un intercambiador de calor que se utiliza para extraer 
la máxima cantidad de agua de la leche obteniendo un liquido de 
viscosidad correcta para la siguiente etapa (secado por atomización), 
trabaja bajo condiciones de vacío. Si la evaporación no es apropiada 
puede ocasionar problemas de viscosidad e inestabilidad en el 
producto y puede complicar el secado o dañar por completo el 
producto. 
Planta de secado por atomización: debe contener los siguientes 
sistemas; Una cámara de secado, un sistema de aire caliente y 
distribución del aire, un sistema de alimentación, un atomizador, un 
sistema de separación de polvo, un sistema de transporte neumático y 
enfriamiento del polvo, equipo de envasado y equipo para control y 
supervisión de la planta. 
 
 
Reporte del articulo 
Se seco Anchoveta y Según las experiencias de secado de anchoveta, 
se encontró que el modelo es exponencial, con un coeficiente de 
correlación muy aceptable. 
Los modelos determinados nos indican que a medida que se 
incrementa la materia prima, el poder secante del aire aumenta. 
El peso de producto seco práctico es cercano al teórico, pues la 
variación es 0,07%, el cual es aceptable. 
El aprovechamiento de la energía calórica del aire se incrementa a 
medida que se aumenta el peso de la materia prima a secar, se 
presenta una función logarítmica 
Resolución del problema 1 
Pulpa de fruta con 71% de H2O es sometida a un proceso de 
deshidratación y se ha eliminado el 60% de agua original 
a.- Determine la composición de la pulpa seca 
b.- La cantidad de H2O eliminada por kg de pulpa húmeda que entro al 
proceso 
 
 
 
 
 
 
 
 
Balance Global de masa (BGM)------------- 𝐴 = 𝐵 + 𝐶 
Balance parcial de solidos (BPS) ------------- 0.29 = 0.57𝐵 + 0𝐶 
Balance parcial de H2O (BPW)------------- 0.71𝐴 = 0.426𝐵 + 1𝐶 
SECADO 
Pulpa deshidratada 
60% H2O 
40% Solidos 
Pulpa 
71% H2O 
29% Solidos 
A B
B 
C
C 
Vapor de agua 100% H2O 
Base de calculo 
A=100 kg 
 
W--H2O 
S--Solidos 
 
 
W--H2O 
S--SolidosPartiendo de BPS 
0.29 = 57 + 0𝐶 
𝐵 =
0.29𝐴
0.574
=
0.29(100𝐾𝐺)
0.574
= 50.52𝐾𝑔 
Partiendo de BPW 
0.71𝐴 = 0.426𝐵 + 𝐶 
𝐶 = 0.71𝐴 − 0.426𝐵 
𝐶 = 0.71(100𝐾𝑔) − 0.426(50.52𝐾𝑔) 
𝐶 = 49.47𝐾𝑔 
 
Composición de la pulpa 
 
 
 
57.4% Solidos 
42.6% Agua 
Resolución del problema 2 
Un secador de lecho fluidizado se utilizar para secar las zanahorias en 
dados. El producto entra en la secadora con el contenido de humedad 
del 60% (base húmeda) a 25°C. El aire utilizado para el secado entra 
en el secador a 120°C después de haber sido calentado por el aire 
ambiental con 60% de humedad relativa a 20°C. Estimar la tasa de 
producción cuando el aire entra en el secador de 700 Kg de aire 
seco/h y el producto sale de la secadora a un 10% de humedad (base 
húmeda). Supongamos producto sale de la secadora a la temperatura 
de bulbo húmedo de 38°C del aire y el calor especifico del producto 
solido es de 2.0Kj/ (Kg °C). El aire abandona el secador 10°C por 
encima de la temperatura del producto. La entalpia del agua a 120°C 
es de 2202.59 KJ/Kg agua. Considere que el calor húmedo del aire 
Cs=1.005 + 1.88 W. La entalpia del aire a 48°C es de 2387.56 KJ/Kg 
agua. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SECADO 
ZANAHORIAS 
XAw=0.60 
HA= 
A 
AIRE HUMEDO 
HD= 
 
ZANAHORIA 
DESHIDRATADA 
XCW=0.10 
HC= 
 
AIRE SECO 
TG=120°C 
700 
𝐾𝑔𝑎𝑠
ℎ
 Hr=60% @ 20°C 
XBW=0.01 
HB= 
 
D
 
C
 
B
 
W--H2O 
S--Solidos 
 
 
W--H2O 
S--Solidos 
CARTA PSICOMETRICA 
Humedad en base seca 
𝑥𝑤
𝐴 =
0.60
1−0.60
= 1.5
𝐾𝑔𝐴𝐺𝑈𝐴
𝐾𝑔𝑆𝑂𝐿𝐼𝐷𝑂 𝑆𝐸𝐶𝑂
 𝑥𝑤
𝐶 =
0.10
1−0.1
= 0.11
𝐾𝑔𝐴𝐺𝑈𝐴
𝐾𝑔𝑆𝑂𝐿𝐼𝐷𝑂 𝑆𝐸𝐶𝑂
 
 
Balance Global de masa (BGM)------------- 𝐴 + 𝐵 = 𝐶 + 𝐷 
Balance parcial de H2O (BPW)---------- 1.15𝐴 + 0.01𝐵 = 0.11𝐶 + 𝑥𝑤
𝐴𝐷 
Balance parcial de solidos (BPS) ------------- 0.4𝐴 = 0.90𝐶 
 
 
BALANCE DE ENERGIA. 
𝐴𝐻𝐴 + 𝐵𝐻𝐵 = 𝐶𝐻𝐶 + 𝐷𝐻𝐷 
 
Obtención de datos, balances y resolución de balances del 
articulo 
Tabla 1.- Pérdida de peso en función al tiempo. 
TIEMPO EXPERIMENTOS 
MIN h 
E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 
PERDIDA DE PESO (g) 
0 0 500 450 400 350 300 253 200 150 100 
35 0.58 498.02 448.2 398.4 348.6 298.8 252 199.2 149.4 99.6 
41 0.68 492.09 442.9 393.7 344.5 295.3 249 196.83 147.6 98.4 
46 0.77 490.12 441.1 392.1 343.1 294.1 248 196 147 98 
50 0.83 488.1 439.3 390.5 341.7 292.9 247 195.2 146.4 97.6 
55 0.92 486.2 437.5 388.9 340.3 291.7 246 194.5 145.8 97.2 
60 1 480.2 432.2 384.2 336.2 288.1 243 192.1 144.1 96 
65 1.08 471.3 424.2 377.1 329.9 282.8 238.5 188.5 141.4 94.3 
95 1.58 453.6 408.2 362.8 317.5 272.1 229.5 181.4 136.1 90.7 
110 1.83 449.6 404.6 359.7 314.7 269.8 227.5 179.8 134.9 89.9 
125 2.08 443.7 399.3 354.9 310.6 266.2 224.5 177.5 133.1 88.7 
130 2.17 442.7 398.4 354.2 309.9 265.6 224 177.1 132.8 88.5 
135 2.25 440.7 396.6 352.6 308.5 264.4 223 176.3 132.2 88.1 
140 2.33 439.7 395.8 351.8 307.8 263.8 222.5 175.9 131.9 87.9 
145 2.42 435 391.5 348 304.5 261 220.1 174 130.5 87 
150 2.5 432.6 389.3 346.1 302.8 259.5 218.9 173 129.8 86.5 
180 3 418.3 376.5 334.7 292.8 251 211.7 167.3 125.5 83.7 
210 3.5 404.5 364.1 323.6 283.2 242.7 204.7 161.8 121.4 80.9 
240 4 391.2 352.1 313 273.8 234.7 198 156.5 117.4 78.2 
300 5 365.9 329.3 292.7 256.1 219.5 185.1 146.3 109.8 73.2 
360 6 342.1 307.9 273.7 239.5 205.3 173.1 136.9 102.6 68.4 
420 7 320 288 256 224 192 161.9 128 96 64 
540 9 279.8 251.9 223.9 195.9 167.9 141.6 111.9 84 56 
660 11 244.7 220.3 195.8 171.3 146.8 123.8 97.9 73.4 48.9 
720 12 228.9 206 183.1 160.2 137.3 115.8 91.6 68.7 45.8 
780 13 214.1 192.6 171.2 149.8 128.4 108.3 85.6 64.2 42.8 
840 14 200.2 180.2 160.1 140.1 120.1 101.3 80.1 60.1 40 
900 15 187.2 168.5 149.8 131 112.3 94.7 74.9 56.2 37.4 
960 16 175.1 157.6 140.1 122.6 105 88.6 70 52.5 35 
1002 16.7 167.1 150.4 133.6 116.9 100.2 84.5 66.8 50.1 33.4 
1005 16.75 166.5 149.8 133.2 116.5 99.9 84.2 66.6 49.9 33.3 
1004.4 16.74 166.6 149.9 133.3 116.6 100 84.3 66.6 50 33.3 
1003.5 16.725 166.8 150.1 133.4 116.7 100.1 84.4 66.7 50 33.4 
 
Grafica 1.- Curvas de secado de la anchoveta 
 
 
 
Tabla 2.- Balance de masa en las experiencias realizadas en el secado 
de anchoveta 
Peso (g) 
experiencias 
E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 
peso ingreso 500 450 400 350 300 253 200 150 100 
agua extraída 333.2 299.9 266.6 233.3 199.9 168.6 133.3 100 66.6 
peso salida 
teórico 166.7 150 133.3 116.7 100 84.3 66.7 50 33.3 
practico 166.8 150.1 133.4 116.7 100.1 84.4 66.7 50 33.4 
diferencia (%) 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 
 
 
 
DISCUSIÓN 
Para determinar observar el proceso de secado se utilizo una 
manzana, aunque a partir de eso no se podría hacer el balance de 
masa ya que las condiciones no permiten obtener los datos suficientes 
para hacerlo. 
Para los resultados de balance de masa del proceso de secado se 
utilizo un problema completamente teórico, el balance de energía no 
se pudo realizar por completo gracias a la falta de conocimiento para 
realizarlo, 
Para determinar la correlación entre el tiempo de secado y el peso del 
producto se utilizaron datos experimentales del secado de la 
anchoveta los cuales no fueron tomados por mi. 
CONCLUSIONES 
Se logro realizar el secado de una manzana, además de la realización 
exitosa de un balance de masa de un proceso de secado. 
Se reviso y entendió el efecto de secado de anchoveta y su 
comportamiento comparando el tiempo de secado contra el peso 
perdido. 
Comprendí como es el uso de una carta psicométrica 
BIBLIOGRAFIA 
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materia en el secado de frutas. Información tecnológica, 20(2), 89-104. 
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