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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE AGROINDUSTRIA ESCUELA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

“Año de la Consolidación del Mar de Grau”

FACULTAD: E.A.P:

Ingeniería Agroindustria

ASIGNATURA:

Fisiología, tecnología postcosecha

PRACTICA N° 08 TITULO:

HIDROENFRIAMIENTO DE FRUTAS Y HORTALIZAS CICLO:

VII ciclo

PROFESOR:

Ing. RODRIGUEZ PAUCAR Gilbert

INTEGRANTES:

    

ESCOBEDO FLORES Alex PATRICIO MIRANDO Verónica RODRIGUEZ SANCHEZ Natanael VALVERDE LOPEZ Edinson ZAPATA OVIEDO Kevin

2016

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HIDROENFRIAMIENTO DE FRUTAS Y HORTALIZAS

I.

Introducción:

Las frutas y hortalizas son tejidos vivos aún después de ser cosechadas: respiran y llevan a cabo muchos otros procesos bioquímicos y fisiológicos para mantener su funcionalidad biológica durante toda su vida post-cosecha. Una vez que son removidos de la planta, los productos hortofrutícolas satisfacen sus requerimientos energéticos a expensas de sus propios componentes de reserva. En la respiración genera también energía en forma de calor que se acumula en el tejido y parte de éste se transfiere al medio ambiente que rodea al producto. Los productos hortofrutícolas, al ser cosechados, poseen el calor generado por la respiración, así como el calor absorbido del medio ambiente durante las horas de intenso calor solar. Esta cantidad de calor depende de la masa del producto, de su calor específico y de su temperatura. Las altas temperaturas provocan de manera general, que la velocidad de respiración de los productos sea más rápida y, por lo tanto, el proceso de maduración sea más acelerado y la vida post-cosecha más corta. Es decir, los productos son más perecederos a temperaturas más altas. Esto no es conveniente sobre todo cuando se pretende transportar el producto a mercados lejanos. Por tal motivo, es recomendable bajar las "altas" temperaturas de cosecha, removiendo el calor que poseen dichos productos mediante el proceso denominado pre-enfriamiento. Una definición de pre-enfriamiento es la siguiente: remoción pronta y rápida del calor que poseen los productos hortícolas al momento de ser cosechados (calor de campo). La cantidad de calor varía y depende de la hora, por lo que se recomienda realizar la cosecha en un horario nocturno o a las primeras horas de la mañana con la finalidad de ahorrar energía del sistema.

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II.

Objetivos: 

Evaluar la velocidad de enfriamiento de frutas y hortalizas sometidas a enfriamiento en diferentes condiciones.



Demostrar un método de remoción rápida del “calor de campo” hasta la temperatura de conservación

III.

Fundamento Teórico: Papa (Solanum Tuberosum) Es

una planta perteneciente

a

la

familia

de

las solanáceas originaria de Sudamérica y cultivada por todo el mundo por sus tubérculos comestibles.

Morfología y anatomía.

Fig. 01: Morfología de la planta de papa

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Partes de la planta de papa: 

Flor: Las flores son pentámeras, de colores diversos, tienen estilo y estigma y ovario bilocular.



Tallo: El tallo aéreo que puede ser ramificado es generalmente hueco y triangular en sección transversal, tiene alas rectas u onduladas, la parte basal es redonda y sólida.



Hojas: Compuestas y consisten de un peciolo con foliolo terminal, foliolos laterales secundarios y a veces terciarios intersticiales.



Raíz: Las plantas que provienen de la similla sexual desarrollan raíces delgadas de donde salen de donde salen las raíces laterales. Las plantas que crecen directamente del tubérculo desarrollan raíces adventicias en los nudos del tallo y un sistema radical a una profundidad de 40 a 50 cm.



Tubérculo: Es un engrosamiento del estolón. Se puede considerar como una parte del tallo adaptado para el almacenamiento de reservas alimenticias y la reproducción. La distancia entre la cutícula y el anillo vascular es normalmente de 0,5 cm, pero estos están más o menos unidos cerca de los ojos donde se conectan con el estolón.



Brote: Es el inicio de un tallo y se forma en los ojos del tubérculo, a partir de una yema. En un ojo puede haber tres o más yemas en las cuales se distinguen una serie de partes como primordios foliares enclaustrados, radículas, estolones, lenticelas y tricomas.

Condiciones para su cultivo Las condiciones de cultivo varían de unas especies y variedades a otras, pero por lo general prefiere suelos ricos en humus, sueltos y arenosos. 

La temperatura adecuada oscila entre los 10 y 25 º C.



No soporta temperaturas inferiores a los 0 º C. el daño es extremo a 5ºC.



Florece en primavera y principios de verano (según lugares).

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Energía que proporciona

Fig. 02: Valor nutricional de la papa

Fuente importante de potasio y otros minerales. Rica en hidratos de carbono complejos de nuestra alimentación, es decir, de hidratos de carbono de absorción lenta, que son los que ponen a disposición de nuestro organismo un combustible de gran rendimiento. La energía que nos proporcionan los carbohidratos presentes en las papas, (también las pastas, harina, legumbres, frutas y verduras son tan importantes que se calcula que una dieta equilibrada contiene un 55% de hidratos de carbono, solo 10 y un 15% de proteínas y solo un 33% de grasas. Dicho de otro modo, tanto los adultos como los niños deberíamos tomar entre 4 y 6 raciones diarias de alimentos ricos en hidratos de carbono. Cosecha de la papa La papa inicia su proceso natural de envejecimiento inmediatamente realizada la cosecha. El almacenaje se utiliza para posponer al máximo este proceso, preservando la calidad del producto. Se estima que las pérdidas de almidón representan el 10% de la pérdida total de peso, terminado el proceso de almacenaje. Además durante el almacenaje los tubérculos pierden agua, lo que representa el otro 90% de las pérdidas. De igual forma, finalizando el almacenaje y después de un período de latencia, las papas brotan experimentando nuevas pérdidas en peso y calidad. El alto contenido de agua que poseen los tubérculos, facilita el ataque de insectos y microorganismos produciéndose a menudo su destrucción.

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Es por ello que se torna difícil conservar papa por largo tiempo sin que se produzcan pérdidas, que a veces pueden ser de consideración. Con el objeto de evitar o reducir al mínimo dichas pérdidas, es necesario mantener los tubérculos bajo condiciones ambientales adecuadas de temperatura y humedad, que hagan posible disminuir y retardar los procesos nombrados anteriormente (respiración, deshidratación, brotación y pudrición). Las pérdidas que hay durante el almacenaje (a veces sobre 30%) indican que se está realizando mal el proceso, a pesar de que la zona sur tiene las condiciones climáticas más adecuadas del país para que este proceso sea eficiente. Para alcanzar buenas condiciones de almacenaje se requiere de bodegas bien estructuradas y una buena ventilación.

Fig. 03: Almacenamiento de la papa post - cosecha

Temperatura de almacenamiento de la papa. En general, se considera que una temperatura de 4.5 º C y una humedad relativa de 85 a 90% es ideal para el almacenaje de papas. En estas condiciones la actividad interior del tubérculo se minimiza.

Pre-enfriamiento de frutos frescos. Una vez que el producto entra a la bodega con frío, irradiara calor hacia el interior debido al calor que trae del campo y a la respiración Mientras más pronto el producto alcance su temperatura óptima de almacenamiento, más pronto estará bajo control la respiración, lográndose la máxima vida de

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almacenamiento del producto. El calor del producto es transmitido al aire, que a su vez, lo transfiere al evaporar que lo elimina en el ciclo normal de refrigeración mecánica. El enfriamiento del aire y por lo tanto, del producto se acelera instalando ventiladores eléctricos en los serpentines del evaporador, los cuales pueden ser suplementados por ventiladores giratorios que se colocan en la bodega dirigidos hacia el producto. El tiempo que demora el producto en alcanzar la temperatura óptima de almacenamiento (tiempo de enfriamiento) dependerá de la capacidad total de refrigeración del equipo y de la velocidad del aire que pasa por el evaporador y el producto, asumiendo que existe libre circulación del aire alrededor del mismo. El movimiento rápido del aire sobre el producto aumenta la pérdida de agua y por ello en la mayoría de las bodegas refrigeradas para almacenamiento prolongado, la circulación del aire es moderada, a fin de mantener al mínimo la pérdida de agua durante el período de almacenamiento. La reducción de la temperatura bajo estas condiciones

será

lenta

y también

se

reducirá

lentamente el ritmo de la respiración. Para superar estos problemas se han ideado varios métodos de pro-enfriamiento para enfriar rápidamente el producto antes de introducirlo en una bodega refrigerada para almacenamiento prolongado.

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IV.

Materiales y Métodos:

Materiales: 1. 5Kg de frutas u hortalizas de más de 40 mm de diámetro (papa), todos del mismo tamaño. 2. Recipientes de plástico de 10 litros de capacidad. 3. Data Trace con sensores de Temperatura, interfase y computadora. 4. Data Logger para verificación on line de variación de temperatura. 5. Cámara de refrigeración con control de humedad y temperatura y con sensores de temperatura. 6. Cámara climatizada con control de humedad y temperatura. 7. Refrigeradora doméstica. 8. Termómetros de -10 a 40°C.

Métodos:

Muestra: PAPA

Se limpio con una franela, obviando el paso de desinfección.

PESAJE

3

1 2

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Se llenan las bandejas de la muestra

(2kg) aprox. Refrigeración

(5kg) Aprox.

6.5 Aprox.

Cámara de Climatización

Cámara de Refrigeración

Se programó con el programa DATA TRACE los sensores de temperatura según su código

Cámara de Climatización Las muestras se colocan en la cámara climatizada y se programa a las condiciones de: HR = 90 %

T = 5ºC

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1

Se colocó un anemómetro para medir el flujo del aire que hay en el interior de la cámara

Se colocaron dos sensores DATA Logger Dentro de una papa

Al ambiente

Refrigeración

Se colocaron dos sensores 2

DATA TRACE MPIII

En una papa

Al ambiente

Se coloca la bandeja en la refrigeradora y se deja por 2 horas M3T24042

M3T24052

Cámara de Refrigeración

Se colocaron dos sensores DATA TRACE RF

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3

Se coloca la bandeja en la cámara de refrigeración y se deja por 2 horas

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V.

Resultados:

INMERSIÓN 1:2 Representa 2kg / 4 litros de Agua

M3T24042

M3T24046

M3T24038

4 litros de Agua = 3 agua y 1 hielo 7.5cm

8cm

2.2cm 5cm

5cm

PAPA N° 02

PAPA N° 01:

Sensor MP3

Punto mas Frio Área El punto mas frio en las 2 papa fue ubicado en el centro del tubérculo aprox. a 5.55cm de la parte mas ancho

Área 1 = 10*3.14 = 34 m2 Área 2 = 9.375*3.14 = 29.4 m2

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"Inmersión"

35

30

Temperatura (°C)

25

20

15

10

5

0 0

100

200

300

400

Tiempo

500

600

700

Figura N° : Observamos que el enfriamiento por inmersión, tanto en las papas como en el agua por inmersión, y siguieron su tendencia a bajar y llegar a 7°C. Respecto a la T° de agua entrante y salida, al comienzo recibe un aumento de T°, este es el calor del campo ganado por parte del agua. Lo cual hace que la T° aumente.

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CALOR DEL CAMPO EN LA PAPA

𝑄 = 𝑚 ∗ 𝐶𝑝 ∗ ∆𝑇 𝑄𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 = 2𝑘𝑔 ∗

3.430𝐾𝐽 ∗ (22.02 − 6.62)°𝐶 𝐾𝑔𝑥°𝐶

𝑄𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 = 105.5 𝐾𝐽 VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO POR INMERSIÓN Papa N° 01: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 =

(22.08 − 7)°𝐶 108 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠

𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = 0.140 °𝐶/𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠

Papa N° 02: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 =

(22.05 − 7)°𝐶 103𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠

𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = 0.146 °𝐶/𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠

REECIRCULACIÓN 

Elaboración de equipo de hidro-enfriamiento por recirculación

Área de la tubería

MEDIDAS Área superficial del equipo= 0.1036 m2 Área del equipo

Área superficial de la tubería = 0.0001 m2

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

Caudal con la que recircula el agua Caudal (Q1) Caudal (Q2) Caudal (Q3) 184.49



192.11

177.88

Caudal Promedio (ml/seg)

Caudal (m3/seg)

184.83

0.018483

Velocidad con la que recircula el flujo de agua

𝑸=𝒗𝒙𝑨 Velocidad Inicial (Velocidad del flujo en la tubería)

0.018483 = 0.0001 𝑥 𝑉𝑖 𝑉𝑖 = 184.83 𝑚/𝑠𝑒𝑔 Velocidad final (Velocidad del flujo dentro del sistema)

0.018483 = 0.1036 𝑥 𝑉𝑓 𝑉𝑓 = 0.178 𝑚/𝑠𝑒𝑔 𝑽𝒊 > 𝑽𝒇



CALOR DEL CAMPO EN LA PAPA

𝑸 = 𝒎 ∗ 𝑪𝒑 ∗ ∆𝑻 𝐐 = 3kg ∗ 3.43

𝑘𝐽 ∗ (22 − 6.5) 𝑘𝑔 ∗ °𝐶

𝐐 = 159.495 KJ

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

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN EN LA PAPA

𝐐=𝐤∗𝐀∗−

Medidas de la papa = 8.5 cm x 11 x 5 cm

𝐐 = 1.1

∆𝐓 𝒆 𝑊

𝑲 = 1.1 𝑚∗°𝐾

𝑊 (6.5 − 22)°C ∗ 9.35 ∗ 10−3 𝑚2 ∗ − 𝑚 ∗ °𝐾 0.05𝑚 𝐐 = 3.188 J/s



VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO POR MÉTODO DE HIDROENFRIAMIENTO POR RECIRCULACIÓN

𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝑬𝒏𝒇𝒓𝒊𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 =

𝑫𝑻 𝒕

Velocidad de la Papa Superior

𝑽=

(𝟐𝟏. 𝟗𝟕°𝑪 − 𝟕°𝑪) = 𝟎. 𝟏𝟓𝟔𝟕 °𝑪/𝒎𝒊𝒏 𝟗𝟓. 𝟓 𝒎𝒊𝒏𝒖𝒕𝒐𝒔

Velocidad de la Papa Inferior

𝑽=

(𝟐𝟏. 𝟗𝟓°𝑪 − 𝟕°𝑪) = 𝟎. 𝟏𝟒𝟗𝟓 °𝑪/𝒎𝒊𝒏 𝟏𝟎𝟎 𝒎𝒊𝒏𝒖𝒕𝒐𝒔

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Recirculación M4T11801-°C

M4T11805-°C

M3T24050-°C

M3T24052-°C

Temperatura 1

Temperatura T2 °C

Temperatura °C

35

30

25

20

15

10

5

Tiempo (Segundos)

0 0

40

80

120

160

200

240

280

320

Curva de enfriamiento de la papa, mediante recirculación de agua.

360

400

440

480

520

560

600

640

680

720

760

800

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CONTROL DE TEMPERATURA CON LOS SENSORES LOGGER

25

Temperatura (°C)



20 15 10

Temperatura 2 Papa entrada

5

Temperatura 1 Papa salida

0 0

20

40 60 Tiempo (minutos)

80

Análisis de la gradiente de velocidad durante el enfriamiento.

Tiempo

PAPA ENTRADA Velocidad (°C/min)

PAPA SALIDA Velocidad (°C/min)

1-10 min 11-20 min 21-30 min 31-40 min 41-50 min 51-60 min 61-70 min

0.488841854 0.389816317 0.057905313 0.02552297 0.279182535 0.212811844 0.011931727

0.741700765 0.22073646 0.020529169 0.022282362 0.336560436 0.148216816 0.033684599

Los datos sombreados, fueron datos erróneos debido a la falta de hielo.

Interpretación de los resultados de los sensores loyer.

Observamos que el enfriamiento en el sistema de recirculación, tanto para la temperatura de entrada como de salida fue constante y siguieron su tendencia a bajar y mantenerse a 7°C. Pero la papa puesta en la parte superior obtuvo un descenso un poco más rápido que la papa ubicada en la parte inferior.

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

CONTROL DE TEMPERATURA CON LOS SENSORES DATA TRACE 30

Temperatura (°C)

25 20

T° Agua Salida

15

T° Agua Entrada

10

T° Papa Superior T° Papa Inferior

5 0 0

200

400 Tiempo (minutos)

600

800

Análisis de la gradiente de velocidad durante el enfriamiento.

Tiempo 1-10 min 11-20 min 21-30 min 31-40 min 41-50 min 51-60 min 61-70 min 71-80 min 81-90 min 91-100 min

PAPA SUPERIOR Velocidad (°C/min) 0.142 0.027 0.023 0.17 0.47 0.265 0.039 0.099 0.257 0.153

PAPA INFERIOR Velocidad (°C/min) 0.087 0 0.012 0.203 0.39 0.262 0.068 0.125 0.225 0.147

AGUA ENTRADA Velocidad (°C/min) 0.063 0.043 1.44 0.096 0.317 0.169 0.646 0.204 0.187 0.219

AGUA SALIDA Velocidad (°C/min) 0.142 0.027 0.023 0.17 0.47 0.169 0.646 0.204 0.187 0.219

Los datos sombreados, fueron datos erróneos debido a la falta de hielo. Esto hizo variar su gradiente de temperatura, obtener niveles fuera del rango del descenso de T°.

Interpretación de los resultados del data trace. Respecto a la T° de agua entrante y salida, al comienzo recibe un aumento de T°, este es el calor del campo ganado por parte del agua. Lo cual hace que la T° aumente. Mientras que respecto a la T° de la papa entrante y salida se mantiene constante, ambos disminuyen a la misma velocidad, por lo tanto la posición de la papa no varía el enfriamiento a 4°C.

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HIDROENFRIAMIENTO DE LA PAPA Temperatura °C

32

27

M3T24038-°C

M3T24046-°C

M3T24042-°C

M4T11801-°C

M4T11805-°C

M3T24050-°C

M3T24052-°C

Temperatura 1

Temperatura T2 °C

22

17

12

7

2 0

40

80

120

160

200

240

280

320

360

400

440

480

520

560

600

-3

Curva de hidroenfriamiento aplicados para el pre-enfriamiento de la papa. (Recirculación de agua e Inmersión)

640

680

720

760

800

Tiempo (Segundos)

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VI.

Discusiones:

VII.

Conclusiones:

VIII. Bibliografía: