Ingeniero Civil Mecánico / El proyecto está enfocado a estudiar y rediseñar algunos sectores críticos de un secador convectivo zonal, que Innovatec Ltda. diseñó y desarrollo para la empresa TEMSA (Terciados y elaboración de maderas S.A.), que la compañía emplea para secar paletas de álamo de 300x30x3 mm3. El equipo, de una configuración tipo túnel en 3 niveles, cuenta con 3 cámaras de secado independientes operando a 90, 45 y 90 °C, respectivamente, con un tiempo de residencia total de 67 min distribuido en 12, 30 y 25 min por cámara. Cada cámara está equipada con 2 ventiladores axiales de 5.670 m3/h cada uno y 2 radiadores de 120 kW cada uno. El objetivo general del proyecto es evaluar y desarrollar modificaciones del secador, para lograr una mejora en el sistema de aireación y una optimización en la pérdida de presión en el lecho de secado. Los objetivos específicos son: i) Efectuar una investigación conceptual de los mecanismos de distorsión de las paletas y considerarlos en el diseño mejorado del equipo, ii) Efectuar estudios experimentales de pérdida de presión en lechos/camas de paletas (análisis ΔP-Q), iii) Efectuar un estudio de Mecánica de Fluidos Computacionales (CFD) de las condiciones de aireación del lecho de secado, y iv) Proponer configuraciones de alta eficiencia y desempeño para los ventiladores e intercambiadores convectivos ad hoc para el secador. Para modelar conceptualmente y, por ende, entender los principales fenómenos de gobierno de la distorsión se revisó la bibliografía de los fenómenos de migración de agua, colapso celular, se visualizó una macrorelación entre propiedades mecánicas y dilatación/contracción y, finalmente, se propuso un modelo de pandeo elastoplástico termo-mecánico de los productos. Para el análisis ΔP-Q de lechos de paletas se diseñó un equipo experimental consistente en un lecho estático vertical o cama de paletas, instrumentado con un manómetro diferencial de columna de 300 mm, un tubo de Pitot AMCA con capacidad para medición de velocidad de aire en el intervalo de 0 a 30 m/s; y se condujeron experimentos de flujo por el lecho midiendo ΔP vs Q para lechos de 5 a 200 mm de altura. Para el análisis fluidodinámico se construyeron modelos 3D de cámaras de secado símiles a las del secador de diseño original (sin obstáculos) y con deflectores para orientar el flujo de aire hacia la cama de secado. Para esos modelos se resolvió mediante una técnica CFD, empleando el software Solidworks en el módulo Flow simulator, el campo de velocidad interno y la distribución de presión; para varias condiciones de borde de interés. Para el estudio de configuraciones del equipo se construyó un modelo de cálculo de balance de calor y masa considerando el flujo de material por el secador, la transferencia de calor aire-lecho y la migración de humedad. Los principales resultados del proyecto indican que: i) La distorsión es un problema inherente al tipo de producto, se ve muy influenciada por los fenómenos de colapso celular y anisotropía; que generan altas tensiones residuales. Para cada especie de madera existe una ventana operacional que permite minimizar la distorsión, pero que es dependiente de la tecnología de secado, ii) Los lechos de paletas de 50 200 mm desarrollan una ΔP-Q tan alta como 400 Pa a 15 m/s, con una ley tipo Ergun ∆P=kQ^0,9 [Pa] siendo K=2.005e [Pa∙〖(m^3/s)〗^(-0,9)] la resistencia especifica del lecho y e su espesor, iii) Las cámaras de secado del equipo en estudio pueden mejorar ostensiblemente su desempeño al reconfigurarse con deflectores de aire y cuña de fondo. La alimentación del aire debe ser, como mínimo, a 15 m/s para alcanzar una buena distribución de aire y promover un secado uniforme. El estudio muestra que las cámaras de secado deben configurarse con un sistema de ventiladores tándem, de impulsión succión, o con un sistema de ventiladores en serie (2 unidades); con una capacidad de 18.900 m3/h y radiadores de 165 kW para desarrollar un proceso de alta eficiencia, minimizando las pérdidas de producto. Por lo anteriormente expuesto se concluye que el secador convectivo zonal, para este producto, está en el límite de sus posibilidades, porque no puede manejar con holgura el problema de distorsión del producto y el sistema de aireación de lechos desarrolla pérdidas de presión muy altas. Por ello se estima que se requiere un cambio tecnológico, transitando hacia secado en lecho fluidizado.

Ingeniero Civil Químico / El presente trabajo de título tuvo como objetivo evaluar técnica y económicamente, a nivel de factibilidad, la instalación de una planta de secado de madera en la ciudad de Osorno, X región de Los Lagos, por parte de la sociedad de inversiones Comercial Primavera. La finalidad inicial de la planta apunta a comercializar leña seca certificada y a futuro también vender maderas ornamentales de mayor valor agregado. Para analizar la viabilidad del proyecto se comienza por estudiar y caracterizar el mercado forestal chileno y el mercado de la leña en el sur de Chile, buscando determinar una especie arbórea óptima para ser comercializada como leña certificada. Los criterios para realizar esta elección abarcan todos los aspectos relevantes de la leña: abundancia, disponibilidad, dendroenergía, preferencias del consumidor, entre otras. El eucalipto nitens resulta ser la especie escogida. Luego se revisa el estado del arte de los secadores utilizados industrialmente para escoger un tipo de secador que cumpla con los criterios de la empresa patrocinante, los cuales se remiten principalmente a los factores tiempo de secado, costos, calidad y capacidad. La alternativa escogida es un secador solar tipo invernadero de pared inclinada (SSTI-pi) que opera por convección forzada. Para la capacidad de producción deseada de 2000 [m3/año] se divide a la planta de secado en 5 SSTI-pi de 400 [m3] de capacidad individual. El colector diseñado para cada secador está compuesto por una cubierta única de polietileno, absorbedor de zincalum corrugado en V, aislante de lana mineral y circulación de aire de doble paso. En relación a la evaluación económica, el proyecto de planta de secado para comercializar leña seca es conveniente en los tres escenarios analizados (proyecto puro, con financiamiento externo de un 50% y de un 100%) y puede generar la rentabilidad que la empresa patrocinante espera. Los valores actuales netos obtenidos para el proyecto base van desde 14 800 000 [CL$] hasta 22 900 000 [CL$] y las tasas internas de retorno, también para el proyecto base, van desde un 17% hasta un 59%, todo esto considerando un costo de oportunidad del 11% anual y una tasa de interés del 8% anual. Se recomienda elaborar un plan de negocio que en parte consista en (i) Acordar un préstamo por el 70-80% de la inversión inicial a una tasa de interés del 7% o menor, (ii) ejecutar el proyecto base hasta estandarizar el funcionamiento de la planta, (iii) al tercer o cuarto año realizar una expansión de la producción de al menos 800 [m3] (idealmente de 2000 [m3]) con un aumento anual de 2% en el precio de venta.

Ingeniera Civil Química / El papel Tissue es un papel suave y absorbente que se utiliza tanto en el ámbito doméstico como sanitario. Este tiene como principal característica su suavidad y textura, además de su bajo peso y múltiples capas. La fabricación del papel se concentra principalmente en remover el agua de una suspensión fibrosa, mediante procesos mecánicos. La etapa de secado es uno de los más relevantes en el proceso productivo del papel ya que en esta se remueve la mayor cantidad de agua (de un 60% a un 5% aprox.). Asimismo, esta fase es esencial en lo que concierne a las propiedades del producto, particularmente para papeles Tissue, ya que determina niveles de suavidad y textura. En esta investigación se realizó un modelo paramétrico y fenomenológico del secado de papel que tiene como principal objetivo comprender el proceso de producción de papel Tissue y poder manipular sus variables correctamente para proponer medidas de optimización. Dicho modelo busca asociar las variables, que estén involucradas en la transferencia de calor, con indicadores de salida como productividad, costos y calidad del producto. El modelo fue desarrollado en base a una de las máquinas papeleras presentes en la planta de papel Tissue de la empresa CMPC, localizada en Talagante. Para llevar a cabo el modelo se identificaron los principales fenómenos involucrados en la etapa de secado y se utilizaron las ecuaciones que describen sus comportamientos para crear la base teórica del modelo. Luego se hizo una búsqueda bibliográfica que avalara los parámetros característicos de los fluidos y geometrías involucradas. Gracias a la simulación se logró identificar las variables manipulables más significativas en el proceso del secado siendo estas la velocidad del ventilador de recirculación, la temperatura del aire y la velocidad del cilindro. Estas variables son capaces de controlar el proceso con el fin de lograr los estándares de calidad del producto. Además se determina la condición actual del sistema demostrando su comportamiento a través de perfiles de humedad y temperatura, fijando variables de entrada y traduciendo los resultados en indicadores de salida. Asimismo se determina que la influencia del sistema de inyección de aire mediante capotas es transcendental para la etapa de secado, logrando un 64,2% de la evaporación del agua, mientras que el cilindro aporta con el 35,8% restante. Y finalmente se sugiere manipular la velocidad del ventilador pues tal cambio tiene mayor impacto sobre la calidad del papel, ya que su manipulación no incurre en gastos monetarios (referentes al consumo de gas natural). Además si se desea aumentar o disminuir la producción, se recomienda modificar la velocidad del cilindro secador.

En el siguiente trabajo se muestra el estudio de dos métodos combinados de deshidratado aplicados en frambuesas variedad Heritage y arándanos variedad O'Neal. En la primera instancia del deshidratado se utilizaron como pretratamientos la deshidratación osmótica, en la cual los frutos fueron inmersos en soluciones de sacarosa, y el secado por aire caliente, donde los frutos fueron expuestos a una corriente de aire horizontal. Durante estos procesos se evaluaron los efectos de las condiciones de proceso sobre las características físico-químicas, nutricionales y organolépticas de los frutos. En ambos tratamientos se obtuvieron cinéticas de comportamiento de las variables estudiadas. Una vez analizados los resultados, se procedió a la selección de las mejores condiciones de proceso que permitieron mantener en gran proporción todas las características de interés. Posteriormente, las muestras fueron sometidas a un secado por microondas para alcanzar la condición final establecida para el proceso: aw= 0.55 (WC: 15% bh). En ambos métodos combinados, se observó una rápida disminución de la actividad acuosa y aumento de la pérdida de pesos relacionados con la rápida disminución del contenido de agua, permitiendo así disminuir el tiempo de proceso. A su vez, todas las características organolépticas y nutricionales fueron afectadas por las microondas. En cuanto a la estabilidad microbiológica del producto, la misma fue comprobada mediante el almacenamiento de arándanos secos, sin presentarse crecimiento microbiano en el período estudiado, pero con modificaciones en el contenido acuoso y características organolépticas lo que puede llevar a que el producto no sea aceptable para los consumidores.

Una de las principales limitaciones del secado convectivo es la baja velocidad de secado. La aplicación de ultrasonidos de potencia puede aumentar la velocidad de secado sin producir un aumento significativo de la temperatura del material, lo cual resulta especialmente interesante en el secado de materiales sensibles al calor o en procesos realizados a bajas temperaturas. El principal objetivo de este trabajo ha sido determinar el efecto de los ultrasonidos de potencia en procesos de secado convectivo estableciendo la influencia de las principales variables del proceso. El sistema de aplicación de ultrasonidos consistió en un cilindro vibrante, que constituye la cámara de secado y transfiere la energía acústica a las partículas al ser excitado por un transductor piezoeléctrico tipo sándwich (21.7 kHz). A partir de las experiencias de secado de diferentes productos agroalimentarios (zanahoria, albaricoque, caqui y piel de limón) y su modelización, se pudo establecer una influencia significativa de la aplicación de ultrasonidos tanto en la resistencia interna como en la externa a la transferencia de materia. La intensidad de los efectos provocados por los ultrasonidos dependió del valor de las diferentes variables del proceso: velocidad y temperatura del aire, tipo de material tratado, densidad de carga y potencia aplicada. / García Pérez, JV. (2007). Contribución al estudio de la aplicación de ultrasonidos de potencia en el secado convectivo de alimentos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1890 / Palancia

Una gran parte de los alimentos estructurados pueden considerarse, de forma simplificada, constituidos por tres componentes: una matriz insoluble (que puede ser, por ejemplo, proteica, o compuesta por carbohidratos), agua y una serie de sólidos solubles (añadidos o no). Las relaciones de estos componentes entre sí, sus interacciones, y el modo en que varían durante determinados procesos industriales son factores que condicionan sus propiedades, tales como nutricionales y de calidad sensorial del producto final. Hasta ahora, los modelos usados para la descripción de estos alimentos dentro de la Industria Alimentaria se basan en una excesiva simplificación de su estructura, considerándolos formados por una, o a lo sumo dos fases, homogéneos e isótropos. Dentro de este panorama, la metodología SAFES (Systematic Approach to Food Enginering Systems) ha surgido como una herramienta para describir las relaciones estructura-propiedad en los alimentos y su relación con los procesos, reconociendo un nivel de complejidad adecuado, en cuanto a sus fases, componentes, y estado termodinámico. En la presente Tesis Doctoral, se ha realizado un análisis de las relaciones estructura-propiedad-proceso en alimentos con estructura basada en una matriz proteica (carne y queso), o basada en una matriz de carbohidratos (raíz de yuca y garbanzo), en relación a procesos de adsorción/desorción de agua, secado, deshidratación osmótica, rehidratación y cocción. Durante este trabajo se ha analizado la complejidad estructural de los alimentos utilizados, mediante el uso de herramientas adecuadas (SAFES), así como su comportamiento durante los procesos, obteniendo los correspondientes modelos matemáticos. Se ha validado el modelo propuesto por Fito et al. (2001) para sistemas cárnicos salados además de desarrollarse un modelo termodinámico de predicción de la aw en quesos. Se ha estudiado el proceso de deshidratación en tejido de yuca, observándose un peculiar comportamiento de esta raíz, ........ / Chenoll Cuadros, MDLC. (2008). Relaciones agua-solutos-matriz insoluble en algunos sistemas alimentarios [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2929 / Palancia

En la fritura al vacío, el alimento se procesa a presión subatmosférica en un sistema cerrado, lo que permite disminuir la temperatura de ebullición del agua y, por tanto, la temperatura de fritura. Además de un menor contenido en grasa, conserva mejor el color y el sabor natural de los alimentos, también por la baja temperatura y el bajo contenido de oxígeno se prolonga la vida útil del aceite. Adicionalmente se previene la formación de acrilamida en productos propensos a ello. El objetivo de este trabajo fue estudiar la influencia de la temperatura y el nivel de vacío sobre la pérdida de agua de láminas de manzana (var. Granny smith) durante la fritura al vacío, así como en la absorción de aceite. Primeramente se procedió a diseñar y construir un sistema de fritura al vacío, para determinar las cinéticas de pérdida de agua, así como el coeficiente de difusión efectivo (Deff) y la energía de activación (Ea), analizando la influencia de la temperatura y la presión sobre dichos parámetros. El trabajo experimental se desarrolló en dos etapas: en una se procesó a presión atmosférica y en la otra, al vacío. En las experiencias a presión atmosférica (101.3 kPa) se consideraron las temperaturas de 140, 150, 160 y 170 ºC y los tiempos de fritura de 30, 60, 90, 120 y 150 s. Al vacío, se aplicaron tres niveles de presión (18.6, 13.3 y 8 kPa) a 80, 90, 100, 110 y 120 ºC (30, 60, 90, 120, 150, 180 y 300 s). Cada experimento se realizó por duplicado utilizando cuatro láminas de 2 mm de espesor. En la fritura al vacío, las curvas de pérdida de agua presentaron la forma típica de las de secado en el período decreciente, de forma semejante a la de presión atmosférica y a las reportadas en la literatura para fritura al vacío. Se empleó un modelo difusivo para una lámina infinita para modelar las cinéticas de pérdida de agua. La concordancia del modelo fue buena (% var > 99%). Los valores de Deff determinados se encuentran dentro del intervalo general para deshidratación de alimento / Bravo Vasquez, JE. (2008). Contribución al estudio de la fritura al vacío: deshidratación de rodajas de manzana [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3401 / Palancia