Influencia de la temperatura y el espesor en la deshidratación de zapallo calabaza en secadero axial
Róbalo Santos M.(1,2)
(1) Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, TECSE, Olavarría, Buenos Aires, Argentina.
(2) CONICET, Olavarría, Buenos Aires, Argentina.
Resumen
El presente trabajo analiza la cinética de secado de rodajas de zapallo calabaza en un secadero axial de bandejas. Se evaluaron dos espesores (0,3 y 0,5 cm) y dos temperaturas de operación (44 °C y 64 °C), registrándose la evolución del contenido de humedad y la velocidad de secado. Los resultados muestran que las muestras más delgadas y expuestas a mayor temperatura alcanzaron más rápidamente el equilibrio, confirmando que el espesor y la temperatura son factores críticos en la eficiencia del proceso. Estos hallazgos indican la importancia de optimizar las condiciones de operación para mejorar la calidad del alimento y reducir los tiempos de secado.
Keywords: Zapallo / secado / deshidratación
Abstract
This study analyzes the drying kinetics of pumpkin slices using a tray axial dryer. Two thicknesses (0.3 and 0.5 cm) and two drying temperatures (44 °C and 64 °C) were evaluated, recording the evolution of moisture content and drying rate. Results showed that thinner samples and higher drying temperatures led to faster moisture reduction and shorter drying times, confirming the critical role of thickness and temperature in the efficiency of the process. These findings highlight the importance of optimizing operating conditions to improve quality and reduce drying time.
Keywords: Pumpkin / drying / dehydration
1 Introducción
El secado es uno de los métodos de conservación más utilizados en productos agroalimentarios, ya que permite reducir el contenido de agua y, en consecuencia, limitar el crecimiento microbiano y las reacciones de deterioro (Mujumdar, 2006). Entre los equipos más empleados para este fin se encuentran los secaderos convectivos, en los cuales el aire caliente circula a través del material facilitando la transferencia de calor y masa.
El zapallo calabaza constituye un producto de interés debido a su alto contenido de agua y su amplio consumo en la dieta regional. La deshidratación controlada de este alimento no solo extiende su vida útil, sino que también posibilita la obtención de productos intermedios que conservan propiedades sensoriales y nutricionales. El secado convectivo es una técnica ampliamente usada para conservar productos vegetales, ya que reduce el contenido de agua y, con ello, el deterioro microbiano. En el caso del zapallo calabaza —producto de alto contenido hídrico— la deshidratación adecuada puede prolongar su vida útil y facilitar su procesamiento . Estudios previos han demostrado que tanto la temperatura del aire como el grosor de la muestra son variables determinantes en la eficiencia del secado (Limpaiboon, 2003). En este trabajo se analizó el proceso de secado de rodajas de zapallo calabaza en un secadero de flujo axial, con el objetivo de comparar la cinética de pérdida de humedad en función de dos parámetros principales: la temperatura del aire y el espesor de la muestra. El estudio incluyó la determinación de curvas de humedad y de velocidad de secado, a fin de evaluar el comportamiento del material bajo diferentes condiciones de operación.
2 Metodología
El trabajo se llevó a cabo en un secadero de bandejas. Este equipo está compuesto por un conducto que transporta aire a condiciones controladas de temperatura y velocidad, generado por un ventilador de flujo axial cuya velocidad es regulable hasta un máximo de 1,5 m/s. El aire atraviesa un sistema de calentamiento eléctrico con resistencias, que permite elevar su temperatura hasta 80 °C a bajas velocidades. Posteriormente, el flujo se distribuye sobre cuatro bandejas, donde se dispone el material a secar. A continuación, se muestra un esquema del equipo empleado:
Mediante el registro periódico del peso del material a lo largo del proceso, es posible construir la curva de humedad del sólido, definida como la relación entre la masa de agua y la masa de sólido seco (X = masa de agua/masa de sólido seco) en función del tiempo. A partir de esta información se obtiene también la curva de velocidad de secado (N), expresada como la cantidad de agua evaporada por unidad de tiempo y área superficial expuesta (Treybal, 1997) (Foust, n.d.). Esta magnitud se representa gráficamente en función de la humedad del sólido.
La velocidad de secado se determina mediante la siguiente relación: \[ N = -\frac{S_S}{A} \cdot \frac{dX}{dt} \] Siendo: SS, la masa de sólido seco; A, el área de secado y dX/dt, el cociente entre diferencias de humedades y tiempo en intervalos consecutivos.
La curva de velocidad de secado se caracteriza por presentar dos etapas principales: un período de velocidad constante y otro de velocidad decreciente. En la primera fase, la tasa de evaporación del agua en la superficie del sólido es equivalente a la tasa de difusión del agua desde el interior hacia la superficie. Como consecuencia, la velocidad de secado se mantiene constante, la superficie del material permanece húmeda y el agua eliminada en esta etapa se denomina humedad no ligada.
A medida que avanza el proceso, comienzan a generarse zonas secas en la superficie del sólido. En este punto, el contenido de humedad alcanza un valor crítico (Xc), lo que marca el fin del período de velocidad constante y el inicio de la etapa de secado con velocidad decreciente.
Durante esta segunda fase, la llegada de agua a la superficie ocurre a una velocidad menor que la de su evaporación. El secado continúa hasta que el sólido alcanza un contenido de humedad denominado humedad de equilibrio (X*), condición en la cual el sólido y el gas circundante se encuentran en equilibrio y cesa la transferencia de masa. El agua eliminada en esta etapa se conoce como humedad ligada.
3 Resultados
3.1 Humedad inicial del sólido
A continuación, se presentan los valores determinados para la humedad inicial del zapallo calabaza (AOCS, 1997), obtenidos de acuerdo con la metodología previamente descripta.
| Muestra | Masa húmeda (g) | Masa seca (g) | Masa de agua (g) | X0 (g agua/g sólido seco) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 2.64 | 0.435 | 2.205 | 5.069 |
| 2 | 2.50 | 0.422 | 2.078 | 4.924 |
| 3 | 2.16 | 0.346 | 1.814 | 5.243 |
El contenido inicial de humedad de las muestras se determinó promediando los valores obtenidos, resultando en un valor medio de ( X0 = 5.079 g agua/g sólido seco). Se realizaron dos ensayos experimentales distintos, en los que se varió la temperatura (°C). Las dimensiones de las muestras fueron de 1.8 cm de longitud, 1.6 cm de ancho y espesor variable (0,3 y 0,5 cm).
| Corrida | Tbs (°C) | Tbh (°C) | T equipo (°C) | Velocidad (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 26.8 | 23.8 | 44 | 1.12 |
| 2 | 27.0 | 22.0 | 64 | 1.12 |
Para cada sólido se registró la masa del mismo a intervalos regulares de tiempo. El sólido seco presentaba poca distorsión respecto de la forma inicial y conservaba las propiedades organolépticas (sabor, olor). Fue posible, teniendo en cuenta la humedad inicial (X0), hallar la humedad para cada intervalo. Con ello, se realizan los siguientes gráficos de curvas de humedad.
La Figura 1 muestra la evolución del contenido de humedad en base seca (g agua/g sólido seco) en función del tiempo de secado para rodajas de zapallo calabaza con espesores de 0,3 cm y 0,5 cm, bajo dos corridas experimentales a temperaturas de 44 °C y 64 °C. En todos los casos se observa una disminución progresiva de X con el tiempo, típica de procesos de secado convectivo, alcanzando valores cercanos a 1 g agua/g SS al final del ensayo.
Al comparar los espesores, las muestras de 0,3 cm presentan una pérdida de humedad más rápida respecto a las de 0,5 cm, lo cual se atribuye a la mayor superficie expuesta y menor resistencia interna a la transferencia de masa. Este comportamiento se refleja en una pendiente más pronunciada de las curvas correspondientes a 0,3 cm, independientemente de la corrida realizada.
Por otro lado, la comparación entre corridas evidencia un efecto moderado de la temperatura sobre la cinética de secado. En ambas condiciones de espesor, los ensayos realizados a 64 °C mostraron una reducción más acelerada del contenido de humedad respecto a los de 44 °C, alcanzando valores de equilibrio en menor tiempo. Este efecto es más notorio en las muestras de mayor espesor, donde la diferencia de pendiente entre las corridas a 44 y 64 °C se hace más marcada.
En conjunto, los resultados confirman que tanto el espesor de la muestra como la temperatura de secado son factores determinantes en la velocidad de deshidratación del zapallo calabaza. Las muestras más delgadas y expuestas a mayor temperatura favorecen una mayor rapidez de secado, lo cual resulta consistente con lo reportado previamente para otros productos vegetales.
En la Figura 2 se presentan las curvas de velocidad de secado (N) en función del contenido de humedad (X) para las rodajas de zapallo procesadas en el secadero axial. Se observa que, en todos los casos, la rapidez de secado disminuye progresivamente a medida que avanza el proceso y el contenido de humedad se reduce. Las muestras con menor espesor (E=0,3 cm) presentaron mayores valores de velocidad en las primeras etapas, lo que indica una transferencia de masa más eficiente en comparación con las de mayor espesor (E=0,5 cm). Asimismo, las diferencias entre los grupos replicados se mantuvieron dentro de un rango similar, lo que evidencia la reproducibilidad de las condiciones de operación. Estos resultados son consistentes con el comportamiento típico del secado de productos agroalimentarios (Chinè, 2015), (Overhults, White, Hamilton, & Ross, 1973), donde la resistencia interna a la difusión de la humedad se incrementa con la disminución del contenido de agua.
Conclusiones
El análisis de las curvas de secado y de velocidad de evaporación permitió establecer que tanto la temperatura del aire como el espesor del sólido son factores determinantes en la cinética de deshidratación del zapallo calabaza.
Los resultados mostraron que las muestras más delgadas (0,3 cm) alcanzaron menores contenidos de humedad en tiempos más cortos, debido a la mayor superficie expuesta y la menor resistencia interna a la transferencia de masa. Asimismo, un aumento en la temperatura de secado (de 44 °C a 64 °C) favoreció la reducción más rápida del contenido de agua, efecto particularmente evidente en las rodajas de mayor espesor.
La optimización del proceso de secado del zapallo calabaza requiere considerar simultáneamente las condiciones de operación y las características geométricas del producto. Estos hallazgos resultan consistentes con el comportamiento reportado en otros productos vegetales y evidencian la relevancia del control de parámetros de secado en la industria agroalimentaria.
Agradecimientos
La autora agradece al Ing. Ricardo R. Palma (Palma & Masera, 2024) por haber compartido sus conocimientos y experiencia en el curso de posgrado “De la Hipótesis a la Tesis” dictado en la Facultad de Ingeniería (UNICEN). Este curso ha sido de suma importancia para incorporar herramientas innovadoras en el desarrollo de una tesis doctoral.