REPORTE DE ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE PRÁCTICO EXPERIMENTAL

Nombre de la Asignatura Transferencia de calor y masa

Unidad N° 5 Transferencia simultánea de calor y masa

Tema N° 2 Vaporización de un líquido

José Acosta, Kevin Aldás, Mary Guamán, Alejandra Rivera, Michelle
Integrantes
Tubón.

Introducción (1 pt)
Un ejemplo claro de la trasferencia de calor y masa es la deshidratación de productos
naturales para eliminar la humedad retenida en el sólido. En muchos casos, el objetivo de
dicha operación es la preservación del producto, dado que la deshidratación limita
generalmente algunas reacciones de deterioro o el crecimiento microbiano. Así mismo
mediante el secado se logra una reducción significativa del volumen del producto,
facilitando el transporte y almacenamiento del mismo (Rovedo, 1994). Esto involucra la
trasferencia simultanea de calor y masa el agua líquida y el aire húmedo puesto que en la
superficie húmeda del material de empaque se tiene una capa de agua, a la temperatura t w ,
y sobre ella fluye una corriente de aire con velocidad, temperatura y humedad absoluta (w),
cuyos valores permanecen esencialmente constantes en las regiones de flujo alejadas de la
superficie del líquido (Domínguez & Alarcón, 2002).

Para el análisis experimental el cálculo de equilibrio de fases a baja presión, teniendo en

cuenta que la fase vapor y la fase líquida se encuentran en equilibrio a la misma
temperatura y presión, cumpliéndose que la fugacidad del líquido del componente i es
(v) (L)
igual a la fugacidad del vapor del componente i , por lo tanto f i =f i . Al realizar la
predicción del ELV a baja presión de los compuestos principales del aceite esencial de
cidrón (citral, limoneno, α-pineno), se realizó teniendo en cuenta que a bajas presiones las
interacciones entre moléculas de distintas especies en la fase vapor disminuyen,
permitiendo suponer que la fase vapor tiene un comportamiento de gas ideal y en la fase
líquida se tienen en cuenta las desviaciones con respecto a la solución idealizada (Cardona
& Toro, 2012).

Objetivos (1 pt)
Analizar el coeficiente de difusión de vapor de agua en las muestras de alimento durante el
secado.
Explicar el efecto de la velocidad y la temperatura de secado en la difusión de vapor de
agua.
Determinar el efecto del contenido inicial de humedad y la humedad relativa del aire en la
difusión de vapor de agua.

Metodología (1 pt)
 Ingreso a simulador. 

 Ingresar las condiciones de alimentos durante el secado (Concentración y

Temperatura). 

 Exportar los datos obtenidos de los alimentos durante el secado. 

 Calcular la MC base seca, razón MC y ln razón MC a través de una tabla de Excel. 

 Generar graficas pertinentes para la obtención de coeficiente de difusión de vapor

de agua de muestras de alimentos.

 Generar la gráfica de correlación experimental y cinética. 

 Obtener los coeficientes de correlación de R de las diferentes condiciones. 

 Exportar los datos obtenidos de Excel al documento Word.

 Realizar los cálculos pertinentes con los datos obtenidos.

 Realizar una réplica de datos obtenidas de la primera ronda.

 Analizar los datos obtenidos de los otros grupos. 

Resultados (4 pts)

Tabla 1. Valores de contenido de humedad, velocidad de aire, temperatura, emitidos en la

ronda número 1.

Ronda 1
Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo
#1 #2 #3 #4 #5 #6 #7
Contenido
Inicial de 60 60 60 60 60 60 60
Humedad
(%Peso)
Velocidad 1 5 9 13 17 21 25
del aire
 (m/s)
Humedad
relativa del 5 5 5 5 5 5 5
aire (%)
Temperatura 40 49 58 67 76 85 94
de aire (°C)

Tabla 2. Valores de contenido de humedad, velocidad de aire, temperatura,

emitidos en la ronda número 2.
Ronda 2
Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo
#1 #2 #3 #4 #5 #6 #7
Contenido
Inicial de 75 75 75 75 75 75 75
Humedad
(%Peso)
Velocidad 1 5 9 13 17 21 25
del aire
(m/s)
Humedad
relativa del 33 33 33 33 33 33 33
aire (%)
Temperatura 40 49 58 67 76 85 94
de aire (°C)

Tabla 3. Valores correspondientes a los coeficientes de difusividad del vapor (2 réplicas).

Grup Coeficiente de difusividad del vapor Coeficiente de difusividad del vapor

o. Replica 1 Replica 2
1 1,42E-09 3,20E-10
2 1,59E-09 4,70E-10
3 1,78E-09 6,66E-10
4 2,03E-09 4,05E-09
5 1,30E-07 3,04E-08
6 1,41E-07 7,40E-08
7 2,54E-09 1,42E-07

Tabla 4. Valores experimentales [Ronda 1].

Variables Valores
Virtual Experiment #1
Thickness of Potato Slab (mm) 10
Weight of Potato Sample (g) 26.38
Initial Moisture Content (% w,b,) 60
Air Velocity (m/s) 21
 Relative Humidity of Air (%) 5
Temperature of Air (oC) 85
Equilibrium Moisture Content (% w,b,) 0.5
Total Drying Time (min) 14400

CALCULOS DEMOSTRATIVOS
 Masa humeda

peso de la muestra de papa ( g )∗contenido de humedad inicial

masa húmeda=
100

26.38 g∗60 %
masa húmeda=
100 %
masa húmeda=15.828 g
 Masa Seca
Masa seca= peso de la muestra de papa ( g )−masa humeda( g)
Masa seca=26.38 g−15.828 g
Masa seca=10.552 g
 % de humedad en base seca
peso de la muestra de papa−masa seca
M C base= ∗100
masa seca
26.38 g−10.552 g
M C base= ∗100
10.552 g
M C base =150
 Razón del porcentaje de humedad en base seca para el tiempo de 60
MC base −Contenidode humedad en equilibrio
Razón MC=
MC base , t=0 contenido de humedad en equilibrio

137.348409−0.5
Razón MC=
150−0.5

Razón MC=¿0.915374
 Ln de la Razón del porcentaje de humedad en base seca

L n ( Razón MC )=ln ( 0.915374 )

L n ( Razón MC )=0.0884225
Tabla 5. Valores del peso de la muestra, peso en seco y razón MC [Ronda 1].
Time (s) Weight of the Sample (g) MC Base seca Razón MC ln (razón MC)
0 26.38 150 1 0
60 25.04500414 137.3484092 0.91537397 -0.08842258
120 24.49203075 132.1079487 0.88032073 -0.12746898
180 24.06771934 128.0868019 0.85342342 -0.15849946
240 23.71000828 124.6968184 0.83074795 -0.18542884
300 23.39485851 121.710183 0.81077045 -0.2097703
360 23.10994133 119.0100581 0.79270942 -0.23229856
420 22.84793295 116.5270371 0.77610058 -0.25347315
480 22.6040615 114.2158974 0.76064145 -0.27359318
540 22.37501242 112.0452276 0.74612192 -0.29286626
600 22.15837242 109.9921571 0.73238901 -0.31144347
660 21.95231966 108.0394206 0.71932723 -0.32943891
720 21.75543879 106.1736049 0.70684686 -0.34694125
780 21.56660434 104.3840441 0.69487655 -0.36402108
840 21.38490396 102.6620921 0.68335848 -0.3807357
900 21.20958604 101.0006259 0.67224499 -0.39713244
960 21.04002294 99.39369727 0.6614963 -0.41325088
1020 20.8756844 97.83628128 0.6510788 -0.42912459
1080 20.71611807 96.32409089 0.64096382 -0.44478227
1140 20.56093476 94.85343782 0.63112667 -0.46024868
1200 20.40979721 93.42112596 0.62154599 -0.47554537

0
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
-0.5 f(x) = − 0.000231637700025361 x − 0.206492454002926
R² = 0.999991278058448
-1

-1.5

-2
Ln

-2.5

-3

-3.5

-4
Tiempo

Gráfica 1. Tiempo vs. In [Ronda 1]

Tabla 6. Resultados de Difusión de vapor, espesor, pendiente [Ronda 1].

Variables Valores
Espesor (mm) 10
 Pendiente 1.39 E-02
Difusión de vapor 1.41E-07

Ronda 2
Tabla 7. Valores experimentales [Ronda 2].

Virtual Experiment #1
Thickness of Potato Slab (mm) 10
Weight of Potato Sample (g) 26.38
Initial Moisture Content (% w,b,) 75
Air Velocity (m/s) 21
Relative Humidity of Air (%) 33
Temperature of Air (oC) 85
Equilibrium Moisture Content 0.5
(% w,b,)
Total Drying Time (min) 14400

Tabla 8. Valores del peso de la muestra, peso en seco y razón MC [Ronda 2].

Time (s) Weight of the Sample (g) MC Base seca Razón MC ln (razón MC)
0 26.38 300 1 0
60 25.17589557 281.7421617 0.93903894 -0.06289833
120 24.67713918 274.1795175 0.91378804 -0.09015664
180 24.29442994 268.3764965 0.89441234 -0.11158838
240 23.97179113 263.4843235 0.87807787 -0.13001999
300 23.68754063 259.1742325 0.86368692 -0.14654494
360 23.43055854 255.2776124 0.8506765 -0.16172336
420 23.19423912 251.6943005 0.83871219 -0.17588767
480 22.97427836 248.359035 0.82757608 -0.18925424
540 22.7676867 245.2264852 0.81711681 -0.20197322
600 22.57228745 242.2636459 0.80722419 -0.21415384
660 22.38643739 239.445601 0.79781503 -0.2258785
720 22.20885989 236.752993 0.78882468 -0.23721118
780 22.03853972 234.170428 0.78020176 -0.24820272
840 21.87465375 231.6854246 0.77190459 -0.25889433
900 21.71652358 229.2876965 0.76389882 -0.26931993
960 21.56358227 226.9686469 0.75615575 -0.27950791
1020 21.41535024 224.7210043 0.7486511 -0.28948223
1080 21.27141754 222.5385525 0.74136412 -0.29926339
1140 21.13143046 220.4159281 0.73427689 -0.30886909
1200 20.99508128 218.3484652 0.72737384 -0.31831471

Gráfica 2. Tiempo vs In [Ronda 2]

Tabla 9. Resultados de Difusión de vapor, espesor, pendiente.

Variables Valores
Espesor (mm) 10
Pendiente 7.30 E-03
Difusión de vapor 7.40E-08
Discusión (1 pts)
En este caso, se obtuvo acceso a un proceso de secado simultáneo de transferencia de
calor y masa es decir en este proceso se llevó a cabo la eliminación de agua por aplicación
de calor. Particularmente, en los alimentos a nivel industrial suelen utilizarse ventiladores
industriales (aire seco) conjunto a una fuente de calor, tal y como se evidencian en los
datos de la ronda y 1, 2 las variables de transferencia de masa y energía tienden a
maximizarse al interactuar con la fuente de aire puesto que acelera el proceso de
eliminación de las moléculas de humedad(Sceni & Rembado, 2009).

Según Pérez, (2000), indica que los valores correspondientes al coeficiente de difusión y de
transferencia por lo general inciden directamente al tiempo de secado, análogamente Welti-
Chanes y sus colaboradores (2005), indican que para la obtención de la variable D (Coe.
Difusión), es necesario registrarse la variabilidad de peso que sufre el alimento en análisis
conjunto a los distintos valores de humedad apreciables en las tablas (5, 8)
correspondientes a la ronda 1 y 2 respectivamente.

De acuerdo a la tabla 1 y 2, se observan los datos de las diferentes rondas que se

ocuparon por equipo, no obstante, todos los valores que se tomaron son similares con la
excepción de la velocidad del aire que ocupa unidades de m/s y de la temperatura en °C;
respecto a las rondas 1 y 2 todos los datos varían, sin embargo, se trabaja con las mismas
temperaturas y velocidades del aire para ambas rondas. Con esas consideraciones se
observan cambios en los datos finales obtenidos para cada una de las rondas; en este caso
se ocupan los datos respectivos del grupo 6; los datos finales obtenidos para la ronda 1 se
muestran en la tabla 6 y para la ronda 2 en la tabla 9; la velocidad y temperatura
aparentemente no tienen efecto y que, la diferencia que se muestra en los datos
corresponden a los cambios generales de contenido inicial de la humedad dada en
porcentaje en peso y la humedad relativa del aire en porcentaje en cada uno de los grupos
(Larrosa et al., 2016).

Reconsiderando los cambios por grupo, las diferentes temperaturas y velocidades son las
que determinan el valor de la difusión de Vapor; es decir, los porcentajes de las humedades
tienen efecto en las rondas 1 y 2 de cada grupo, mientras que las temperaturas y
velocidades tienen efecto directo con el resultado de las difusiones de vapor general, ya
que son las que aunque se mantienen con los mismos valores por grupo en las rondas, son
los únicos que cambian para cada grupo; los resultados se muestran en la tabla 3 (Corzo et
al., 2011).

El efecto de variación provocado por el mecanismo de transferencia simultaneo de calor y

masa en secado se evidencia en la alteración de dos parámetros específicos (contenido de
humedad inicial y humedad relativa) siendo estos para la ronda 1 el contenido inicial de
humedad fue de 60 % en comparación con la ronda 2 que fue del 75%, con la variación de
estos datos se demuestra el índice de estabilidad que tiene un alimento ya que es
reconocido como un factor decisivo en los procesos industriales como por ejemplo en la
molienda en los cereales (Universidad de Zaragoza, 2014). Por otra parte, la humedad
relativa del aire también tuvo una variación empezando con un valor de 5% para el caso de
la ronda 1 y 33% para la ronda 2, en este caso si la humedad relativa llegara a presentar un
aproximado del 100% el mecanismo de transferencia de calor y masa no tendrá a ocurrir
cabe recalcar que este se encontrara saturado a este intervalo de humedad (Cengel &
Ghajar, 2011).

Conclusiones (1 pt)
 De acuerdo al proceso que se llevó a cabo para la deshidratación del alimento se
analizó el coeficiente de difusión (0,915374) debido a que en este proceso se
produce la transferencia de masa y energía, los mismos que se maximizan al estar
en contacto con el aire debido a que el alimento pierde humedad, además para
llegar a la deshidratación hay que tener en consideración diversos factores como
velocidad de aire, humedad relativa del aire, temperatura del aire. Cabe mencionar
que el coeficiente de difusión está ligado directamente al tiempo que tarda el
alimento en secarse.
 Según la simulación desarrollada se llegó a la conclusión que las variables;
velocidad y temperatura no influyen en el proceso de difusiones de vapor general
porque estas no varían en relación a los datos proporcionados a cada grupo de
trabajo, la razón por la cual se observa variaciones en la gráfica 1 y 2 es por el
porcentaje de humedad inicial que contiene el alimento (peso) y la humedad del
aire.
 Evidentemente se determinó que el contenido inicial de humedad del alimento y la
humedad relativa del aire en relación a la difusión de vapor de agua es provocado
por la trasferencia paralela de calor y masa que ocurre dentro de un sistema, sin
embargo al modificar los valores iniciales de humedad se obtiene el índice de
estabilidad que presenta el alimento, además es importante que el valor de la
humedad relativa sea menor al 100 % ya que caso contrario el mecanismo de
transferencia de calor y masa no se generar en el sistema.
Recomendaciones (0,5 pts)
 Los datos de Excel deberán colocar de forma más ordena y poder mostrar solo 4
décimas máximo para poder comprender mejor.
 Los datos de contenido de humedad de los alimentos que se han secado
experimentalmente permitirán colocar con diverso grosor.
 Demostración de gráficas al realizar una repetición del experimento en diversas
condiciones para obtener la difusión del vapor de agua.

Bibliografía (0,5 pts)

Cardona, C., & Toro, L. (2012). Simulación del proceso de concentración de aceite esencial
de Cidrón (Lippia citriodora) por destilación molecular de película descendente.
CHEMICAL ENGINEERING, 14(1), 107–120.
https://www.redalyc.org/pdf/2913/291323571009.pdf

Cengel, Y., & Ghajar, A. (2011). Transferencia simultanea de calor y masa. In Transferencia
de calor y masa (pp. 8–921). México.

Corzo, O., Bracho, N., Rodríguez, J., Pereira, A., & Vásquez, A. (2011). Determinación
experimental del coeficiente de difusión del agua durante el secado de láminas de
coroba. SABER. Revista Multidisciplinaria del Consejo de Investigación de la
Universidad de Oriente, 23(1), 36-42.

Domínguez, I., & Alarcón, T. (2002). TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA EN UNA

COLUMNA VERTICAL EMPACADA, PARA LA DESTILACIÓN SOLAR DE AGUA. In
Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. (CIMAV).
http://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1004/1162

Larrosa, V. J., Lorenzo, G., Zaritzky, N. E., & Califano, A. N. (2016). Modelado matemático
del secado de pastas libres de gluten en relación a la temperatura y humedad relativa
del aire. Innotec.

Pérez, L. (2000). Propiedades térmicas de los alimentos.

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/1261/Capitulo4.pdf
Sceni, P., & Rembado, F. (2009). Colecci Colección: LAS CIENCIAS NATURALES Y LA
MATEM n: LAS CIENCIAS NATURALES Y LA MATEMÁTICA TICA Distribución de
carácter gratuito. ADVERTENCIA: Vol. III. Trébol.
http://www.ifdcvm.edu.ar/tecnicatura/Ciencias_Nat_y_las_Matematicas/11.pdf

Welti-Chanes, J., Gómez-Palomares, O., Vergara-Balderas, F., & Maris-Alzamora, S.

(2005). APLICACIONES DE INGENIERIA Y FENOMENOS DE TRANSPORTE AL
ESTUDIO DE LA TRANSFERENCIA CONVECTIVA DE CALOR EN ALIMENTOS
ENVASADOS ENGINEERING AND TRANSPORT PHENOMENA APPLICATIONS TO
CONVECTIVE HEAT TRANSFER STUDY FOR CANNED FOODS. Redalyc, 4, 89-
106. https://www.redalyc.org/pdf/620/62040108.pdf