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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN DESHIDRATADOR DE MANZANA POR EL MÉTODO DE CONVECCIÓN FORZADA

EMPLEANDO LA TÉCNICA DE SECADO POR ENERGÍA RADIANTE.

TRABAJO TERMINAL DE PROYECTOS DE INGENIERÍA

Que para obtener el título de

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTAN:

BRUNO HERNÁNDEZ MAYRA ERIKA

DELGADILLO MENDOZA DIEGO EDUARDO

RIVAS VARGAS CINTHIA BERENICE

ASESORES:

VALVERDE TRUJILLO ERASMO

DR. RODRIGO LÓPEZ CÁRDENAS

SANCHEZ MARTINEZ FERNANDO LAURO

MÉXICO, D.F. JULIO 2015

Agradecimientos.

1. Diego Eduardo Delgadillo Mendoza.

A mi madre:

Lo hago de Cora para la linda mujer que fue mi inventora, consejera, cocinera, amiga y

doctora. La mejor mama del mundo yo me saque ese boleto agradecerte todo en esta hoja no

completo nunca falto un consejo tuyo cuando estuve en aprietos y agradezco que me hayas

dado los cimientos para todo lo que estoy construyendo. Te amo mama infinitas gracias

A mí siempre querida segunda familia:

Creo que no encontrare jamás en mi camino personas tan magnificas como ustedes que me

apoyaron y ayudaron tanto en esta etapa de mi vida que marcaron la misma.

Doña Lili:

Mi segunda mama, siempre me enseño que debo luchas por lo que quiero y a ser fuerte en

todo, siempre estuvo hay para cualquier cosa que necesite y para ayudarme en todo siempre

estará en cada logro y en cada meta cumplido.

Don Paco:

Usted me enseño que el mundo no es color de rosa y aponer los pies en la tierra, a aterrizar

mis ideas y que no hay imposibles. Pero sobre todo que la familia siempre será lo primero

Don Luis:

Siempre supo cómo ayudarme sin decir mucho, supo cómo darme ánimos sin tratar de hacerlo

gracias por siempre apoyarme en todo y por las cosas que aprendí de usted.

A mi pequeño hermano, mi cachorro gracias por darme esa fuerza para seguir día con día

“Ustedes siempre serán los pilares de mi vida”

Tú me enseñaste que caer está permitido, pero que levantarse es obligatorio, me diste todas

las emociones que puede tener un ser humano por eso y por todo siempre gracias.

“Siempre seremos aliados”

2. Cinthia Berenice Rivas Vargas.

Sabiendo que jamás existirá una forma de agradecerles una vida de sacrificios y esfuerzos, y

que nuca podre pagar todos sus desvelos ni con las riquezas más grandes del mundo quiero

que sientan que el objetivo logrado es de ustedes ya que significan la inspiración y el apoyo

que me dio la fuerza para culminar mi carrera.

Con amor, admiración y respeto.

A mis padres y hermana.

*En esta vida y en las siguientes…

“Diseño y construcción de un deshidratador de manzana mediante radiación infrarroja”

2

CONTENIDO OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................................... 6

OBJETIVOS PARTICULARES .............................................................................................................. 6

JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................................. 7

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................................... 8

Capítulo 1 Introducción. ................................................................................................................. 9

Capítulo 2 Marco Teórico. ............................................................................................................. 10

2.1 Tecnología de frutas y hortalizas....................................................................................... 10

2.2 Estructura de las frutas. .................................................................................................... 11

2.2.1 Composición de las frutas. ........................................................................................ 12

2.2.2 Textura de las frutas. ................................................................................................. 12

2.2.3 Sabor y olor de las frutas. .......................................................................................... 14

2.2.4 Color de las frutas. .................................................................................................... 15

2.3 Aspectos generales de la manzana. .................................................................................. 16

2.4 Definición de deshidratación. ........................................................................................... 17

2.5 Definición de secado. ........................................................................................................ 18

2.6 Secado de alimentos. ........................................................................................................ 19

2.6.1 Métodos de secado de los alimentos. ...................................................................... 20

2.7 Radiación infrarroja. .......................................................................................................... 21

2.7.1 Aplicaciones del infrarrojo. ....................................................................................... 23

2.7.2 Secado asistido infrarrojo.......................................................................................... 24

2.8 Interfaz .............................................................................................................................. 25

2.8.1 Aplicación. ................................................................................................................. 25

2.8.2 LabView. .................................................................................................................... 26

2.8.3 Java. ........................................................................................................................... 26

2.8.4 MatLab. ..................................................................................................................... 27

2.8.5 Visual Basic. ............................................................................................................... 27

Capítulo 3 Desarrollo. .................................................................................................................... 28

3.1 Materia Prima.................................................................................................................... 28

3.1.1 Preparación de la muestra. ....................................................................................... 28

3.2 Determinación de la distancia entre la lámpara y la charola. ........................................... 30

http://www.google.com.mx/imgres?imgurl=http://logo-city.org/data_images/1812/57D/33951.png&imgrefurl=http://logo-city.org/tag/education/page/59/&h=289&w=289&tbnid=GyrU3cLGNfs5yM:&zoom=1&docid=Wr3sHbOsb8prxM&ei=YQ_YVJruCMGuyASqzoDQDw&tbm=isch&ved=0CFUQMyhNME04yAE


3

3.3 Elección del gabinete. ....................................................................................................... 30

3.3.1 Elección Material de la estructura del horno de microondas. .................................. 30

3.4 Sensores ............................................................................................................................ 31

3.4.1 Sensor de temperatura ............................................................................................. 31

3.4.2 Sensor de Humedad .................................................................................................. 32

3.5 Sistema de control............................................................................................................. 39

3.5.1 Sistema de control Humedad. .................................................................................. 40

3.5.2 Control de temperatura. ........................................................................................... 43

3.5.3 Control de interrupción ............................................................................................. 45

3.6 Etapa de Potencia .............................................................................................................. 46

3.6.1 Triac ........................................................................................................................... 46

3.6.2 Moc ............................................................................................................................ 48

3.7 Construcción de Prototipo ................................................................................................ 48

3.7.1 Integración de etapas ................................................................................................ 56

3.7.2 Chasis Principal .......................................................................................................... 57

3.8 Diseño de la interfaz. ......................................................................................................... 59

Capítulo 4 Análisis de costos ........................................................................................................ 60

4.1 Costos del diseño e instalación del proyecto. ................................................................... 60

4.2 Tiempo hora/hombre. ....................................................................................................... 63

4.3 Gastos de operación de la empresa. ................................................................................. 63

4.4 Precio de venta al cliente. ................................................................................................. 64

CONCLUCIONES. .............................................................................................................................. 65

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 66

GLOSARIO. ....................................................................................................................................... 68

ANEXOS ............................................................................................................................................. 69



4

Contenido de figuras.

Figura 2.1. Estructura de la célula vegetal. .................................................................................. 11

Figura 2.2. Estructura de la fruta. .................................................................................................. 12

Figura 2.3. El que tiene más agua le da al que tiene menos para igualar la condición. ........ 14

Figura 2.4. Representación conceptual de los mecanismos de transferencia de calor: A.

convección; B. Conducción; C. Radiación .................................................................................... 19

Figura 2.5. Espectro de ondas electromagnéticas. ..................................................................... 21

Figura 2.6. Representación conceptual de la extinción de la radiación (absorción, reflexión y

transmisión). .................................................................................................................................... 22

Figura 2.7. Representación conceptual del secado asistido infrarrojo. .................................... 24

Figura 3.1 Manzana Granny Smith. ............................................................................................... 28

Figura 3.2 Muestra de manzana descorazonada. ....................................................................... 28

Figura 3.3 Muestra de Manzana limpia. ....................................................................................... 29

Figura 3.4 Muestra final de la Manzana Deshidratada. .............................................................. 29

Figura 3.5. Rango de operación del HIH-3040” .......................................................................... 32

Figura 3.6. Convertidor de voltaje a corriente. ............................................................................ 33

Figura 3.7. Convertidor de voltaje a corriente con RSPAN. ........................................................... 35

Figura 3.8. Convertidor de corriente a voltaje. ............................................................................ 36

Figura 3.9. Circuito de caracterización de señal. ......................................................................... 38

Figura 3.10. Circuito detector de cruce por cero. ....................................................................... 39

Figura 3.11. Respuesta del circuito detector de cruce por cero. .............................................. 39

Figura 3.12 Circuito voltaje-corriente. .......................................................................................... 49

Figura 3.13 Respuesta del circuito simulando la salida del sensor a 0%. ................................ 49

Figura 3.14 Circuito sometido al 50% de HR.............................................................................. 50

Figura 3.15 Circuito sometido al 100% de HR ........................................................................... 50

Figura 3.16 Simulación de Adquisición de Datos. ...................................................................... 51

Figura 3.17 Adquisición de datos sometida a 0% de HR. .......................................................... 51

Figura 3.18 Adquisición de datos sometida a 100% de HR. ..................................................... 51

Figura 3.19 Diseño en LiveWire de el convertidor de V-I. ......................................................... 52

Figura 3.20 Diseño en LiveWire de la etapa 2. ............................................................................ 52

Figura 3.21 Placa de la etapa2. ...................................................................................................... 53

Figura 3.22 Simulación Circuito Detector de Cruce por Cero. .................................................. 53

Figura 3.23 Respuesta del circuito de Cruce por Cero. .............................................................. 54

Figura 3.24 Circuito Detector de Cruce por cero Diseñado en LiveWire. ............................... 54

Figura 3.25 Placa Circuito Detector de Cruce por cero. ............................................................. 54

Figura 3.26 Diseño del Pwm en LiveWere.................................................................................... 55



5

Figura 3.27 Placa del Circuito del PWM de corriente Alterna. .................................................. 55

Figura 3.28 Diseño del circuito de control de ventiladores. ...................................................... 56

Figura 3.29 Diagrama eléctrico completo. ................................................................................... 57

Figura 3.30 Chasis del Horno de microondas. ............................................................................ 57

Figura 3.31 Vista interior del Prototipo. ....................................................................................... 58

Figura 3.32 a) (izquierda) b) (derecha) Integración de la etapa de Humedad. ....................... 58

Figura 3.33 Comparación de Humedad Relativa. ....................................................................... 59

Figura 3.34. Aspecto del interfaz. .................................................................................................. 60

Contenido de gráficas.

Grafica 3.1. Variaciones de voltaje frente a variaciones de corriente. ...................................... 34

Grafica 3.2. Promedios de Humedad relativa anuales (1992-2001). ........................................ 41

Grafica 3.4. Formas de onda. ......................................................................................................... 47

Grafica 3.5. Funcionamiento del PWM. ........................................................................................ 48

Contenido de tablas.

Tabla 2.1. Componentes de las paredes celulares. ..................................................................... 13

Tabla 2.2. Composición de la manzana. ....................................................................................... 17

Tabla 4.1 Costos unitarios y totales. ............................................................................................. 61

Tabla 4.2 Accesorios de software utilizados. ............................................................................... 62

Tabla 4.3 Tiempo hora/hombre. ................................................................................................... 63

Tabla 4.4 Gastos de operación. ..................................................................................................... 63

Tabla 4.5 Presupuestos. .................................................................................................................. 64



6

OBJETIVO GENERAL

Diseñar el sistema de control de lazo cerrado basado en un microcontrolador para un prototipo de

deshidratador de manzanas mediante la circulación forzada de aire y energía radiante infrarroja de

onda lejana.

OBJETIVOS PARTICULARES

Diseñar el sistema de control de lazo cerrado de un deshidratador de alimentos mediante la

técnica de secado por aplicación de energía radiante y convección forzada.

Reducir el tiempo de deshidratación de alimentos en un 30% con respecto al tiempo promedio

que se tiene reportado de la literatura.



7

JUSTIFICACIÓN

México es un país rico en recursos naturales, parte de estos recursos naturales es la producción de

frutas sembradas y cosechadas en el país, una de las frutas más producidas en México es la

manzana de la cual se cultivan alrededor de 61,292 hectáreas y su producción alcanza las 630,500

toneladas de las cuales se pierde alrededor del 30 hasta el 40% de la producción de estas por

diversos tipos de mermas.

El método tradicional y artesanal de la deshidratación de frutas es exponiendo la materia prima a

los rayos del sol, sin embargo este proceso tienes varias desventajas como: la dependencia de las

condiciones climáticas del momento; la calidad del producto no es homogénea además de

requerir de un espacio bastante grande que reúna las condiciones mínimas de insolación, limpieza

y fácil acceso pese a esto muestra altos índices de tiempo de deshidratación.

Todos estos factores demeritan la calidad de los productos y en ciertos casos aun utilizando esta

técnica de conservación existen perdidas de materia prima.

Aunque ya existen empresas dedicadas a la deshidratación de frutas con nuevas tecnologías,

muchos productores en México no cuentan con los medios necesarios tanto económicos como de

energía eléctrica para usar este tipo de sistemas, por lo que prefieren utilizar el método artesanal.



8

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Actualmente las maneras de deshidratar fruta utilizan demasiados recursos los cuales pueden ser

tiempo e incluso energía eléctrica ya que para producir una radiación que ayude a este proceso se

necesitan grandes cantidades de energía.

Básicamente el secado dentro del deshidratador consiste en retirar, por medio de la evaporación,

el agua del producto y eliminar la humedad del aire por medio de ventilación. Esto reducirá los

tiempos de producción así como los costos de la misma.

Actualmente los productores de materia prima enfrentan grandes pérdidas tanto económicas

como materiales lo cual representa un enorme problema ya que su producción neta se ve

reducida en un 40%.

Actualmente existen diversos productores de deshidratadores industriales pero la gran desventaja

de estos es el enorme consumo de energía así como los costos elevados de los prototipos

dejándolos fuera del alcance de los pequeños agricultores y productores de manzana del país los

cuales no tienen los suficientes recursos económicos para poder costear uno de estos productos,

dándoles como única opción la manera tradicional de deshidratar fruta la cual es por demás

tardada así como arriesgada.

Es entonces donde surge la necesidad de un producto de calidad pero de bajo coste que permita

realizar este proceso para así garantizar mejores ganancias así como un mejor aprovechamiento

de su producto.



9

Capítulo 1 Introducción.

El secado es una operación que se encuentra en casi todos los sectores industriales, desde los

agrícolas a los farmacéuticos. Es seguramente la operación unitaria más antigua, común, diversa e

intensiva energéticamente. Sin embargo, no todas las tecnologías de secado son necesariamente

óptimas en términos de consumo de energía, calidad del producto deshidratado, seguridad de

operación, capacidad de controlar el secador durante posibles fallas en el proceso, o impacto

medio ambiental. Debido a lo anterior, es que se han desarrollado tecnologías avanzadas de

secado, tales como el suministro de calor a través de infrarrojo, que permiten, por ejemplo,

disminuir los tiempos de secado.

En el presente trabajo se implementara el diseño de un y construcción de un deshidratador que

cumpla con las características de calidad que poseen los industriales pero con la implementación

de componentes de bajo consumo y por consecuencia bajo costo.

Este prototipo busca reducir los tiempos de secado en comparación con el método artesanal

utilizado por los campesinos y agricultores del país, brindándoles una alternativa viable y de bajo

costo para realizar este proceso sin dejar de lado la calidad del producto final esto se lograra con

el uso de radiación infrarroja la cual proporcionara una temperatura optima para levar a cabo esta

tarea.

En el capítulo 2 se hablara de la teoría necesaria para poder entender el fenómeno físico del

proyecto en cuestión. Se comenzará hablando la composición química y aspectos generales de la

manzana y posteriormente algunos de los métodos de secados existentes, así como del método de

secado propuesto además del tipo de energía a utilizar, esto con la intención de familiarizar al

lector con el proceso en cuestión y que así pueda conocer y comprender la razón por la cual se

escogió la energía radiante además de las dimensiones y tipo de secado.

En el capítulo 3 especifica los recursos necesarios para la realización de este proyecto, la

implementación de las etapas necesarias para funcionamiento así como su diseño y construcción,

además del software del controlador su implementación las pruebas necesarias así como las

simulaciones de cada etapa, esto para comprobar el funcionamiento de los diseños propuestos.

Este capítulo se centra en la construcción del prototipo así como en el diseño de sus

características.

En el capítulo 4 se dan a conocer los costos totales y unitarios del equipo empleado para la

realización del proyecto, esto con el fin de comprobar uno de los objetivos planteados que es la

reducción de los costos del mismo. Y de esta manera comprobar la rentabilidad del proyecto para

pequeños y medianos productores de la materia prima.



10

Capítulo 2 Marco Teórico.

2.1 Tecnología de frutas y hortalizas.

Algunas frutas y hortalizas tienen la propiedad de continuar respirando aun después de

cosechadas, esto, permite que continúe su proceso de maduración aunque no estén en el árbol,

las frutas que no respiran después de separarlas del árbol no se pueden cosechar hasta que

alcanzan un grado de madurez.

La perecibilidad de las frutas en parte se debe a su contenido de agua y sólidos solubles

representados en azucares que oscilan entre 6 y 25%. El deterioro de las frutas comienza en el

cultivo, en la misma planta donde se desarrollan. Son innumerables y variadas las plagas que los

invaden, aparte de los depredadores como pájaros, insectos y otras especies que compiten con el

hombre por el consumo de estos productos. Una vez cosechadas las frutas sanas, pintonas o

maduras, como todo ser vivo, están sometidas a procesos naturales de deterioro y

descomposiciónn progresivos.

Este deterioro se ve acelerado por el inadecuado manejo que puede realizarse las operaciones de

pos-cosecha, la cual favorece las reacciones fisiológicas de deterioro, y la mayoría de los casos

facilita la contaminación microbiana. Se puede afirmar que los microorganismos son la principal

causa de deterioro grave y rápido que afectan las frutas en cualquier momento de su vida.

Producen daños irreversibles, los cuales se detectan fácilmente por el cambio presentado en una o

más de sus características sensoriales, es decir, en su apariencia, aroma, color, sabor y textura. El

tipo de microorganismo invasor y la velocidad de desarrollo en las frutas o sus derivados, están

determinados por las condiciones ambientales y las características de los productos que servirán

de alimento. Los microorganismos se desarrollan en medios que le son más favorables y están

disponibles. [1]

Las principales condiciones internas del alimento que influyen en el desarrollo microbiano son: el

contenido de humedad o mejor aún su disponibilidad de agua, la acidez y la capacidad

tamponizante (buffer), el potencial oxido-reducción (Eh), la composición nutricional, el grado de

madurez, la presencia de constituyentes antimicrobianos y su estructura. Existen técnicas de

conservacion que le permiten al hombre controlar el daño de los microorganismos a las frutas.

Entre las técnicas, hay unas tradicionales, que usan uno o dos efectos intensos, que aunque logran

detener las reacciones bioquímicas de deterioro propias del material biológico y además controlar

los microorganismos, que normalmente pueden contaminar las frutas, disminuyen la calidad del

alimento final.

Cada técnica emplea efectos físicos o químicos que impiden o retardan el desarrollo de estos

microorganismos. Entre las técnicas más usadas se hallan las que estabilizan un alimento por el



11

empleo adecuado de efectos como calor, frio, control de actividad de agua, el oxígeno del aire, del

ácido presencia de sustancias químicas u otras cepas competitivas y la aplicación de radiaciones.

Las condiciones externas al alimento que influyen en el desarrollo de microorganismos son: la

temperatura, la humedad relativa, la composición de la atmosfera o del medio que rodea al

alimento, el grado de contaminación, la flora o presencia de agentes depredadores circundantes y

las radiaciones. En todos los casos el grado de daño por microorganismos a la fruta esta en

proporción exponencial al tiempo en que permanezcan sometidas a las anteriores condiciones que

favorecen la contaminación y el deterioro [1].

2.2 Estructura de las frutas.

[2] La unidad estructural de la parte comestible de las frutas es la célula vegetal. Las células

vegetales tienen:

Núcleo, rodeado de citoplasma –solución de agua con lípidos, proteínas, etcétera.

Citoplasma, contiene a los plástidos: cloroplastos que realizan la fotosíntesis, y

cromoplastos que contienen los pigmentos solubles en grasa (amarillos y

naranjas).

Vacuola, contiene la mayor cantidad de agua, es donde se encuentran disueltos

azucares, ácidos, sales, pigmentos solubles, vitaminas, enzimas, almidón y

aminoácidos.

Pared celular rígida que le sirve de soporte a la célula

Figura 2.1. Estructura de la célula vegetal.



12

[2] Las frutas tienen tres estructuras básicas llamadas:

Epicarpio, que sería la cáscara.

Mesocarpio o parte carnosa y jugosa, o seca en algunos, que sería la pulpa.

Endocarpio cubierta interior que protege a la o las semillas, unas veces leñosa, como en la

frutas de hueso (ciruela, durazno), otras apergaminadas (pera), y otras membranosas

(cítricos).

Figura 2.2. Estructura de la fruta.

2.2.1 Composición de las frutas.

[2] Las frutas contienen principalmente:

Agua, en gran proporción, la mayoría tiene entre 80 y 90%.

Hidratos de carbono como:

- Disacáridos, principalmente fructuosa, que le proporcionan el sabor dulce a las frutas.

- Polisacáridos, como celulosa, hemicelulosas, sustancias pécticas, muy relacionadas

con la textura de las frutas.

Ácidos volátiles y no volátiles, estos le confieren la acidez y el sabor a las frutas.

Pigmentos que les proporcionan el color característico a cada fruta.

Enzimas, que son las responsables de la maduración de las frutas.

2.2.2 Textura de las frutas.

La textura firme de las frutas se debe principalmente a dos factores:

Componentes de las paredes celulares.

Presión interna del agua en las células de las plantas.

Las paredes celulares de las plantas son rígidas y no muy flexibles. Su mayor componente es la

celulosa. El algodón es 98% celulosa.



13

También se encuentran las hemicelulosas, ligninas y sustancias pecticas. Cada una con una función

muy específica. Los ácidos hacen más firme a la estructura.

El agua es el elemento principal de las células de las plantas. Las moléculas de agua pueden

traspasar la pared celular para mantener el equilibrio acuoso interno y externo.

Tabla 2.1. Componentes de las paredes celulares.

Tipo Función Características

Celulosa Estructural, da firmeza a las paredes celulares

Unidades de glucosas unidades con enlaces β-glucosídicos Muy resistente a la degradación química

Hemicelulosas Estructural, da firmeza a las paredes celulares

Se hidrolizan más rápidamente que la celulosa con ácidos o álcalis Se disuelven durante la cocción

Lignina Agente endurecedor No cambia en la cocción, resiste a químicos, enzimas y bacterias

Sustancias pécticas Pega las paredes celulares y a las células

Son protopectina, pectina y ácido péctico

La difusión de las moléculas a través de membranas permeables, para igualar las concentraciones

de iones en ambos lados, es el principio de ósmosis.

La presión osmótica la ejerce el sistema que tiene mayor concentración. El agua fluirá hacia el

punto de mayor concentración de solutos.

Cuando la célula alcanza su límite de contenido de agua, empieza a presionar las paredes

celulares.

La presión ejercida por muchas células unas contra otras resulta en un tejido rígido o lo que

llamaríamos una textura crujiente.

Cuando mordemos una fruta con turgencia, apreciamos una cierta resistencia inicial y después, al

romper las paredes celulares, tendremos un derrame de jugo.

Pero si el tejido ha perdido agua, las vacuolas se encogen, quedando semivacía la célula,

ocasionando que la fruta se ablande y se haga flácida. [2]



14

Célula con agua Agua de medio externo

Figura 2.3. El que tiene más agua le da al que tiene menos para igualar la condición.

2.2.3 Sabor y olor de las frutas.

El sabor característico de las frutas se debe a la mezcla de muchos compuestos que están

presentes en pequeñas cantidades.

En las frutas es importante el balance entre lo dulce de los azucares, lo ácido de los ácidos

orgánicos y el aroma de otros compuestos.

Las frutas tienen compuestos volátiles y no volátiles. Los compuestos volátiles más comunes son:

ácidos orgánicos, aldehídos, alcoholes, aceites esenciales y ésteres. Los ácidos orgánicos pueden

estar solos o mezclados con sales o ésteres. Puede haber mezcla de ácidos pero uno o dos son los

que predominan. La acidez varia con la maduración, disminuye en las frutas maduras. Los aceites

volátiles están concentrados en la piel de las frutas de cáscara gruesa (cítricos). Estos aceites

generalmente son flamables y se utilizan para hacer extractos de limos, de naranja, etcétera.

Los compuestos no volátiles en las frutas son: los azúcares, que le confieren la dulzura a la fruta

madura. El contenido de azúcar en las frutas maduras es de 10-15% por peso. [2]



15

2.2.4 Color de las frutas.

Hay tres familias de pigmentos en las plantas, cada una con diferente comportamiento en medios

ácidos o alcalinos.

Grupo de clorofilas.

Grupo de carotenos.

Grupo de flavonoides.

Los pigmentos pueden estar presentes en la pulpa.

Además, las frutas pueden presentar un encafecimiento al cortarlas. Existen dos tipos de

encafecimiento: enzimático y no enzimático.

Encafecimiento enzimático. Se debe a la enzima polifenoloxidasa, que oxida los compuestos

fenólicos causando la coloración café o gris. La enzima está presente en los duraznos, peras,

manzanas, pero ausente en los cítricos. El método más eficaz para evitar el encafecimiento es el

mantener en contacto el alimento con soluciones ácidas. La enzima se inhibe en medio muy

ácidos. El ácido ascórbico la inhibe completamente.

Encafecimiento no enzimático. Por la acción del oxígeno sobre los tejidos, la reacción es más lenta

que la enzimática.

Cambio por maduración.

La maduración es la etapa final del desarrollo de la fruta, un proceso que envuelve la síntesis de

nuevo material. Durante esta se presentan cambios importantes: la fruta se desarrolla a su

máximo tamaño, se desarrolla una pulpa suave y dulce, y adquiere su color y aroma

característicos. El aumento de tamaño se debe a la acumulación de agua en las vacuolas. Los

demás cambios se deben a las enzimas que se encuentran en la fruta, y seguirán actuando aun

después de haber madurado.

Los cambios más importantes que se presentan en la maduración son los de color, textura, sabor y

nutrimentales.

Cambios de color. La clorofila presente en las frutas no maduras se hidroliza y desaparece, a

cambio, se sintetizan los pigmentos característicos.

Cambios en la textura. En la maduración hay cambios en las sustancias pécticas. La fruta se suaviza

por la acción de las enzimas pécticas, estas debilitan las paredes celulares. La celulosa y

hemicelulosa se suavizan un poco. La protopectina presente en la fruta verde se transforma en

pectina.

Cambios de sabor. El contenido de almidón es alto en la fruta verde y al madurar cambia a azúcar.

Se sintetiza la fructosa y sacarosa. Aun en frutas que tienen almidón, aumenta la cantidad de



16

azucares. La fruta verde es muy acida y la madura es dulce. La acidez declina durante la

maduración.

Cambio nutrimental. La concentración de vitaminas aumenta en el punto óptimo de maduración.

[2]

2.3 Aspectos generales de la manzana.

La manzana es una de las frutas de mayor consumo y una excelente fuente de vitaminas (C, E) y

minerales, especialmente potasio. La amplia variedad de manzanas disponible en el mercado

(Golden, Gala, Granny Smith, Reineta, Fuji, etc.) hace que pueda ser consumida durante todo el

año. La manzana Granny Smith es una variedad originaria de Australia, de piel verde, carne firme y

crujiente, jugosa, de sabor agradablemente ácido.

No sólo es consumida como fruta fresca, sino que sus características la hacen también adecuada

para ser seleccionada como materia prima para la elaboración de salsas, zumos, snacks, productos

de repostería, etc. Por este motivo, además de por su disponibilidad prácticamente durante todo

el año, ésta ha sido la variedad elegida para este estudio.

La manzana es un fruto monotalámico de corteza carnosa y comestible que se desarrolla a partir

del receptáculo. La división celular se completa en la etapa de crecimiento, por elongación de las

células parenquimáticas y por el aumento del tamaño de los espacios intercelulares. Las células se

organizan de modo algo imperfecto en forma de conjuntos de cinco o seis células agrupadas de

forma que van creando grandes espacios intercelulares.

El tejido de manzana es muy esponjoso, debido precisamente a la presencia de estos espacios

intercelulares que se mantienen conectados entre sí y que llegan a ocupar el 25-30% del volumen

total del tejido. Las células de manzana fresca están unidas pared con pared mediante una lámina

media perfectamente delimitada constituida por materiales cementantes, principalmente pectina

y hemicelulosa.

En la tabla 2 se muestra la composición de la manzana fresca. Desde el punto de vista nutritivo, la

manzana es una de las frutas más completas y enriquecedoras en la dieta. Un 85% de su

composición es agua, por lo que resulta muy refrescante e hidratante. Los azúcares, la mayor

parte fructosa (azúcar de la fruta) y en menor proporción, glucosa y sacarosa, de rápida

asimilación en el organismo, son los nutrientes más abundantes después del agua. Es fuente

discreta de vitamina E o tocoferol y aporta una escasa cantidad de vitamina C. Es rica en pectina,

fibra abundante en la manzana, que mejora el tránsito intestinal. [3]



17

Tabla 2.2. Composición de la manzana.

Kcal Agua (g)

Azúcares (g)

Lípidos (g)

Proteínas (g)

Fibra (g)

52-58 84-85 13.8-15 0.4-0.6 0.3 2

A (UI)

Vitaminas C (mg)

Tiamina (μg)

Riboflavina (μg)

B6

(μg) 70-90 5-8 38-40 20-40 30 Na (mg)

K (mg)

Minerales Ca (mg)

Mg (mg)

Fe (mg)

P (mg)

1 95-116 3-7 5 0.3 9-10

Málico (mg)

Ácidos Cítrico (mg)

Oxálico (mg)

270-1020 0-30 1.5

2.4 Definición de deshidratación.

La deshidratación es el método más antiguo de conservación de alimentos para mantenerlos fuera

de sus periodos estacionales del año.

El concepto deshidratación y secado se usan indistintamente para describir la eliminación de la

mayor parte de agua, normalmente presente en un alimento, por evaporación o sublimación,

como un resultado de la aplicación de calor.

En general la deshidratación se describe como una operación de transferencia simultanea de

energía y materia. La evaporación del agua viene provocada por la transferencia de calor sensible

y de calor latente al alimento. El método más frecuente utilizado para suministrar el calor al

alimento es colocándolo en una corriente de aire caliente. El calor se transfiere por convección

desde al aire a la superficie del alimento y por conducción dentro del alimento. O bien, el alimento

puede colocarse en contacto con una superficie caliente. El calor se transfiere por conducción a la

superficie del alimento en contacto con la superficie caliente y dentro del alimento. [4]



18

2.5 Definición de secado.

El secado usualmente se define como el proceso de remoción térmica de sustancias volátiles

(humedad) hasta obtener un producto seco [5]. Es una operación unitaria en la que se da el

transporte simultáneo de calor y masa. La transferencia de energía (principalmente como energía

calórica) desde el medio circundante para evaporar la humedad de la superficie y la transferencia

de la humedad interna hacia la superficie del sólido y su evaporación posterior [6].

La remoción de agua en forma de vapor desde la superficie del sólido depende de condiciones

externas de temperatura, flujo y humedad del aire, área de la superficie del material expuesta y

presión mientras que el movimiento del agua a través del sólido depende de su composición física,

la temperatura y su porcentaje de humedad [5].

La transferencia de energía puede ocurrir por convección, conducción o radiación, o en algunos

casos por una combinación de ellos [5].

A continuación se explica brevemente cada mecanismo:

Convección: El calor se transfiere al sólido que se está secando mediante una corriente de aire caliente (u otro fluido) que además de transmitir el calor necesario para la evaporación del agua es también el agente transportador del vapor de agua que se elimina del sólido [6] (Figura 2.4 A).

Conducción: El calor de evaporación se proporciona a través de superficies calentadas (en reposo o en movimiento) colocadas directamente con el material a secar. El calentamiento de estas superficies se realiza normalmente mediante vapor. El agua evaporada se elimina mediante una operación de vacío o a través de una corriente de gas cuya función principal es la de eliminar agua [6] (Figura 2.4 B).

Radiación: Es la denominación que se da a la transmisión de la energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas. Se basa en la transferencia de energía radiante para evaporar la humedad del producto. La energía es absorbida selectivamente por las moléculas de agua, por ende mientras el producto se seca, se requiere menos energía. Incluye varias fuentes de radiación electromagnética con longitudes de onda desde el espectro solar hasta microondas (0,2 m –0,2 mm). Dentro de esta categoría se incluye el infrarrojo [5] (Figura 2.4 C).



19

A

B

C

Figura 2.4. Representación conceptual de los mecanismos de transferencia de calor: A. convección; B.

Conducción; C. Radiación

2.6 Secado de alimentos.

Todas las variedades de alimentos necesitan, de alguna forma, ser conservadas principalmente

para reducir o detener deterioros, para mantenerlos disponibles durante un período determinado

de tiempo, para mantener propiedades nutricionales por el mayor tiempo posible o para obtener

productos con valor agregado. Entre estas causas, el deterioro es la razón principal para el empleo

de técnicas de preservación o conservación [7].

El secado es una de las técnicas más antiguamente utilizada para la conservación de alimentos. El

secado al sol de frutas, granos, vegetales, carnes y pescados ha sido ampliamente utilizado desde

los albores de la humanidad proporcionando al hombre una posibilidad de subsistencia en épocas

de carencia [6]. Es uno de los procesos más rentables para conservar productos alimenticios, el

Fuente de energía

radiante (temperatura 1)

Tran

smis

ión

de

en

ergí

a

caló

rica

Materia a secar

Corriente de aire

(Temperatura 1)

Corriente de aire

(Temperatura 2)

Salida de agua

(Materia)

Trasmisión de energía

calórica.

Salida de agua

(Materia)

Materia a secar

(Temperatura 2)

Superficie sólida

caliente.

(Temperatura 1)

Trasmisión de energía

calórica.

Materia a secar

(Temperatura 2) Salida de agua

(Materia)

Temperatura 1˃ Temperatura 2



20

cual se basa en la remoción de agua mediante la aplicación de calor [7]. La operación de secado

además conlleva una apreciable reducción del peso y volumen de los alimentos que se

deshidratan, consiguiéndose así una importante reducción de los costes de transportes y

almacenamiento de estos productos [6].

La operación de secado involucra una serie de cambios físicos, químicos y sensoriales en el

alimento que dependen de la composición de éste así como de la severidad del método de secado.

Ejemplos de estos cambios son encogimiento, cristalización, despolimerización, variación de color,

sabor, textura, viscosidad, velocidad de reconstitución, valor nutritivo y estabilidad en el

almacenamiento.

2.6.1 Métodos de secado de los alimentos.

[8] Los métodos de secado que se utilizan en la industria alimentaria pueden agruparse en las

siguientes categorías:

1. SECADO POR AIRE o por contacto a la presión atmosférica. El calor se aporta a los alimento por aire caliente (convección) o mediante una superficie caliente (conducción). En todos los casos el vapor de agua formado se mezcla con el aire, que constituye el método por el cual se elimina vapor.

2. SECADO BAJO VACIO. El procedimiento tiene la ventaja de la presión reducida facilita la evaporación del agua. La transferencia de calor se realiza por conducción, o por radiación. Generalmente, el vapor de agua se elimina por condensación en estado líquido o por aspiración con un eyector de vapor.

3. CRIO-DESECACION (Ionificacion). Consiste en una transformación directa (sublimación) del hielo de un alimento congelado en vapor de agua, sin pasar por el estado de agua líquida, en condiciones apropiadas de presión y temperatura. Este procedimiento conserva íntegramente la estructura del alimento.

4. La CONCENTRACION, ya sea por evaporación, congelación (crio concentración), filtración a través de una membrana, concentración osmótica, centrifugación, prensado mecánico y extracción mecánica por disolventes, solo elimina cierta proporción del agua y generalmente no resulta suficiente para asegurar, por si sola, la conservación del alimento. La concentración se emplea, especialmente, para alimentos líquidos y constituye, a veces, una fase previa a la deshidratación.

5. La DESHIDROCONGELACION consiste en evaporar una parte del agua de un alimento para después congelarlo, reduciéndose de esta forma el precio de la congelación y del transporte. Este método es poco utilizado, empleándose especialmente para los zumos de cítricos y en algunas frutas y legumbres.

6. SECADORES POR RADIACIÓN. Se basan en la transferencia de energía radiante para evaporar la humedad del producto. Esta energía se produce eléctricamente (infrarrojos) o por medio de refractarios calentados con gas.



21

2.7 Radiación infrarroja.

El infrarrojo es un tipo de radiación electromagnética cuya longitud de onda es más larga que la de

la luz visible pero más corta que la de las microondas [9] (Figura 5). La radiación infrarroja puede

ser clasificada en tres regiones llamadas cercana (NIR), media (MIR) y lejana (FIR), cuyas longitudes

de ondas se encuentran entre 0,75 a 1,4; 1,4 a 3 y 3 a 1000 μm respectivamente [10].

Figura 2.5. Espectro de ondas electromagnéticas.

Debido a que el infrarrojo es un tipo de radiación electromagnética, tiene una dependencia tanto

espectral como direccional. La dependencia espectral del infrarrojo necesita ser considerada

debido a que la energía que sale de un emisor está compuesta por diferentes longitudes de onda,

y la fracción de la radiación en cada banda es dependiente de un número de factores como la

temperatura del emisor y la emisividad de la lámpara. El fenómeno de la radiación se vuelve más

complejo debido a que la radiación que incide en una superficie, no sólo tiene una dependencia

espectral, sino que también una dependencia direccional. La longitud de onda a la cual la máxima

radiación ocurre es determinada por la temperatura del emisor [9].

La transmisión de la radiación electromagnética no necesita un medio para su propagación. El

espectro de longitud de onda depende de la naturaleza y de la temperatura de la fuente de calor.

Todos los cuerpos emiten radiación debido a su nivel de temperatura, lo cual se conoce como

“radiación térmica” debido a que se genera calor. La radiación térmica que incide en un cuerpo

puede ser absorbida, y su energía ser convertida en calor, reflejada desde la superficie o

transmitida a través del material [11] (Figura 6). La suma de estos mecanismos se conoce como

pérdida o extinción de la radiación [12] y se representa por el siguiente ecuación 1:

( 1 )



22

Donde ρ es la reflexión, α es la absorción y τ es la transmisión.

Figura 2.6. Representación conceptual de la extinción de la radiación (absorción, reflexión y

transmisión).

Los materiales pueden ser clasificados en base a su transmisión, dependiendo del estado físico del

cuerpo donde la radiación incide. Un cuerpo que no permite que la radiación se transmita a través

de él se llama “opaco” y su transmisión (τ) es igual a cero. Ejemplos de esto son la mayoría de los

sólidos. Por otra parte, líquidos y algunos sólidos como rocas de sal o vidrio se consideran como

“transparentes” a la radiación. Generalmente los sólidos absorben toda la radiación en una capa

muy delgada cercana a la superficie.

Esta es una consideración muy importante en el modelamiento de la transferencia de calor. Un

cuerpo ideal que absorbe toda la energía incidente sin reflejarla o transmitirla, se llama “cuerpo

negro” en dónde α =1 [11].

Si se considera que la transmisión es infinitesimal, entonces el material reflejará o absorberá la

radiación infrarroja dependiendo de la naturaleza de la radiación y de las características de la

superficie del material. Esto se conoce como emisividad (ε) y varía entre 1 y 0. Los cuerpos negros

absorben toda la radiación que incide sobre ellos y por lo tanto su emisividad es igual a uno, en

contraposición a las superficies completamente reflectivas (ε = 0) [9].

Con respecto a los alimentos, se sabe que éstos son complejas mezclas de diferentes

macromoléculas bioquímicas, polímeros biológicos, sales inorgánicas y agua. Cuando la radiación

Radiación absorbida

Irradiación Radiación reflejada

Radiación transmitida Material expuesto a

radiación



23

electromagnética incide en la superficie de un alimento, puede provocar cambios en los estados

electrónicos, vibracionales y rotacionales de átomos y moléculas. El nivel de absorción a diferentes

longitudes de onda varía dependiendo de los componentes del alimento [13]. El tipo de

mecanismo de absorción de energía determinado por el rango de longitudes de onda de la energía

radiante, puede ser categorizada en:

1. Cambios en el estado electrónico, cuando la longitud de onda varía de 0,2 a 0,7 μm (ultravioleta

y rango visible)

2. Cambios en el estado vibracional, cuando la longitud de onda varía de 2,5 a 1000 μm (radiación

infrarroja lejana o FIR)

3. Cambios en el estado rotacional, cuando la longitud de onda es mayor a 1000 μm [13].

En general, los alimentos absorben radiación infrarroja lejana (FIR) más eficientemente a través de

los mecanismos de cambio en el estado vibracional de las moléculas, lo que puede llevar a

calentamiento por radiación. El agua y los compuestos orgánicos como proteínas y almidones,

(principales componentes de los alimentos) absorben la energía FIR a longitudes de onda mayores

a 2,5 μm. Dentro de estos componentes, el agua tiene un rol predominante en la absorción de la

energía radiante en todas las longitudes de onda [10]. Los enlaces O-H en el agua absorben la

energía infrarroja y comienzan a rotar con la misma frecuencia que la radiación incidente. La

transformación de la radiación infrarroja en energía rotacional causa la evaporación del agua [13].

2.7.1 Aplicaciones del infrarrojo.

La energía infrarroja (IR) es la fuente de energía más antigua utilizada para el secado, al considerar

la energía radiante del sol utilizada con este fin [14]. El secado por radiación artificial involucra el

uso de generadores de radiación IR, como lámpara eléctricas o paneles de metal o cerámica

calentados por electricidad o gas. La principal característica que distingue al secado IR por sobre el

resto de los procesos de secado, es que no necesita un medio para la transmisión de la energía

desde la fuente emisora al producto a secar; ya que es el propio producto el que absorbe la

radiación IR [15].

Actualmente la radiación infrarroja es ampliamente usada en la industria para el secado de

superficies o deshidratación de láminas delgadas como textiles, papel, films, pinturas y esmaltes

[11]. A pesar de que el secado infrarrojo de materiales porosos de gran espesor no ha sido

desarrollado totalmente, numerosos estudios indican que esta tecnología puede ser aplicada en la

deshidratación de alimentos [11].

Se espera que la aplicación de infrarrojo en la industria alimentaria, represente un nuevo proceso

para la elaboración de productos deshidratados de alta calidad a bajos precios [10]. Algunas de las

ventajas que tiene esta tecnología son la reducción del tiempo de secado, aumento de la eficiencia



24

Radiación infrarroja

energética, temperatura homogénea en el producto mientras se seca, productos terminados de

mejor calidad, alto control del proceso, ahorro en espacio y menor impacto medio ambiental [10].

2.7.2 Secado asistido infrarrojo.

La aplicación combinada de radiación electromagnética y calentamiento convencional convectivo,

es considerada más eficiente que la aplicación de ambas técnicas por separado [13]. Autores como

Azfal [16] demostraron que se pueden lograr importantes ahorros de energía aplicando un secado

asistido infrarrojo. Este aspecto es de suma importancia para la industria alimentaria ya que se

pueden reducir costos, tiempos de secado y temperaturas de operación [10].

La Figura 2.7 muestra la representación conceptual del mecanismo del secado asistido infrarrojo:

Figura 2.7. Representación conceptual del secado asistido infrarrojo.

Cuando el material es expuesto a radiación infrarroja, se afecta la superficie del material y la

radiación penetra. El aumento en la vibración molecular debida a la absorción de radiación genera

calor en el material tanto en la superficie como en las capas internas en forma simultánea. El

rápido calentamiento del material, aumenta la tasa de movimiento de humedad hacia la

superficie. El flujo de aire convectivo remueve la humedad de la superficie y disminuye su

temperatura, lo que resulta en una transferencia de calor mayor [17]. Respecto a la calidad final

de los productos obtenidos, existen evidencias que demuestran que parámetros como color,

textura y composición química en alimentos no sufren modificaciones significativas durante el

secado asistido infrarrojo.

Autores como Hebbar [17] demuestran que aplicando un secado asistido infrarrojo se obtienen

mayores tasas de transferencia de materia, reducción de los tiempos de secado en forma drástica

(48%) y menor consumo de energía (63%) en comparación al secado.

Aire húmedo

Salida de agua

(Materia)

Tran

smis

ión

de

en

ergí

a

caló

rica

Aire caliente de

secado

Migración de agua

Materia a secar



25

2.8 Interfaz

La interfaz gráfica de usuario son todos los elementos gráfico que nos ayudan a comunicarnos con

un sistema. El diseñador de interfaz gráfica cumple una parte fundamental para aterrizar la ideal

central, materializarla y construir los mensajes que permiten la comunicación usuario-sistema.

2.8.1 Aplicación.

Mediante el uso de esta interfaz quedan resueltos ventajosamente la adquisición y el

procesamiento de datos de variables con destino al monitoreo, registro o control (a través de una

computadora actual) para su aplicación en diversas áreas como:

a) la industria: automatización, modelado y simulación de procesos.

b) la investigación: registro, procesamiento y análisis de variables físicas.

c) la enseñanza: circuitos digitales, control automático, procesamiento de señales digitales, análisis

de vibraciones, visión por computadora.

d) el entretenimiento: gamepad, joystick, simuladores, realidad virtual.

e) la robótica: control de motores y actuadores, procesamiento basado en sensores.

Esta interfaz programable está integrada por dos elementos: Un hardware programable y un

conjunto de recursos de software para el desarrollo de la conectividad USB requerida.

Existen distintos tipos de programas. En los primeros tiempos de los ordenadores los programas

eran de tipo secuencial (también llamados tipo batch). A este tipo de programas se les llama

también programas basados u orientados a procedimientos o a algoritmos (procedural languages).

Este tipo de programas siguen utilizándose ampliamente en la actualidad, pero la difusión de los

PCs ha puesto de actualidad otros tipos de programación. Los programas interactivos exigen la

intervención del usuario en tiempo de ejecución, bien para suministrar datos, bien para indicar al

programa lo que debe hacer por medio de menús. Los programas interactivos limitan y orientan la

acción del usuario. Un ejemplo de programa interactivo podría ser Matlab. Por su parte los

programas orientados a eventos son los programas típicos de Windows, tales como Netscape,

Word, Excel y PowerPoint. Cuando uno de estos programas ha arrancado, lo único que hace es

quedarse a la espera de las acciones del usuario, que en este caso son llamadas eventos. El usuario

dice si quiere abrir y modificar un fichero existente, o bien comenzar a crear un fichero desde el

principio. Estos programas pasan la mayor parte de su tiempo esperando las acciones del usuario

(eventos) y respondiendo a ellas. Las acciones que el usuario puede realizar en un momento

determinado son variadísimas, y exigen un tipo especial de programación: la programación



26

orientada a eventos. Este tipo de programación es sensiblemente más complicada que la

secuencial y la interactiva, pero Visual Basic 6.0 la hace especialmente sencilla y agradable.

A continuación se dará una breve explicación de algunos de los lenguajes de programación más

utilizados en la actualidad.

2.8.2 LabView.

LabVIEW es un ambiente de desarrollo de programas, así como C o BASIC o el LabWindows de

National Instruments. Sin embargo, LabVIEW es diferente de estas aplicaciones en un aspecto

importante. Estos programas hacen uso de sistemas de programación basados en texto para crear

líneas de código, mientras LabVIEW usa un lenguaje de programación gráfico, Lenguaje G, para

crear programas en forma de diagramas de bloques.

LabVIEW tiene extensas bibliotecas de funciones para cualquier tarea de la programación. Incluye

bibliotecas para la adquisición de los datos, GPIB y control de instrumentos, análisis, presentación

y almacenamiento de datos. También incluye herramientas de desarrollo de programas

convencionales, para que pueda poner puntos de ruptura, animar la ejecución de los programas

haciendo que las tareas de programación sea más sencillas.

Los programas de LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales (VIs) porque su apariencia y

funcionamiento imitan los instrumentos reales. Sin embargo, los VIs son similares a las funciones

de los lenguajes de programación convencionales.

2.8.3 Java.

Java es un lenguaje de programación creado para satisfacer una necesidad de la época (así

aparecen todos los lenguajes) planteada por nuevos requerimientos hacia los lenguajes existentes.

Antes de la aparición de Java, existían otros importantes lenguajes (muchos se utilizan todavía).

Entre ellos el lenguaje C era probablemente el más popular debido a su versatilidad; contiene

posibilidades semejantes a programar en ensamblador, pero con las comodidades de los lenguajes

de alto nivel.

La principal característica de Java es la de ser un lenguaje compilado e interpretado. Todo

programa en Java ha de compilarse y el código que se genera bytecodes es interpretado por una

máquina virtual. De este modo se consigue la independencia de la máquina, el código compilado

se ejecuta en máquinas virtuales que si son dependientes de la plataforma.



27

Java es un lenguaje orientado a objetos de propósito general. Aunque Java comenzará a ser

conocido como un lenguaje de programación de applets que se ejecutan en el entorno de un

navegador web, se puede utilizar para construir cualquier tipo de proyecto.

2.8.4 MatLab.

MatLab es un programa interactivo para computación numérica y visualización de datos. Es

ampliamente usado por Ingenieros de Control en el análisis y diseño, posee además una

extraordinaria versatilidad y capacidad para resolver problemas en matemática aplicada, física,

química, ingeniería, finanzas y muchas otras aplicaciones. Está basado en un sofisticado software

de matrices para el análisis de sistemas de ecuaciones. Permite resolver complicados problemas

numéricos sin necesidad de escribir un programa.

MATLAB dispone de una utilidad para el desarrollo interactivo de interfaces de usuario (GUI)

llamado GUIDE que es un entorno de programación visual para realizar ye ejecutar programas que

necesiten ingreso continuo de datos.

2.8.5 Visual Basic.

Visual Basic es un ambiente gráfico de desarrollo de aplicaciones para el sistema operativo

Microsoft Windows. Las aplicaciones creadas con Visual Basic están basadas en objetos y son

manejadas por eventos. Visual Basic se deriva del lenguaje Basic, el cual es un lenguaje de

programación estructurado. Sin embargo, Visual Basic emplea un modelo de programación

manejada por eventos.

Visual Basic es uno de los lenguajes de programación que más entusiasmo despiertan entre los

programadores de PCs, tanto expertos como novatos. En el caso de los programadores expertos

por la facilidad con la que desarrollan aplicaciones complejas en poquísimo tiempo (comparado

con lo que cuesta programar en Visual C++, por ejemplo). En el caso de los programadores novatos

por el hecho de ver de lo que son capaces a los pocos minutos de empezar su aprendizaje. El

precio que hay que pagar por utilizar Visual Basic es una menor velocidad o eficiencia en las

aplicaciones.



28

Capítulo 3 Desarrollo.

3.1 Materia Prima.

Las manzanas de la variedad Granny Smith utilizadas en este estudio fueron adquiridas en un

supermercado local. Para las experiencias, de la zona central de la fruta se obtuvieron tres rodajas

de 7 mm de espesor, perpendiculares al eje axial de la fruta. Las muestras no fueron peladas y se

les extrajo el corazón con un sacabocados metálico de 20 mm de diámetro.

3.1.1 Preparación de la muestra.

Para la preparación para la deshidratación de la manzana, es necesario llevar a cabo los siguientes

pasos:

1. Seleccionar (primera vez). Separar los productos en buen estado y descartar los productos en mal estado, muy maduros o con manchas.

Figura 3.1 Manzana Granny Smith.

2. Lavar (primera vez). Con agua limpia para retirar la suciedad de la superficie de las

manzanas a secar. 3. Cortar. Para una deshidratación uniforme del producto se debe descorazonar y de cortar

en rodajas que no deben pasar los 0.5 a 1 cm de grueso.

Figura 3.2 Muestra de manzana descorazonada.



29

4. Lavar (segunda vez). Por segunda vez con abundante agua para eliminar cualquier

suciedad. Cascara que pueda haber.

Figura 3.3 Muestra de Manzana limpia.

5. Secar. Colocar los productos preparados sobre el deshidratador, durante el secado se

debe controlar regularmente los productos. Al finalizar el secado, retirar los productos del secadero.

Figura 3.4 Muestra final de la Manzana Deshidratada.

6. Seleccionar (segunda vez). Antes de envasarlos, separar aquellas partes más secadas o

quemadas. 7. Después del secado, los productos tienen que ser envasados rápidamente, para que no

vuelvan a rehidratarse por la humedad del ambiente. Para el efecto se pueden utilizar recipientes de plástico, cajas o latas herméticas de metal o bolsas de polipropileno (no polietileno), que se tienen que sellar con vela o una máquina selladora. Etiquetar cada recipiente con los siguientes datos: contenido, peso, fecha de envasado. Es muy importante dejar unos paquetes o frascos en cantidad de “testigos” para conocer su duración y en los próximos secados, coloca este dato como una importante información nutricional que los consumidores apreciarán mucho.

8. Almacenar. Para la buena conservación de los productos secos, debe almacenarlos en buenas condiciones:

• Guardar los productos en un lugar seco, aireado, si es posible fresco y protegido de la luz.

• Este lugar debe ser limpio y protegido de insectos y ratones. • Cada cierto tiempo, hay que controlar el estado de los productos.



30

• No depositar los productos almacenados en el suelo ni contra las paredes para evitar el riesgo de absorber humedad.

• Si los productos secos son de buena calidad y están en buenas condiciones de almacenado pueden conservarse durante muchos meses.

3.2 Determinación de la distancia entre la lámpara y la charola.

El sistema fue equipado con una lámpara de radiación infrarroja (IR) lejano (FIR) que entrega de

pico de longitud de onda de 2.5 µm.

El flujo de agua evaporada se hace menor cuando la distancia entre el emisor y la superficie del

producto aumenta. Por lo tanto de acuerdo a los experimentos realizados por Zhongli [18]

escogimos una distancia de 30cm.

El tiempo para alcanzar la velocidad de evaporación constante fue influenciado significativamente por la velocidad del aire y la distancia entre los emisores y la superficie del agua. El efecto de la velocidad del aire es sustancial, mientras que la influencia de la distancia entre emisores y superficie del agua es evidente, pero de menor importancia.

3.3 Elección del gabinete.

La elección del gabinete para la elaboración del prototipo del deshidratador de manzana se llevó a

cabo tomando en consideración los siguientes datos:

Determinación de la distancia entre la lámpara y el objeto. (30 cm)

Materiales utilizados comúnmente para la deshidratación artesanal. (Superficie metálica ya que reflejan las ondas irradiadas).

Debe ser de un material resistente a temperaturas mayores a 50°C.

Se eligió tomar como gabinete el chasis de un horno de microondas, ya que este cumple con los

requerimientos que se necesitaban para la elaboración del gabinete.

3.3.1 Elección Material de la estructura del horno de microondas.

De metal, acero, plástico, cobre, aluminio, vidrio, cables.

Los hornos microondas están constituidos por recintos cerrados de materiales conductores (acero,

aleaciones, etc.), que actúan como una caja de Faraday, impermeable a las radiaciones.



31

El gabinete y la puerta tienen la característica de cierre hermético de lámina, es decir, no

hermético de aire, si no de metal, se usa lámina. El cierre debe ser muy exacto para evitar la fuga

de la microonda, las perforaciones para la rejilla de visión deben ser inferiores a 1.5 mm para que

no se fugue la microonda y el recubrimiento no debe ser conductor eléctrico, ni con capacidad de

absorber la microonda, así que es un plástico muy especial para permitir la visión y que además

resista el calor que se produce en el interior ya que puede alcanzar temperaturas mayores a los

200°C.

No tiene sentido la utilización de un transformador de aislamiento con un horno de microondas

para la verificación de circuitos de alta tensión. Tendría que ser enorme debido a la alta potencia

que consume, y la alta tensión utiliza como retorno el chasis, por tanto no sería útil como se ha

señalado anteriormente.

Las microondas no salen hacia fuera a través del vidrio debido a una malla de metálica incrustada

en un panel de cristal. Dado que los agujeros en la malla son mucho más pequeñas que la longitud

de onda de las microondas 2,45 GHz (aproximadamente 5 pulgadas o 12,5 cm), es básicamente

opaca a las microondas y esencialmente toda la energía se refleja y regresa de nuevo en la cavidad

del horno.

3.4 Sensores

Los sensores son la principal herramienta para la adquisición de datos y en nuestro proyecto no

será la excepción ya que las variables de proceso que estaremos monitoreando (Humedad y

Temperatura) serán leídas por sensores quienes enviaran estas lecturas al controlador el cual

tomara acción sobre lo que se debe de hacer para mantener estas variables en su valor necesario.

Los sensores a utilizar serán dos uno un sensor digital de temperatura y el otro será un sensor de

temperatura analógico de los cuales hablaremos más adelante así de cómo porque elegimos estos

y sus características.

3.4.1 Sensor de temperatura

El sensor de temperatura que vamos a utilizar es el sensor DSB18B20 el cual es un sensor de

temperatura con salida digital que envía el dato mediante un protocolo 1-wire, el cual fue

seleccionado por sus rangos de operación el cual está entre -55 ºC y +125 ºC. Con una precisión

de +-0.5 ºC entre -10 ºC hasta los 85°, la cual es muy útil e nuestro de rango de trabajo ya que

usaremos temperaturas entre los 40°c- 60°c que es la temperatura a la cual se deshidrataran las

muestras de manzana.

La comunicación de microcontrolador con el sensor se realiza mediante un protocolo 1-wire,

básicamente se trata de un protocolo especial que permite enviar y recibir datos utilizando un solo

cable, a diferencia de la mayoría de los protocolos que requiere dos vías.



32

Este sensor viene en dos tipos de encapsulado uno parecido al de un transistor de baja señal y

otro sumergible, nosotros usaremos el encapsulado sumergible ya que como en nuestro

deshidratador habrá humedad en el ambiente así evitare mosque el sensor se dañe.

3.4.2 Sensor de Humedad

El sensor de humedad que usamos fue el HIH4030 de Honeyweell el cual es un sensor de humedad

de salida analógica lineal que opera de -50°c a 125°C, la razón de por qué elegimos este sensor es

por su respuesta lineal que se rige por la siguiente ecuación:

( 2 )

Por lo que los valores que podemos esperar son:

Vout= 0.958V para una humedad relativa de O%

Vout= 4.028V para una humedad relativa de 100%

Otra razón de la utilidad de este sensor es su rango de operación ya que habíamos buscado otros

señores como el DHT11 el cuales un sensor de humedad de salida digital con una precisión de +-

0.5% de humedad relativa pero pierde precisión en temperaturas mayores a los 40°C ya que

alcanza como máximo el 40% de humead relativa, en cambio el HIH-4030 puede alcanzar el 90%

de humedad relativa a 60°C y a 100°C a esta misma temperatura pero no puede trabajar por más

de 50 Horas como se muestra en la figura 3.5, esto lo hace muy útil para nuestro proceso ya que

las temperaturas que manejaremos están entre los 40°C-60°C y manejaremos una humedad

relativa ambiental del 90% como ”setpoint”.

Figura 3.5. Rango de operación del HIH-3040”

A pesar de que es un gran sensor necesita de un acondicionamiento externo de la señal de salida

para que pueda procesarla el microcontrolador, el cual veremos en el siguiente apartado.



33

3.4.2.1 Acondicionamiento de señal

Debido a que estamos usando un sensor analógico del cual su lectura puede verse afectada por el

ruido debemos de darle un tratamiento a esa señal para que la lectura sea confiable y tenga tres

cosas:

1. Exactitud

2. Repetividad

3. Precisión

Para ello someteremos nuestra señal a dos procesos, el primero un convertidor de voltaje a

corriente el cual tendrá como salida 4-20ma de CD la cual entrara a un amplificador de

instrumentación con un rango de salida 0-3 volts de CD el cual es el rango de lectura del

MSP430G2553.

3.4.2.1.1 Convertidor de voltaje a corriente

Esta etapa se usa para llevar nuestra señal a una medición de corriente de 4 a 20ma de CD para

ello se implementó el circuito mostrado en la figura 3.6.

Figura 3.6. Convertidor de voltaje a corriente.

Para poder establecer los valores de los elementos se realizó el siguiente análisis:

( 3 )

( 4 )

( 5 )



34

De la gráfica 3.1 se puede observar el comportamiento de las variaciones del voltaje frente a las

variaciones de corriente.

Grafica 3.1. Variaciones de voltaje frente a variaciones de corriente.

Considerando estos aspectos y despejando a R de la 5.

( 6 )

Para el punto en donde la corriente y el voltaje tienen los valores más pequeños tenemos la

siguiente ecuación 7:

( 7 )

Para el punto en donde la corriente y el voltaje tienen los valores más altos tenemos la siguiente

ecuación 8:

( 8 )

Resolviendo este sistema de ecuaciones 7 y 8 tenemos:

( 9 )

( 10 )

Para el desarrollo de los cálculos del convertidor Voltaje-Corriente, se utilizaron los siguientes

rangos, un rango de entrada de 0.958V-4.028V y un rango de salida de 4mA-20mA, Para los

cálculos de convertidor voltaje-corriente, se realizó el siguiente análisis.

Sustituyendo estos valores en la ecuación 10, tenemos:

( 11 )



35

( 12 )

( 13 )

Esta resistencia calculada es denominada Rspan la cual servirá para ajustar el valor máximo de

20ma de CD y el potenciómetro de 10kΩ sirve para ajustar el nivel mínimo que son los 4ma de cd,

por lo que el circuito físico queda de la siguiente manera:

Figura 3.7. Convertidor de voltaje a corriente con RSPAN.

3.4.2.1.2 Convertidor de corriente a voltaje.

De la 31 se definen los puntos A y B, para las siguientes ecuaciones

( 14 )

( 15 )

Resolviendo la ecuación 14 y 15, tenemos:

( 16 )

( 17 )

Sustituyéndolos rangos previamente establecidos de salida y entrada que son de

0v-3v y 4ma-20ma respectivamente.

( 18 )



36

( 19 )

( 20 )

( 21 )

Debido a que por norma se trabaja al 60% de la , por concepto de

Metrología, por lo que la , es de:

( 22 )

( 23 )

Por lo que el circuito de esta etapa queda como el mostrado en la figura 3.8.

Figura 3.8. Convertidor de corriente a voltaje.

3.4.2.1.3 Amplificador de instrumentación

Un amplificador de instrumentación es un circuito con entrada diferencial cuya función principal

es amplificar con precisión las señales de muy bajo nivel aplicadas a su entrada, eliminando

además las posibles señales interferentes y de ruido que lleguen en modo común. Para esto tiene

que tener las siguientes características:

Ganancia diferencial en lazo cerrado estable, que pueda ajustarse externamente sin

modificar sensiblemente sus características de entrada. ·

Rechazo al modo común (CMR) alto, tanto en continua como a las frecuencias a las que

pueda aparecer ruido en modo común a la entrada.

· Impedancia de entrada elevada.



37

· Tensión y corriente de offset bajas y con pocas derivas. ·

Impedancia de salida baja. ·

Tensiones de entrada en modo común altas.

Comercialmente se dispone tanto de circuitos integrados monolíticos como de circuitos

integrados híbridos y circuitos modulares que cumplen estas condiciones, en nuestro caso lo

usaremos para la adecuación de la señal proveniente del sensor de humedad, para ello calculamos

la ganancia del amplificador para los rangos elegidos de la siguiente manera:

( 24 )

( 25 )

( 26 )

( 27 )

Considerando el los rangos que habíamos establecido de entrada de4ma-20ma de corriente

directa y una salida de 0v-3v sustituimos

( 28 )

( 29 )

Para obtener el valor de la Ganancia:

( 30 )

Se obtuvo el valor de Rg, tomando en cuenta que el valor de la ganancia es pequeña y la teoría nos

dice que para ganancias pequeñas se usan resistencias pequeñas dentro del rango de 20-

100kΩ,por lo tanto elegimos R=20kΩ

( 31 )

( 32 )

( 33 )

Debido a que el valor de la Rg es negativo, se consideraron los siguientes valores para poder

compensar el circuito:



38

( 34 )

Donde m y Rg, se volvió a calcular considerando los valores que se encuentran en la 30.

( 35 )

( 36 )

( 37 )

( 38 )

Una vez obtenidos todos los valores de los elementos la etapa de caracterización de la señal es la

siguiente:

Figura 3.9. Circuito de caracterización de señal.

3.4.2.2 Detector de cruce por cero.

La transición de señales digitales en la corriente alterna (AC), es imposible sin la asistencia de un

circuito detector de cruce por cero. Estos son circuitos que envían un pulso cuando la onda de

corriente alterna alcanza el punto de cruce por cero en el plano.

En una gráfica el cruce por cero es la línea recta que bisecta la onda. En la electrónica, el cruce por

cero se identifica en donde la función de onda cambia de positivo o negativo o viceversa. En un

interruptor atenuante de luz, por ejemplo, un detector de cruce por cero permite ajustes del nivel

de poder en la corriente eléctrica, ya que esos puntos no tienen voltaje. La interrupción de la

corriente en cualquier otro punto del circuito eléctrico crea un pico de poder potencialmente

dañino.

El propósito de este circuito es crear un pulso digital en el cruce por cero, este pulso será enviado

al Microcontrolador el cual dependiendo la adquisición de datos correspondiente a los sensores

tomara la decisión de aumentar el tiempo de conducción en un TRIAC el simulando un controlador

PID digital.



39

De esta manera se estará regulando la potencia de la lámpara para poder regular la temperatura

dentro del deshidratador manteniéndola en los rangos de operación establecidos previamente

Figura 3.10. Circuito detector de cruce por cero.

El circuito mostrado en la figura 3.10 es el detector de cruce por cero del cual se realizó su

simulación obteniendo la respuesta mostrada en la figura 3.11 mostrando el pulso que es

disparado justo en el momento en que la forma de onda de corriente alterna cambia su polaridad.

Figura 3.11. Respuesta del circuito detector de cruce por cero.

3.5 Sistema de control

El control se llevara a cabo por medio de un microcontrolador MSP430G2553 el cual recibirá los

datos obtenidos por los sensores y los procesara para tomar decisiones sobre si debe modificar

algún parámetro de nuestra planta ya sea aumentado la temperatura por medio del control de

modulación de corriente alterna o activar los ventiladores para regular la humedad dentro del

deshidratador, este proceso será realizado por una interrupción cada que se detecte el pulso

enviado por el detector de cruce por cero el cual ira conectado directamente a la línea de 120v a

60hz por lo que la interrupción que indicara al micro la toma de decisiones se realizara cada 4.16

mili segundos.



40

Diagrama 3.1 Diagrama de flujo general.

3.5.1 Sistema de control Humedad.

Para regular la humedad en nuestro prototipo implementaremos un control tipo “onn-0ff”, para

ello implementaremos las variables de set point de humedad la cual la inicializaremos en un 60%

de humedad relativa ya que de acuerdo a la figura la humedad relativa en la zona metropolitana

del DF desde 1992 hasta 2001 la humedad relativa no ha sobrepasado el 60% de esta manera

podemos garantizar que el aire que introduciremos a nuestro prototipo tendrá un porcentaje de

humedad relativa menor a nuestro set point. [19] A así podremos identificar cuando la muestra

de la manzana libere su humedad hacia el ambiente, este exceso de humedad será registrado por

el sensor el cual enviara su lectura al controlador el cual la almacenara en una variable (HR).

Como el controlador tipo p es directamente proporcional al error obtendremos ese error con la

siguiente ecuación:

( 39 )



41

Conociendo el error podemos conocer la humedad que ha liberado la manzana hacia el ambiente

por lo que implementaremos un contador el cual será el encargado de la automatización de

nuestro prototipo, esto se lograra con una sumatoria de los errores medidos hasta que la manzana

haya perdido la humedad necesaria para que se considere deshidratada la cual es de 88% de

humedad relativa, entonces cuando nuestro contador llegue a 88% de humedad relativa

registrada sabremos que ahora la humedad que contiene la manzana es del 12% la cual es

suficiente como para que se considere deshidratada.

( 40 )

Ahora como sabemos que nuestro sensor es de salida analógica y que después de someterlo al

acondicionamiento de señal tendrá un rango de salida de 0-3v y teniendo en cuenta que es un

sensor de salida lineal podemos implementar la ecuación 41 para conocer el porcentaje de

humedad relativa que nos está entregando.

( 41 )

De esta manera podemos saber el valor de humedad relativa que nos está entregando el sensor,

de esta manera también podremos controlar la humedad relativa que se encuentra en nuestro

dispositivo ya que cuando el valor de humedad relativa sobrepase el valor de la variable de

setpoint se activaran los ventiladores para que el aire húmedo salga y poder introducir “aire seco”,

el proceso de secar aire es muy costoso además de complicado por lo que tomando como

referencia.

Grafica 3.2. Promedios de Humedad relativa anuales (1992-2001).



42

Diagrama 3.2. Diagrama de flujo de humedad.



43

3.5.2 Control de temperatura.

Para poder regular la potencia de la lámpara implementaremos un control tipo “P” y de esta

manera también controlar la temperatura que esta proporciona.

Sabemos que el regulador más simple de todos es la acción proporcional o regulador de tipo “P”,

cuya señal de salida o de control es proporcional a la señal de error, es decir si y son la

entrada y la salida del regulador respectivamente se tiene:

( 42 )

Donde es una constante ajustable que se denomina Ganancia del controlador.

Tomando como referencia el funcionamiento del controlador de tipo”P” establecimos una

constante la cual multiplicaremos por el error.

Para obtener el error definiremos un Setpoint de temperatura igual a 65°C la cual es la

temperatura que necesitamos para que la manzana se deshidrate, por lo que el error se calculara

de la siguiente manera:

( 43 )

Con el error calculado y teniendo preestablecida la constante podemos obtener la acción del

controlador.

( 44 )

Para obtener los valores de los Timers proponemos una constante de tiempo con la cual podemos

modular el ciclo útil a aplicar en la lámpara, por lo que la constante propuesta es de 128.2µs la

cual se obtuvo buscando un valor que multiplicado por el máximo error posible (65) nos diera

8.33ms el cual es el periodo de medio ciclo de onda sinodal.

( 45 )

Ahora para poder realizar la modulación de ancho de pulso dependiendo de la temperatura

medida establecemos las siguientes condiciones:

Si P>0, a la constante de tiempo le restaremos el valor de P y cargaremos este valor al

Timer para después disparar el Triac.

Si p<0, a la constante de tiempo le sumaremos el valor de P y cargaremos este valor al

Timer para después disparar el Triac.



44

Diagrama 3.3. Diagrama de flujo de temperatura.



45

3.5.3 Control de interrupción

El funcionamiento del programa de interrupción se efectúa cada 8.33ms y su trabajo será

consultar a las funciones temperatura y humedad, las cuales controlan sus variables respectivas,

siendo esta ultima la que nos brindara el error del error de humedad calculado para así

incrementar un contador, el cual nos indica cuando la fruta este deshidratada, o sea cuando su

valor sea 88% de humedad relativa.

Una vez realizado este proceso el programa saldrá del vector de interrupción hasta que se genere

una nueva.

Diagrama 3.4 Diagrama de flujo de interrupción.



46

Diagrama a bloques del funcionamiento del deshidratador.

Diagrama 3.5 Diagrama a bloques del deshidratador.

3.6 Etapa de Potencia

En esta etapa se regulara el ciclo útil aplicado a la lámpara por medio de un Triac el cual será

disparado por un octoacoplador (MOC), este disparo será controlado por el microcontrolador

dependiendo de la temperatura medida en ese instante, para esto se controlara el tiempo en que

será disparado el Triac.

3.6.1 Triac

Es un dispositivo semiconductor que se utiliza en corriente alterna, con la particularidad de que

conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la

corriente por debajo del valor de mantenimiento.

La relación en el circuito entre la fuente de voltaje, el triac y la carga se representa en la figura siguiente. La corriente promedio entregada a la carga puede variarse alterando la cantidad de tiempo por ciclo que el triac permanece apagado. Si permanece una parte pequeña del tiempo apagado, la corriente promedio a través de muchos ciclos será pequeña, en cambio si permanece durante una parte grande del ciclo de tiempo encendido, la corriente promedio será alta. Un triac no está limitado a 180 de conducción por ciclo. Con un arreglo adecuado del disparador, puede conducir durante el total de los 360 del ciclo. Por tanto proporciona control de corriente de onda completa, en lugar del control de media onda que se logra con un SCR.



47

El esquema y las formas de onda pueden verse a continuación.

Grafica 3.3. Formas de onda.

En la gráfica 3.4 podemos ver cómo se puede regular la potencia aplicada en nuestro caso la

regularemos esperando un cierto tiempo antes de disparar el Triac, por ejemplo si establecemos

un Setpoint de 60°C y tuviéramos una variable proceso leída de 5°C tendríamos:

( 46 )

Ahora con el error calculado obtenemos el valor de la acción del controlador:

( 47 )

Ahora teniendo el valor del controlador y tomando en cuenta las condiciones que establecimos

antes como P es mayor a cero tenemos:

( 48 )

El cual será el tiempo que se esperara después del cruce por cero para después disparar el Timer y

así circule la mayor parte de la onda y así se incremente la temperatura.



48

Grafica 3.4. Funcionamiento del PWM.

Como se observa en la gráfica 3.5 tal después del cruce por cero esperamos 1.279ms para disparar

el Triac y que conduzca la mayor parte de la onda y así incrementar la temperatura.

3.6.2 Moc

Son conocidos como optoaisladores o dispositivos de acoplamiento óptico, basan su

funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito a

otro sin conexión eléctrica. Estos son muy útiles cuando se utilizan por ejemplo,

Microcontroladores PICs y/o PICAXE si queremos proteger nuestro microcontrolador este

dispositivo es una buena opción. En general pueden sustituir los relés ya que tienen una velocidad

de conmutación mayor, así como, la ausencia de rebotes.

Es un dispositivo utilizado para poder disparar el Triac en nuestro caso el octoacoplador utilizado

es el MOC3021, este disparara el Triac cada que el Micro envié un pulso positivo a través del

puerto seleccionado.

3.7 Construcción de Prototipo

Para poder implementar nuestro prototipo en el chasis principal realizamos primero los circuitos

de acondicionamiento, de potencia de los ventiladores y el PWM analógico los cuales van

interconectados al controlador (MSP430G2552).



49

Simulación y construcción de la etapa de caracterización de la señal del sensor

de Humedad

Esta etapa es la encargada de adquirir el dato proporcionado por el sensor de humedad y enviarlo

al controlador para que este tome la decisión de encender los ventiladores y además de verificar

el porcentaje de deshidratación de la muestra de manzana.

Para simular la primera del convertidor de voltaje-corriente realizamos el siguiente circuito:

Figura 3.12 Circuito voltaje-corriente.

Como se observa en la figura 3.13 simulamos la acción del sensor con una fuente de CD dando

como valores a esta 0.0958V el cual corresponde a 0% de humedad relativa, 4.028 el cual

corresponde a 100% de humedad relativa y finalmente 2.014V el cual es el valor entregado por el

sensor a 50% de Humedad relativa.

Figura 3.13 Respuesta del circuito simulando la salida del sensor a 0%.



50

Figura 3.14 Circuito sometido al 50% de HR.

En la figura 3.14 podemos observar la respuesta del circuito sometiéndolo al 50% de humedad

relativa, comprobando que la salida de este es de los 10ma de CD calculada.

Figura 3.15 Circuito sometido al 100% de HR

En la figura 3.15 podemos observarla respuesta del circuito sometido a 100% de humedad relativa,

comprobando lo calculado una salida de 20ma de CD.

Ahora habiendo simulado la primera etapa del acondicionamiento de señal del sensor

procederemos a simular el circuito con el amplificador de instrumentación el cual tendrá un rango

de salida de 0-3 a 0% y 100% de HR correspondiente.



51

Figura 3.16 Simulación de Adquisición de Datos.

En la figura 3.16 podemos ver el circuito armado y simulado en la plataforma multisim el cual será

sometido a los valores de 100% y 0% de humedad relativa.

Circuito sometido a 0% de HR

Como podemos observar en la figura 3.17 que cuando el circuito es sometido a 0% de HR (0.958V)

su salida es de 133nV, lo cual no es cero completamente pero es un valor muy cercano

demostrando lo calculado anteriormente.

Figura 3.17 Adquisición de datos sometida a 0% de HR.

Circuito sometido a 100% de HR

Como podemos observar en la figura 3.18 que cuando el circuito es sometido a 100% de HR

(4.028V) su salida es de 3V demostrando lo calculado anteriormente.

Figura 3.18 Adquisición de datos sometida a 100% de HR.



52

Habiendo simulado esta etapa podemos proceder a la construcción del circuito físicamente, como

primer paso diseñamos el circuito en el programa LiveWire para esto dividimos la etapa de

adquisición de datos en dos, una la etapa del convertidor de V-I y la otra el amplificador de

instrumentación.

Figura 3.19 Diseño en LiveWire de el convertidor de V-I.

Como se muestra en la figura 3.19 se diseñó el circuito en LiveWire para después con ayuda del

programa PCBWizard diseñar la placa de circuito impreso la cual se muestra en la siguiente figura.

De igual manera diseñamos la segunda parte de la adquisición de datos la cual corresponde al

amplificador de instrumentación como se muestra en la figura 3.20.

Figura 3.20 Diseño en LiveWire de la etapa 2.



53

Una revisado completamente y que nuestro diseño coincida con su contraparte en papel

procedemos a diseñar la placa de esta etapa, la cual se muestra en la figura 3.21

Figura 3.21 Placa de la etapa2.

Lo siguiente es revelar las placas, perforarlas y soldar los componentes a ellas para proceder con la

verificación de su correcto funcionamiento.

Simulación y construcción del circuito detector de cruce por cero.

Esta etapa es de vital importancia ya que cada que este indique el cruce por cero se realizara toda

la consulta de los datos de los sensores y se tomaran decisiones al respecto, en la figura 3.22 se

muestra el circuito diseñado y simulado en Multisim.

Figura 3.22 Simulación Circuito Detector de Cruce por Cero.

Una vez diseñado el circuito tal y como se construirá físicamente procedemos a ver su respuesta la

cual se muestra en la figura 3.23:



54

Figura 3.23 Respuesta del circuito de Cruce por Cero.

Una vez verificando el correcto funcionamiento de nuestro circuito procedemos con la

construcción en una placa de circuito impreso como en las etapas anteriores primero diseñando el

circuito en LiveWire como se muestra en la figura 3.24.

Figura 3.24 Circuito Detector de Cruce por cero Diseñado en LiveWire.

Una vez revisado el diseño del circuito procedemos al diseño de la placa en PCBWizard dando

como resultado la placa que se muestra en la figura 3.25.

Figura 3.25 Placa Circuito Detector de Cruce por cero.



55

Lo siguiente es el revelado de la placa, la perforación de la misma y el soldado de los componentes

para proceder con la verificación de su funcionamiento.

Diseño y construcción del PWM de corriente alterna.

En esta se tomaron en cuenta las características del Triac que utilizamos para regular la corriente

de la lámpara y al igual que en las etapas pasadas diseñamos primero el circuito en LiveWire de la

figura 3.26.

Figura 3.26 Diseño del Pwm en LiveWere.

Una vez diseñado esto procedemos al diseño de la placa en PCBWizard.

Figura 3.27 Placa del Circuito del PWM de corriente Alterna.



56

Construcción de la etapa de potencia para los ventiladores

Esta etapa fue complicada ya que la activación de cada ventilador se hace con el pulso

directamente del puerto del micro, esto lo logramos conectando un relevador de12 volts al puerto

del microcontrolador, logramos activar el ventilador pero no tenía la potencia necesaria para el

proceso que iba a realizar el cual es suministrar aire seco al prototipo o en su caso expulsar el aire

con exceso de humedad del mismo el problema se resolvió utilizando un octoacoplador 4N35 ya

que posee salida transistorizada la cual utilizamos para activar el relevador con el pulso del micro

cuando fuera necesario.

Tomando en cuenta estas condiciones se diseñó el siguiente circuito:

Figura 3.28 Diseño del circuito de control de ventiladores.

Tomando como señal del microcontrolador la salida del push botton que alimenta el

octoacoplador y este a su vez activa el relevador.

3.7.1 Integración de etapas

Una vez configurada cada etapa del prototipo, se lleva a cabo la integración de cada una de ellas.

El diagrama eléctrico de la integración de todas las etapas se muestra en la figura 3.29.



57

Figura 3.29 Diagrama eléctrico completo.

3.7.2 Chasis Principal

Ya terminado el diagrama eléctrico total se procede al armado del prototipo. La elaboración física

del prototipo se explicara más a detalle en lo que resta de este capítulo.

Como ya se menciono en el capítulo tres, el prototipo del deshidratador de manzana se llevara a

cabo en el chasis de un horno de microondas debido a que cumple con las condiciones propuestas

previamente.

En la figura numero 3.30 se muestra el chasis de un horno de microondas desmantelado, limpio y

listo para montar el equipo necesario para la realización de pruebas.

Figura 3.30 Chasis del Horno de microondas.



58

Una vez preparado el chasis del microondas, se comenzaron a montar los componentes necesarios

para la deshidratación de la manzana. Los instrumentos internos empleados en el prototipo se

muestran en la figura 3.31.

Figura 3.31 Vista interior del Prototipo.

Una vez montados los instrumentos que van en el interior, se interconectaron a sus circuitos

correspondientes, para así, realizar las pruebas y ajustes para verificar un correcto

funcionamiento. En la figura 3.32 a) se muestran los valores medidos en el multimetro, mientras

que el la figura b) se muestran los mismos valores del multimetro pero mostrados en la

computadora mediante el msp430 y la interfaz utilizada.

Figura 3.32 a) (izquierda) b) (derecha) Integración de la etapa de Humedad.



59

Una vez montado el equipo necesario, se verificaron que los resultados de las pruebas realizadas

fueran verídicos, esto se corroboro consultando al valor medido (Humedad) en internet. Los

resultados transmitidos por la computadora y el valor de la humedad correspondiente a la Ciudad

de México pueden apreciarse en la figura 3.33. Cabe mencionar que existe un error de medición

debido a diferentes factores, como la ubicación exacta de nuestro prototipo, así como la

inexactitud de los circuitos ya que las condiciones en las que se encuentra el prototipo no son

ideales como las propuestas en teoría.

Figura 3.33 Comparación de Humedad Relativa.

3.8 Diseño de la interfaz.

Para el diseño de la interfaz a utilizar en nuestro proyecto terminal se optó por utilizar Visual Basic,

ya que es un programa más fácil de manejar además de tener las herramientas necesarias para la

elaboración del proyecto.

Esta interfaz permite, mediante la apropiada programación del Puerto Serial

La interfaz gráfica consta de las siguientes partes:



60

Figura 3.34. Aspecto del interfaz.

1. Seleccionar Puertos. Mediante este “ComboBox” se deslizaran los puertos COM

disponibles en la computadora, de los cuales se elegirá el COM utilizado por el

microcontrolador para poder establecer la conexión.

2. Barra de Texto. En esta barra se podrá observar un letrero, el cual informara si la conexión

con el puerto seleccionado.

3. Temperatura. Esta barra de texto mostrara el valor leído de la variable temperatura.

4. Humedad. En esta barra de texto se mostrara el valor leído de la variable humedad.

5. Salir. Al oprimir este botón, se saldrá de la interfaz.

Capítulo 4 Análisis de costos

4.1 Costos del diseño e instalación del proyecto.

Suministro de Equipo y Materiales.

Tiempo hora/hombre (sueldo base + prestaciones).

Gastos de operación de la empresa (telefonía, luz, internet, transporte, renta, impuestos).

*Sueldo Mensual de Ingenieros $18,000.00.



61

Tabla 4.1 Costos unitarios y totales.

CANT. DESCRIPCION VALOR

20 Resistencias de precisión ($ 1) c/u $20

4 Resistencias ($0.50) c/u $2

1 BIT137 $15

1 TIP 31CG $6

1 Opam 741 $6

1 LM324N $5

1 Capacitores cerámicos ($ ) c/u $5

1 Triac BT137 $15

1 Sensor de humedad HIH-4030 $430

1 Sensor de Humedad $150

2 Sensor de Temperatura DSB18B20 ($150) c/u $300

1 Chasis $50

1 Moc 3021 $10

2 BC547B ($3)c/u $6

1 Microcontrolador MSP430 $250

2 Ventiladores ($ 45) c/u $90

2 Cloruro Férrico ($26) c/u $52

5 Trimpots ($ 15)c/u $75

3 Diodos ($6 )c/u $18

3 Terminales para circuito impreso ($6 )c/u $18

6 Headers macho($5 )c/u $30

1 Base de 14 pines $2.50

1 Base de 8 pines $2



62

9 Jumpers hembra-hembra ($2 )c/u $18

3 Placas fenólicas de 5x5 ($8 )c/u $24

2 Placas fenólicas de 10x10 ($15 )c/u $30

3 Placa fenólica de 5x8 ($13.5 )c/u $40.5

1 Cables caimán- caimán (paquete de 6) $39

6 Hojas de cauche ($2.5 )c/u $15

1 Lámpara infrarroja de onda lejana $600

1 Base para la lámpara $150

2 Puntas de osciloscopio ($30 )c/u $60

4 Cable para protoboard ($5) por metro $16

2 Protoboard ($70 )c/u $140

2 Soldadura ($7) por metro $14

1 Pasta para soldadura $25

1 Manzanas $16

1 Descorazonador $49

1 Cuchillo $50

TOTAL $2,844

Tabla 4.2 Accesorios de software utilizados.

CANT DESCRIPCION VALOR

1 Licencia Multisim $0.0

1 Licencia Texas Instrument $0.0

1 Licencia Visual Basic 2008 $0.0

TOTAL $ 0.00



63

4.2 Tiempo hora/hombre. Sueldo por Ingeniero= $18,000.00

Sueldo un Ingeniero.

Sueldo al día=

Sueldo por hora=

Tabla 4.3 Tiempo hora/hombre.

ACTIVIDAD TIEMPO 3 TÉCNICOS

Simulación de circuitos 2 horas. $150.00

Realización de placas

fenólicas

7 horas $525.00

Montado del prototipo 3 horas $225.00

Conexión de circuitos 6 horas $450.00

Pruebas con el prototipo 16 horas $1,200.00

Tratamiento de la materia

prima

1 hora $75.00

TOTAL $2,625.00x3 = $7,875.00

PRECIO DE VENTA

$ 7,875.00 X 0.30= $2,362.50

PRECIO TOTAL DE VENTA = 7,875.00 + 2,362.50 = $ 10,237.50

4.3 Gastos de operación de la empresa.

Tabla 4.4 Gastos de operación.

DETALLE VALOR

Luz $ 250.00

Internet $ 400.00



64

Agua $ 100.00

Subtotal $750.00

TOTAL $787.50

Para el precio a cada cliente se le agrega el 5% total de los gastos de operación.

Gastos de operación totales= 750+5%=787.5

4.4 Precio de venta al cliente.

Tabla 4.5 Presupuestos.

DETALLE VALOR

Costos unitarios y totales de materiales y equipo. $ 2,844.00

Software a utilizar. $ 0.00

Mano de obra. $ 10,237.50

Gastos de operación. $787.50

Otros. $ 200.00

TOTAL $ 14,069.00



65

CONCLUSIONES. El secado asistido infrarrojo permite reducir los tiempos de secado en forma considerable en comparación al secado convencional por aire. Para el fruto de manzana el ahorro en el tiempo de secado alcanzo un máximo de 70 % comparando el secado asistido con el secado convencional. Además el secado asistido infrarrojo permitió mantener mayor cantidad de compuestos fenolicos en el fruto de manzana, en comparación al secado tradicional. Fue posible deshidratar el fruto de manzana en forma satisfactoria utilizando un secado asistido infrarrojo, lo que constituye una alternativa para el secado de frutas, vegetales y otros productos alimenticios que requieran extender su vida útil mediante la eliminación de agua. La realización del proyecto da la pauta para una futura modificación e implementación para otras especies de frutas permitiendo al usuario ingresar diferentes setpoints de temperatura y humedad con una investigación previa de las características de cada fruto. Como fuente de ingresos alternativa nuestro prototipo cumple con el objetivo de reducir del margen de tiempos de espera de la deshidratación de la materia prima, esto puede ser una opción viable para los productores de esta fruta para aumentar sus ganancias y reducir sus pérdidas, además de ser económico ya que el control se realiza con un microcontrolador de ultra bajo consumo de energía lo que reduce considerablemente sus costos.



66

BIBLIOGRAFÍA

[1] J. A. Marco, Quimica de los Productos Naturales, Sintesis, 2006.

[2] N. W. Desrosier, Conservación de Alimentos, Cecsa, 1964.

[3] A. Albors, Estudio de Perfiles Composicionales y Estructurales en tejido de manzana (Granny

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[20] M. J. G. E. Jose Luis Aleixandre Benavent, Industrias Agroalimentarias, valencia: servicio de

publicaciones.



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GLOSARIO. Plástidos: Los plastos, plástidos o plastidios son orgánulos celulares eucarióticos,

propios de las plantas y algas. Su función principal es la producción y almacenamiento de importantes compuestos químicos usados por la célula. Así, juegan un papel importante en procesos como la fotosíntesis, la síntesis de lípidos y aminoácidos, determinando el color de frutas y flores, entre otras funciones.

Disacáridos: Los disacáridos son un tipo de glúcidos formados por la condensación (unión) de dos azúcares.

Vacuola: Una vacuola es un orgánulo celular presente en todas las células de plantas. También aparece en algunas células procariotas y de otras eucariotas. Las vacuolas son compartimentos cerrados o limitados por la membrana plasmática ya que contienen diferentes fluidos, como agua o enzimas, aunque en algunos casos puede contener sólidos como por ejemplo azúcares, sales, proteínas y otros nutrientes.

Polisacáridos: Los polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de una gran cantidad de monosacáridos. Se encuentran entre los glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales.

Glúcidos: Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, cuyas principales funciones en los seres vivos son el prestar energía inmediata y estructural.

Ácidos volátiles: Los ácidos volátiles son ácidos orgánicos de pequeño peso molecular y bajo punto de evaporación, esto es, se pueden evaporar a temperatura ambiente, por tanto se perderían en un proceso de destilación.

Ácidos no volátiles: Pigmentos: Un pigmento, palabra proveniente del Latín pigmentum1 , es un

material que cambia el color de la luz que refleja como resultado de la absorción selectiva del color.

Enzimas: Las enzima son moléculas de naturaleza proteica y estructural que catalizan reacciones químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles

Ligninas: La lignina es un polímero presente en las paredes celulares de organismos. La palabra lignina proviene del término latino lignum, que significa ‘madera’; así, a las plantas que contienen gran cantidad de lignina se las denomina leñosas. La lignina se encarga de engrosar el tallo.

Sustancias pecticas: Las sustancias pécticas se definen como un grupo heterogéneo de polisacáridos complejos de naturaleza ácida, constituidos principalmente por una mezcla de tres polisacáridos.

Turgencia: En biología, se denomina turgencia (del latín turgens- turgentis; hinchar) al fenómeno que ocurre cuando una célula se hincha debido a la presión ejercida por los fluidos y por el contenido celular sobre las paredes de la célula.

Células parenquimáticas: células fundamentales de la planta en cuanto que parece que el resto de células se han adaptado para generar estructuras que permitan a éstas llevar una vida confortable.


https://es.wikipedia.org/wiki/Org%C3%A1nulo

https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula

https://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesis

https://es.wikipedia.org/wiki/Bios%C3%ADntesis

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADpidos

https://es.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cidos

https://es.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BAcido

https://es.wikipedia.org/wiki/Org%C3%A1nulo

https://es.wikipedia.org/wiki/Procariotas

https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_eucariota

https://es.wikipedia.org/wiki/Membrana_plasm%C3%A1tica

https://es.wikipedia.org/wiki/Agua

https://es.wikipedia.org/wiki/Enzima

https://es.wikipedia.org/wiki/Biomol%C3%A9cula

https://es.wikipedia.org/wiki/Monosac%C3%A1rido

https://es.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BAcido

https://es.wikipedia.org/wiki/Biomol%C3%A9cula

https://es.wikipedia.org/wiki/Carbono

https://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno

https://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%ADn

https://es.wikipedia.org/wiki/Pigmento#cite_note-1

https://es.wikipedia.org/wiki/Color

https://es.wikipedia.org/wiki/Luz

https://es.wikipedia.org/wiki/Reflexi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)

https://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culas

https://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna

https://es.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1lisis

https://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica

https://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica

https://es.wikipedia.org/wiki/Pared_celular


https://es.wikipedia.org/wiki/Planta_le%C3%B1osa

https://es.wikipedia.org/wiki/Biolog%C3%ADa


https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula


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ANEXOS



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