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Determinación de Permeabilidad Máxima Permitida para el Empaque de Café Industrializado


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Determinación de Coeficientes Globales de Transferencia de Masa


El coeficiente global de transferencia de masa es una medida de la facilidad con que los productos ganan agua hasta alcanzar la humedad crítica.

En el apéndice B se muestra la ganancia de humedad del café liofilizado, atomizado y de pasar.




Fig 3.11 Determinación del Coeficiente Global de Transferencia de Masa de Café Liofilizado

El coeficiente global de transferencia de masa del café liofilizado es la pendiente de la recta, es decir, 0.6004





Fig 3.12 Determinación del Coeficiente Global de Transferencia de Masa de Café Atomizado

El coeficiente global de transferencia de masa del café atomizado es la pendiente de la recta, es decir, 0.2824





Fig 3.13 Determinación del Coeficiente Global de Transferencia de Masa de Café de Pasar

El coeficiente global de transferencia de masa del café de pasar es la pendiente de la recta, es decir, 0.2224

Las figuras 3.11, 3.12 y 3.13 muestran los coeficientes de transferencia de masa del café liofilizado, atomizado y de pasar respectivamente.

Cabe observar que el coeficiente global de transferencia de masa del café liofilizado es mayor que del atomizado y el de pasar, lo cual indica que el café liofilizado adsorbe con mayor facilidad el agua , tornándose más higroscópico que el café atomizado. Por lo tanto en la determinación del tiempo de vida útil, el contenido de humedad crítico y el coeficiente de transferencia de masa son elementos antagónicos.

Es importante recalcar que el café liofilizado tiene una humedad crítica mayor que el atomizado, sin embargo, tiene también un coeficiente global de transferencia de masa mayor, por lo tanto la rapidez con que el café liofilizado gana humedad es mayor que en el atomizado.


    1. Análisis de la Permeabilidad Máxima de Vapor de Agua para Empaques de Café en condiciones de Quito y Guayaquil.

Una vez conocidas las isotermas de adsorción de los tres tipos de café en condiciones de Quito y Guayaquil y determinadas las humedades críticas de los productos en las tales condiciones, se calculó las permeabilidades máximas requeridas por los productos para que mantenga condiciones óptimas durante un período de tiempo determinado, tal como indica la tabla 14

TABLA 14

PERMEABILIDADES REQUERIDAS PARA CAFÉ LIOFILIZADO, ATOMIZADO Y DE PASAR

Tipo de Café

k/x (gH2O/m2 día mmHg)

k/x (gH2O/m2 día mmHg)

32 ºC y 83% HR

14 ºC y 75 %HR

Liofilizado

4.3766x10-3

18.5033x10-3

Atomizado

2.7450x10-3

9.8300x10-3

Pasar

31.7946x10-3

-----------

Fuente: Elaboración Propia

Al analizar la tabla 14 se puede observar que el café liofilizado tanto en las condiciones de Quito y Guayaquil requiere una permeabilidad de 1.8 y 1.5 veces mayor que el atomizado, es decir, una menor barrera de protección a la transmisión de vapor de agua. En conclusión, el método de producción produjo cambios en las características de los productos haciendo al café liofilizado más estable que el café atomizado.

Por otro lado, si comparamos el efecto de las condiciones de almacenamiento sobre el requerimiento de permeabilidad para el mismo producto, obtenemos que el café liofilizado almacenado a 32ºC y 83 %HR tiene un requerimiento de permeabilidad 4 veces menor que a 14 ºC y 75 %HR. El café atomizado a 32 ºC y 83 %HR tiene un requerimiento de permeabilidad 3.5 veces menor que a 14 ºC y 75% HR; notándose claramente el gran efecto que tienen las condiciones ambientales en el requerimiento de barrera a la transmisión de vapor de agua.

La permeabilidad máxima permisible obtenida para el café de pasar a 32 °C y 83% de humedad relativa es mucho mayor que las calculadas para el café liofilizado y atomizado, confirmando así que este tipo de café no presenta gran sensibilidad a la transmisión de vapor de agua. En condiciones menos adversas (14°C y 75%HR) no es posible hallar un valor de permeabilidad de vapor de agua, ya que en éstas condiciones ambientales no ocurriría el crecimiento de mohos debido a que estos se desarrollan en actividades de agua superiores a 0.85 y el ambiente proporciona sólo 75% de humedad.

Es importante recalcar que éste debe ser el procedimiento utilizado para seleccionar un empaque que provea una necesaria barrera a la transmisión de vapor de agua; es decir; se debe estudiar las características del producto como las isotermas de adsorción, las humedades críticas y luego determinar el requerimiento de permeabilidad para que, en base a estos datos, la empresa productora de plástico fabrique un empaque que cubra las necesidades del producto estudiado.

Las características de los 4 tipos de plásticos utilizados para la predicción del tiempo de vida útil del café liofilizado, atomizado y de pasar se muestran en las tablas 15, 16, 17 y 18



TABLA 15

CARACTERÍSTICAS DEL POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD

Espesor

Gramaje (g/m2)

70 µ

90,5

TABLA 16

CARACTERÍSTICAS DEL LAMINADO 1

Estructura

Espesor

Gramaje (g/m2)

Poliester

12 µ

16.80

Tinta




3.50

Adhesivo




3.50

Polipropileno

7 µ

15.50

Adhesivo




3.30

Polietileno

40 µ

36.88

TABLA 17

CARACTERÍSTICAS DEL LAMINADO 2

Estructura

Espesor

Gramaje (g/m2)

Polietileno

40 µ

37

Adhesivo




3.3

Aluminio

6.35 µ

17.14

Adhesivo




3.3

Tinta




3

Polipropileno

20 µ

18

TABLA 18

CARACTERÍSTICAS DEL LAMINADO 3

Estructura

Espesor

Gramaje (g/m2)

Polietileno-Aluminio- Polipropileno

95 µ

110

La ganancia de humedad del café liofilizado y atomizado a 32 ºC y 83% de humedad relativa, empacados en los plásticos anteriormente mencionados, se muestra en la tabla 19.

TABLA 19

GANANCIA DE HUMEDAD DEL CAFÉ LIOFILIZADO 32ºC Y 83% HR

Días

g/100g

g/100g

g/100g

g/100g

PEHD

Laminado 1

Laminado 2

Laminado 3

0

1,3890

1,3890

1,3890

1,3890

6,92

5,2018

2,6115

1,8446

2,8879

8,92

6,1730

3,0775

2,0878

3,1802

10,88

7,2199

3,6020

2,3813

3,4667

13,85

9,2651

5,0371

3,4584

4,3867

17,85

11,7047

6,5833

4,3117

4,7824

21,81

13,4333

8,1061

5,9680

5,4860

27,98

16,1856

10,1260

7,2729

6,9829

Fuente: Elaboración Propia



Fig. 3.14 Tiempo de Vida Útil del Café Liofilizado a 32 ºC y 83 % HR

El café liofilizado almacenado en condiciones menos adversas como son 14 ºC y 75 % de humedad relativa ambiental, presenta el siguiente comportamiento con respecto a la ganancia de humedad.



TABLA 20

GANANCIA DE HUMEDAD DEL CAFÉ LIOFILIZADO 14ºC Y 75% HR

Días

g/100g

g/100g

g/100g

g/100g

HDPE

Laminado 1

Laminado 2

Laminado 3

0

1,3890

1,3890

1,3890

1,3890

2,0545

1,5075

1,4276

1,4083

1,3968

4,0208

1,6142

1,4546

1,4122

1,4046

7

1,7683

1,5163

1,4353

1,4084

11

2,0251

1,5896

1,4623

1,4162

14,958

2,2384

1,6706

1,5008

1,4278

21,125

2,5386

1,7979

1,5393

1,4317



Fig. 3.15 Tiempo de Vida Útil del Café Liofilizado a 14 ºC y 75% HR

TABLA 21

RESULTADOS DEL CAFÉ LIOFILIZADO ALMACENADO A 32 ºC – 83 % HR Y 14 ºC – 75% HR

Tipo de Plástico

Tiempo de Vida Ütil

Tiempo de Vida Ütil

32 ºC – 83 % HR

14 ºC – 75 % HR

HDPE

16 días

160 días

Laminado 1

24 días

450 días

Laminado 2

34 días

1200 días

Laminado 3

59 días

4300 días

Fuente: Elaboración Propia

Como podemos observar en la tabla 21 el laminado 3 es el que proporciona mayor tiempo de vida en percha hasta llegar a la humedad crítica en cualquiera de las dos condiciones; a continuación se encuentra el laminado 2 y luego el 1. Es necesario señalar que lo laminados 2 y 3 poseen una capa de aluminio (P = 0 teórica) como barrera a la transmisión de vapor de agua; lo cual hace que proporcione una mayor estabilidad en las dos condiciones estudiadas. El laminado 1 contiene una capa de poliéster (P = 850 cc(STP)cm/m2 día atm) como barrera, la cual tiene una mayor permeabilidad que el aluminio, por lo tanto proporciona el menor tiempo de vida de los tres laminados.

Otro de los plástico utilizados es el polietileno de alta densidad (P = 220 cc(STP)cm/m2 día atm), el cual a pesar de tener muy buena barrera a la transmisión de vapor de agua, es el que proporciona el menor tiempo de vida útil en comparación con los tres laminados.

También es importante destacar el cambio drástico en el tiempo de vida útil que sufre el café liofilizado en las dos condiciones estudiadas; ya que mientras el polietileno de alta densidad a 32 ºC y 83 % HR proporciona 16 días de vida útil; a 14 ºC y 75% HR obtenemos 160 días. Igual sucede con los tres laminados en donde los tiempos de vida se incrementan en gran forma.

Por esto, en función de la aceptación de los consumidores por uno u otro plástico, del costo y dependiendo del tiempo que se considera que el producto será consumido, se podría estudiar la forma de utilizar distintos plásticos para distintos lugares. Sabiendo que esto sería imposible para cada temperatura y humedad de las distintas ciudades; por lo menos se podría utilizar dos o tres plásticos distintos para la comercialización del producto.

Con el café atomizado sucede algo muy similar, presentando un comportamiento con respecto a la ganancia de humedad indicado en la tabla 22



TABLA 22

GANANCIA DE HUMEDAD DEL CAFÉ ATOMIZADO 32ºC Y 83% HR

Días

g/100g

g/100g

g/100g

HDPE

Laminado 1

Laminado 3

0

1,8226

1,8226

1,8226

6,92

4,3159

3,2562

1,9907

8,92

5,0741

3,8069

2,0388

10,88

5,7692

4,2792

2,1108

13,85

7,5091

5,7128

2,3846

17,85

9,2345

6,7357

2,9369

21,81

10,9405

9,2042

3,3740

27,98

13,0061

11,6726

3,9551
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