LABORATORIO N XX
Laboratorio de Operaciones Unitarias
Guas de prctica de laboratorio
LABORATORIO N 12
EVAPORACIN
I. INTRODUCCION
El objetivo de la evaporacin es concentrar una disolucin
consistente en un soluto no voltil y un disolvente voltil. En la
mayor parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La
evaporacin se realiza vaporizando una parte del disolvente para
producir una disolucin concentrada. La evaporacin difiere del
secado en que el residuo es un lquido a veces altamente viscoso en
vez de un slido; difiere de la destilacin en que el vapor es
generalmente un solo componente y aun cuando el vapor sea una
mezcla en la evaporacin no se intenta separar el vapor en
fracciones; difiere de la cristalizacin en que su inters reside en
concentrar una disolucin y no en formar y obtener cristales. En
ciertas situaciones, por ejemplo, en la evaporacin de salmuera para
producir sal comn, la separacin entre evaporacin y cristalizacin
dista mucho de ser ntida. La evaporacin produce a veces una
suspensin de cristales en unas aguas madres saturadas.
La evaporacin es una operacin unitaria que se emplea para
eliminar parcialmente por ebullicin agua de los alimentos lquidos.
La separacin de agua o concentracin de slidos se logra por la
diferencia en cuanto a volatilidad entre el agua (disolvente) y el
soluto. La preconcentracin de alimentos como el jugo de frutas,
leche y caf es deseable antes del secado, congelacin o
esterilizacin a fin de reducir el peso y el volumen. El incremento
de slidos por evaporacin reduce la actividad de agua, como en
jaleas o melazas, y en consecuencia ayuda a la conservacin. La
evaporacin tambin se utiliza para que un producto adquiera sabor y
color, como es el caso de los jarabes caramelizados para productos
de panadera.
La evaporacin es un proceso de concentracin de soluciones, en
las que el disolvente se elimina por evaporacin o ebullicin. Uno de
los objetivos primarios de la evaporacin es la reduccin de la
cantidad y peso de los fluidos, lo que permite un ms eficiente
transporte de las materias y un ms adecuado almacenamiento de las
mismas. Otro objetivo importante que se pretende en los procesos de
evaporacin es la eliminacin de grandes cantidades de agua de las
soluciones previo a que el material sea introducido en alguna etapa
de deshidratacin, por ejemplo la obtencin de leche en polvo. La
evaporacin tambin se utiliza para reducir la actividad de agua
aumentando el contenido de slidos solubles en alimentos, lo que
ayuda a la conservacin de los mismos, ejemplo la obtencin de leche
condensada o zumos concentrados de frutas. La evaporacin se ha
utilizado de forma extensiva en diversas industrias alimentaras,
como son las industrias lcteas de leche concentrada, en las
industrias de zumos para obtener zumos concentrados, en industrias
de conservas y mermeladas para obtener soluciones con alto
contenido en azcar. La evaporacin tambin se utiliza para elevar el
contenido de slidos solubles de soluciones diluidas antes de un
proceso de deshidratacin de lquidos como la atomizacin o la
liofilizacin.
Los procesos de evaporacin suponen la aplicacin de calor para
vaporizar agua de la solucin en su punto de ebullicin. Debido a que
muchas soluciones alimentaras son muy sensibles a la aplicacin del
calor, se debe trabajar bajo condiciones de vaco o baja presin para
que el punto de ebullicin sea ms bajo, y de esta forma perjudiquen
en menor grado el alimento. Los factores bsicos que afectan la
velocidad de evaporacin son los siguientes: 1) la velocidad a la
cual la energa puede ser transferida al lquido, 2) la cantidad de
energa requerida para evaporar cada kilogramo de agua, 3) la
temperatura mxima permitida para que el alimento no quede afectado,
4) la presin a la cual se lleva a cabo la evaporacin, y 5) los
cambios que pueden tener lugar en el alimento durante el curso del
proceso de evaporacin.
Un evaporador es esencialmente un intercambiador de calor en el
que un lquido hierve, generando una corriente de vapor. Se puede
considerar un evaporador como un generador de vapor a baja presin
en el que la corriente de vapor se puede utilizar como fluido
calefactor de otros evaporadores. Cuando dos evaporadores se
conectan en serie se denomina al conjunto evaporacin en doble
efecto, cuando son tres se les denomina de triple efecto, y as
sucesivamente. La utilizacin de evaporadores de mltiples efectos
aumenta la eficacia de la energa global del sistema, aunque esta
eficacia en el consumo energtico se traduce en un aumento del coste
por el nmero de evaporadores instalados, ya que n efectos
aproximadamente cuestan n veces el coste de un nico evaporador. El
diseo ptimo de una planta de evaporacin se debe basar en un balance
entre los costes de operacin y el capital invertido en la
instalacin.
FIGURA 12.1 Esquema de la instalacin de un evaporador de simple
efecto.
En la figura 12.1 se muestra un esquema de un evaporador. El
caudal de vapor vivo de vapor de agua es wV, mientras que wA es el
del alimento, obtenindose una corriente de vapor V y una de
concentrado wC. El vapor desprendido V se lleva a un condensador
donde condensa. Es importante resaltar que como muchas soluciones
alimentaras son termolbiles, y pueden quedar afectadas si son
expuestas a una temperatura demasiado elevada, es conveniente
operar a vaco en la cmara de evaporacin, por lo que es necesario
disponer de un dispositivo que lo realice. Asimismo, ser necesario
que, en el condensador utilizado en la condensacin del vapor
desprendido en la cmara de evaporacin, se disponga de una columna
baromtrica que compense la diferencia de presiones con el
exterior.
Se define la economa (E) de un evaporador como la cantidad de
disolvente evaporada por unidad de vapor de calefaccin:
(12. AUTONUM )
1.1 Operacin de simple y mltiple efecto.
La mayora de los evaporadores se calientan con vapor de agua que
condensa sobre tubos metlicos. Generalmente el vapor es de baja
presin, inferior a 3 atm absolutas, y con frecuencia el lquido que
hierve se encuentra a un vaco moderado, de 0,05 atm absolutas. Al
reducir la temperatura de ebullicin del lquido aumenta la
diferencia de temperatura entre el vapor condensante y el lquido de
ebullicin y, por tanto, aumenta la velocidad de transmisin de calor
en el evaporador. Cuando se utiliza un solo evaporador, el vapor
procedente del lquido en ebullicin se condensa y desecha. Este
mtodo recibe el nombre de evaporacin de simple efecto, aunque es
sencillo, utiliza ineficazmente el vapor. Para evaporar 1 kg. de
agua de la disolucin se requieren de 1 a 1,3 Kg. de vapor de agua.
Si el vapor procedente de uno de los evaporadores se introduce como
alimentacin en el elemento calefactor de un segundo evaporador, y
el vapor procedente de ste se enva al condensador, la operacin
recibe el nombre de doble efecto. El calor del vapor de agua
original es reutilizado en el segundo efecto, y la evaporacin
obtenida por unidad de masa del vapor de agua de alimentacin al
primer efecto es aproximadamente el doble. El mtodo general para
aumentar la evaporacin por kilogramo de vapor de agua utilizando
una serie de evaporadores entre el suministro de vapor vivo y el
condensador recibe el nombre de evaporacin en mltiple efecto.
FIGURA 12.2 Sistemas de circulacin de las corrientes fluidas
para evaporadores de tres efectosLos principales tipos de
evaporadores tubulares calentados con vapor de agua, actualmente
utilizados son:
1. Evaporadores de tubos largos verticales.
(a) Flujo ascendente (pelcula ascendente).
(b) Flujo descendente (pelcula descentente).
(c) Circulacin forzada.
2. Evaporadores de pelcula agitada.
Evaporadores con un paso a travs y con circulacin. Los
evaporadores pueden operar bien como unidades con un paso a travs o
con circulacin. En la operacin con un paso a travs, el lquido de
alimentacin pasa una sola vez a travs de los tubos, desprende el
vapor y sale de la unidad como disolucin concentrada. Toda la
evaporacin tiene lugar en un solo paso. La relacin de evaporacin a
alimentacin est limitada en una unidad de un solo paso, por tanto,
estos evaporadores se adaptan bien a la operacin en mltiple efecto,
donde la concentracin total puede conseguirse en varios efectos.
Los evaporadores de pelcula agitada operan siempre con un solo paso
a travs; los evaporadores de pelcula ascendente y de pelcula
descendente pueden tambin operar en esta forma.
Los evaporadores con un solo paso a travs son especialmente
tiles para materiales sensibles al calor. Operando a vaco elevado
se puede mantener baja la temperatura del lquido.
Evaporadores de tubos largos con flujo ascendente.
Los evaporadores de tubos largos verticales son especialmente
eficaces para concentrar lquidos que tienden a formar espuma. La
espuma se rompe cuando la mezcla de lquido y vapor de alta
velocidad choca contra las placas deflectoras.
Evaporadores de pelcula descendente.
La concentracin de materiales altamente sensibles al calor,
tales como el zumo de naranja, requieren mnimo de exposicin a una
superficie caliente. Esto puede conseguirse en evaporadores de
pelcula descendente de un solo paso, en los que el lquido por la
parte superior, desciende por el interior de los tubos calentados
de agua, y sale por el fondo. Los tubos son grandes, de 2 a 10
pulg. El vapor procedente del lquido generalmente es arrastrado
hacia abajo y el lquido sale por el fondo de la unidad.
Aparentemente estos evaporadores parecen largos cambiadores
tubulares verticales con un separador de vapor en el fondo y un
distribuidor de lquido en la parte superior.
Los evaporadores de pelcula descendente, sin recirculacin y con
cortos tiempos de residencia, tratan productos sensibles que no
pueden concentrarse de otra forma y se adaptan bien a la
concentracin de lquidos viscosos.
Evaporadores de circulacin forzada. En un evaporador de
circulacin natural el lquido entra en los tubos con una velocidad
de 1 a 4 pies/s. La velocidad final aumenta rpidamente al formarse
vapor en los tubos, de forma que generalmente las velocidades de
transmisin de calor son satisfactorias. Sin embargo, con lquidos
viscosos el coeficiente global en una unidad de circulacin natural
puede ser demasiado bajo desde el punto de vista econmico.
1.3 TRANSMISIN DE CALOR EN LOS EVAPORADORESEn la Figura 12.3 se
halla esquematizado un evaporador simple, en este se incluyen las
diferentes variables de cada una de las corrientes. En la cmara de
condensacin se alimenta una corriente de vapor saturado wV, que
posee una temperatura T, siendo su entalpa. El vapor condensa, y el
nico calor que cede es el de condensacin, por lo que de esta cmara
sale una corriente wV de agua lquida a la temperatura de
condensacin T, siendo su entalpa , que se corresponde a la de agua
a su punto de ebullicin. El caudal de calor de condensacin es
transferido a travs del rea de intercambio del evaporador, y es
captado por la corriente del alimento en la cmara de
evaporacin.
FIGURA 12.3 Evaporador simpleEn la cmara de evaporacin se
alimenta una corriente wA, que se halla a una temperatura tA,
siendo su entalpa . Debido al calor que cede el vapor condensado
(), se obtiene una corriente concentrada wC, cuya temperatura es tC
y es su entalpa. Adems, se obtiene una corriente de vapor V, a una
temperatura tV y cuya entalpa es. Es importante resaltar que las
temperaturas de las corrientes de concentrado y de vapor que
abandonan la cmara de evaporacin son iguales, y se corresponden a
la temperatura de ebullicin de la disolucin concentrada que
abandona esta cmara.
Los balances energticos que deben realizarse son:
- Cmara de condensacin:
(12.2)
- Cmara de evaporacin:
(12.3)
- rea de intercambio:
(12.4)
en la que U es el coeficiente global de transmisin de calor y A
el rea del evaporador.
1.2.- ENTALPAS DE VAPORES Y LQUIDOS
Por nomenclatura, las entalpas por unidad de masa de las
corrientes de vapor se designarn por , mientras que las de lquido
por .
La entalpa por unidad de masa de un vapor que se encuentra a una
temperatura T se puede expresar como el sumatorio de la
correspondiente a la entalpa de saturacin ms la integral entre la
temperatura de ebullicin Te y la que posee T, de su calor especfico
por dT:
(12.5)
La entalpa , es la entalpa que posee el vapor a su temperatura
de condensacin. El calor especfico del vapor de agua depende de la
presin, aunque su valor es cercano a 2,1kJ/(kg.C).
Como la entalpa es una funcin de estado, la correspondiente a un
lquido se debe expresar en funcin de una temperatura de referencia.
Si esta temperatura es t*, y el lquido se encuentra a una
temperatura t, se obtiene:
(12.6)
Existen las tablas de vapor saturado de agua que permiten el
clculo de estas entalpas. Generalmente, la temperatura de
referencia es la de congelacin del agua (0C).
La entalpa del lquido a su temperatura de ebullicin se denomina
, el calor latente de condensacin o evaporacin (() ser la
diferencia entre las entalpas de saturacin del vapor y del lquido,
ya que las temperaturas de evaporacin y condensacin coinciden.
(12.7)
Los valores de las entalpas de vapor y lquido saturados se
pueden obtener a partir de las tablas de vapor saturado de agua,
siendo inmediato el clculo del calor latente de condensacin. Sin
embargo, este valor puede obtenerse de forma aproximada a partir de
la ecuacin de Regnault:
(12.8)
en la que T se expresa en C.
Las entalpas de las corrientes lquidas, del alimento () y del
concentrado (), que aparecen en la ecuacin 12.3 se expresarn:
(12.9)
(12.10)
La entalpa del vapor que aparece en la ecuacin 12.3, ser
distinta si la solucin que se concentra presenta o no aumento
ebulloscpico. En el caso que no exista aumento en el punto de
ebullicin de la solucin concentrada, la entalpa del vapor ser la
del lquido saturado ms el calor latente:
(12.11)
en la que te es la temperatura de ebullicin de la solucin.
Para el caso que exista aumento ebulloscpico, la temperatura de
ebullicin de la solucin (t) ser superior a la del agua pura (), por
lo que la entalpa del vapor ser:
(1212)
Para facilitar los clculos, la temperatura de referencia que
suele elegirse es la de ebullicin del agua pura, es decir: lo que
hace que para el caso que no exista aumento ebulloscpico, la
entalpa del vapor que abandona la cmara de evaporacin coincida con
el calor latente de condensacin. Asimismo, la entalpa de la
corriente de concentrado se anular, ya que .
1.4.-AUMENTO EBULLOSCPICO
El agua hierve a una temperatura determinada, siempre que la
presin permanezca constante. Si la presin vara, la temperatura de
ebullicin tambin. Para soluciones acuosas, la temperatura de
ebullicin ya no slo depende de la presin, sino tambin de la
cantidad de soluto que contienen. De tal forma que la presencia del
soluto hace que la temperatura de ebullicin aumente. La
determinacin del aumento ebulloscpico que presentan las soluciones
alimentarias es de suma importancia en el clculo de evaporadores,
por ello se darn a continuacin expresiones y modos de
calcularlo.
Para soluciones diluidas, que cumplan la ley de Raoult, el
aumento ebulloscpico puede calcularse mediante la expresin:
(1213)
en la que MS es la masa molecular del soluto, X es la relacin
kg. soluto/kg. disolvente, y Ke es la denominada constante
ebulloscpica del disolvente.
Para soluciones acuosas se puede utilizar la ecuacin:
(12.14)
en la que C es la concentracin molar de soluto, y Ke es la
constante ebulloscpica del agua, cuyo valor es de 0,512 Ckg
agua/mol.
Una expresin general que permite el clculo del aumento
ebulloscpico, considerando solucin ideal, es la ecuacin:
(12.15)
Si las soluciones son diluidas se puede utilizar la ecuacin:
(12.16)
En estas dos ltimas ecuaciones XW es la fraccin msica de agua, (
el calor latente de evaporacin, R la constante de gases y la
temperatura de ebullicin del agua pura.
Para soluciones reales, el aumento ebulloscpico puede calcularse
mediante la regla emprica de Dhring, que establece que la
temperatura de ebullicin de la solucin es funcin lineal de la
temperatura de ebullicin del disolvente puro a la misma presin.
Para una concentracin de soluto determinada, al representar
grficamente las temperaturas de ebullicin de la solucin frente a
las correspondientes al disolvente puro se obtienen rectas. En las
Figuras 12.3 y 12.4 se representan las grficas de Dhring para dos
sistemas acuosos.
FIGURA 12.3: Grfica de Dhring para zumos de tamarindo.
(Adaptada de Manohar et al., 1991)
FIGURA 12.4 Grfica de Dhring para soluciones acuosas de
sacarosa
Para el caso de soluciones azucaradas, existen correlaciones
empricas que permiten obtener el incremento ebulloscpico de las
soluciones. As, una de estas expresiones es (Crapiste y Lozano,
1988):
(12.18)
en la que C es la concentracin de la disolucin expresada en
Brix, P es la presin en mbar, y (, (, ( y ( son constantes
empricas, cuyos valores dependen del soluto. En la Tabla 1 se dan
valores para estos parmetros para soluciones de sacarosa, de
azucares reductores y zumos de frutas.
Tabla 01: Parmetros (, (, ( y (Muestra(x102 ( ( (x102
Sacarosa3,0610,0940,1365,328
Azcares reductores2,2270,5880,1193,593
Zumos1,3600,7490,1063,390
1.5. COEFICIENTES DE TRANSMISIN DE CALOR
El clculo del coeficiente global de transmisin de calor se
obtiene a partir de la expresin:
(12.19)
en la que hC es el coeficiente individual de transferencia de
calor por conveccin para el vapor que condensa, mientras que he es
el correspondiente a la solucin que hierve. Los parmetros eP y kP
son el espesor del slido a travs del cual se realiza la transmisin
de calor y su conductividad trmica, respectivamente. En este tipo
de operaciones se supone que las reas son las mismas, con lo que la
expresin se simplifica:
(12.20)
En el caso que hubiera deposiciones en la superficie de
transmisin de calor sera necesario tener en cuenta la resistencia
ofrecida por las mismas (RD). Por lo que el coeficiente global real
UD sera:
(12.21)
A pesar que el clculo del coeficiente global terico debe
realizarse mediante la ecuacin 12.20, en la bibliografa existen
valores para este coeficiente, dependiendo del tipo de evaporador.
En la Tabla 12.2 se dan valores tpicos para este coeficiente.
Tabla 12.2.- Coeficientes globales de transmisin de calor para
diferentes tipos de evaporadores
Evaporador
U
(W/m2.C)
Tubos largos verticales
- Circulacin natural
1000 - 3500
- Circulacin forzada
2300 - 12000
Tubos cortos
- Tubos horizontales
1000 - 2300
- Tipo calandria
800 - 3000
De serpentn
1000 - 2300
Pelcula agitada (lquidos newtonianos)
Viscosidad
1 mPa.s
2300
100 mPa.s
1800
104 mPa.s
700
1.6. VARIABLES EN UN PROCESO DE EVAPORACIN
Caractersticas del lquido. La solucin prctica a un problema de
evaporacin est profundamente afectada por el carcter del lquido que
se concentra. Precisamente es la gran variedad de caractersticas de
dichos lquidos (que demanda criterio y experiencia en el diseo y
operacin de evaporadores) lo que ampla esta operacin desde una
sencilla transmisin de calor hasta un arte separado. A continuacin
se comentan algunas de las propiedades ms importantes de los
lquidos que se evaporan.
Concentracin. Aunque la disolucin que entra como alimentacin de
un evaporador puede ser suficientemente diluida teniendo muchas de
las propiedades fsicas del agua, a medida que aumenta la
concentracin la disolucin adquiere cada vez un carcter ms
individualista. La densidad y la viscosidad aumentan con el
contenido de slido hasta que la disolucin o bien se transforma en
saturada o resulta inadecuada para una transmisin de calor
eficiente. La ebullicin continuada de una disolucin saturada da
lugar a la formacin de cristales, que es preciso separar, pues de
lo contrario obstruyen los tubos. La temperatura de ebullicin de la
disolucin puede tambin aumentar considerablemente al aumentar el
contenido de slido, de forma que la temperatura de ebullicin de una
disolucin concentrada puede ser mucho mayor que la del agua a la
misma presin.
Formacin de espuma. Algunos materiales, especialmente sustancias
orgnicas, forman espuma durante la vaporizacin. Una espuma estable
acompaa al vapor que sale del evaporador dando lugar a un
importante arrastre. En casos extremos toda la masa de lquido puede
salir con el vapor y perderse.
Sensibilidad a la temperatura. Muchos productos qumicos finos,
productos farmacuticos y alimentos se daan cuando se calientan a
temperaturas moderadas durante tiempos relativamente cortos. En la
concentracin de estos materiales se necesitan tcnicas especiales
para reducir tanto la temperatura del lquido como el tiempo de
calentamiento.
Formacin de costras. Algunas disoluciones depositan costras
sobre las superficies de calefaccin. En estos casos el coeficiente
global disminuye progresivamente hasta que llega un momento en que
es preciso interrumpir la operacin y limpiar los tubos. Cuando las
costras son duras e insolubles, la limpieza resulta difcil y
costosa.
Materiales de construccin. Siempre que sea posible, los
evaporadores se construyen con algn tipo de acero. Sin embargo,
muchas disoluciones atacan a los metales frreos y se produce
contaminacin. En estos casos se utilizan materiales especiales
tales como cobre, nquel, acero inoxidable, grafito y plomo. Puesto
que estos materiales son caros, resulta especialmente deseable
obtener elevadas velocidades de transmisin de calor con el fin de
minimizar el coste del equipo.
El diseador de un evaporador ha de tener en cuenta muchas otras
caractersticas del lquido. Algunas de ellas son el calor especfico,
el calor de concentracin, la temperatura de congelacin (ebullicin
?), la liberacin de gas durante la ebullicin, la toxicidad, los
peligros de explosin, la radiactividad y la necesidad de operacin
estril. Debido a la gran variedad de propiedades de las
disoluciones, se han desarrollado diferentes tipos de evaporadores.
La eleccin para el caso de un problema especfico depende
esencialmente de las caractersticas del lquido.
II. OBJETIVOS
Dar a conocer al estudiante los equipos empleados en la
concentracin de alimentos a travs de la operacin de evaporacin.
Conseguir una familiarizacin con los procesos de evaporacin,
realizando la concentracin de un zumo de frutas en un evaporador
simple, y realizar todos los balances msicos y energticos
correspondientes
Estudiar el efecto de la presin externa y de los slidos solubles
en el punto de ebullicin de un zumo de frutas.
III. MATERIAL Y METODOS
3.1. MATERIALES:
La parte experimental de este captulo se llevar a cabo
utilizando un evaporador de simple efecto Rota Vapor del
laboratorio de Operaciones Unitarias, que consta de:
- Evaporador de simple efecto: Rota Vapor
- Un bao de agua
- Un refractmetro
- Trampa de Vaco- Termmetro
- Condensador
- Bomba de vaco
- Zumo de fruta: Naranja, mandarina, maracuy, etc
3.2.- Procedimiento experimental
Como se ha indicado, se utilizarn dos unidades de evaporacin, y
dependiendo de cual de ellas se vaya a utilizar el procedimiento
experimental ser distinto.
A) Evaporador de simple efecto
Las etapas del procedimiento experimental a seguir sern:
Medir el contenido inicial de slidos solubles del zumo de frutas
que se desea concentrar.
Pesar cierta cantidad de zumo e introducirlo en la cmara de
evaporacin.
Medir la temperatura inicial de esta cmara.
Poner en marcha la instalacin del bao de agua.
Encender la bomba de vaco y fijar la presin de vaco con que se
va trabajar, cuando se llegue al estado estacionario anotar la
presin de la cmara de evaporacin, y la temperatura.
Anotar la variacin de la temperatura del zumo en la cmara de
evaporacin y determinar si existe aumento ebulloscpico.
Cuando la concentracin del zumo sea aproximadamente de 70Brix
desconectar el sistema.
Pesar el zumo concentrado y medir exactamente su contenido en
slidos solubles.
Repetir el proceso a diferentes condiciones de vaco.
IV. RESULTADOS Y DISCUSION
La presentacin de resultados y discusin debe incluir los
siguientes apartados.
Para cada condicin de trabajo elaborar una hoja que recoja todos
los datos obtenidos.
En cada caso realizar los balances msicos y energticos
correspondientes.
Determinar la economa del sistema de evaporacin.
Para la experimentacin intentar correlacionar la variacin del
aumento ebulloscpico del zumo con el contenido en slidos solubles y
la presin de la cmara de evaporacin.
V. CONCLUSIONES
Debern ser puntuales y que correspondan a un sustento terico
slido
VI. CUESTIONARIO
Discutir cmo afecta el proceso de evaporacin a la viscosidad el
zumo. Cmo afectar los cambios de viscosidad al coeficiente de
transmisin de calor durante el proceso de evaporacin?.
Suponiendo que la fuente de calefaccin no cambia, discutir cmo
afectar el aumento ebulloscpico sobre la velocidad global de
transmisin de calor.
Justificar el por qu se utiliza condiciones de vaco en los
procesos de evaporacin.
Desarrollar un modelo matemtico para el siguiente esquema de
evaporacin:
FIGURA 12.4: Evaporador de triple efecto en contracorriente
BIBLIOGRAFA.
Ibarz R., A.; Barbosa-Cnovas G.V.. Operaciones Unitarias en la
Ingeniera de Alimentos. Mundiprensa, Madrid. Espaa. 2005.
Ibarz A.; Barbosa G.; Garza S; Gimeno V.; Ma L.; Barletta B.
Mtodos Experimentales en la Ingeniera Alimentaria. Acribia,
Zaragoza. Espaa. 2003
McCabe W., Smith J.; Harriott P. Operaciones Unitarias en
Ingeniera Qumica. Cuarta edicin. McGraw-Hill. Espaa. 1991.
Geankoplis C. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias.
Tercera Edicin Compaa Editorial Continental, S.A. Mxico, 1998
Barbosa-Cnovas, G. V., Ma, L y Barletta, B. 1997. Food
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Lancaster, Pennsylvania. Crapiste, G. H. y Lozano, J. E. 1988.
Effect of concentration and pressure on the boiling point rise of
apple juice and related sugar solutions. J. Food Sci., 53 (3),
865-868 Heldman, D. R. y Singh, R. P. Food Process Engineering. 2nd
ed. AVI. Wesport, Connecticut. 1981 Kreith, F. y Black, W. Z. 1980.
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Manohar, B., Ramakrishna, P. y Udayasankar, K. 1991. Some physical
properties of tamarind (Tamarindus indica L.) juice concentrates.
J. Food Eng., 13, 241-258VII. NOMENCLATURA
Area de intercambio de calor (m2)
CConcentracin de la disolucin (Brix)
EEconoma del evaporador
Entalpa del vapor eliminado (kJ/kg)
Entalpa del vapor vivo (kJ/kg)
Entalpa del alimento (kJ/kg)
Entalpa de la solucin concentrada (kJ/kg)
Entalpa del vapor condensado (kJ/kg)
PPresin (mbar)
Caudal de calor transferido (W)
RConstante universal de gases
TTemperatura de la cmara de condensacin (C)
tTemperatura de la cmara de evaporacin (C)
teTemperatura de ebullicin del agua pura (C)
(TeIncremento ebulloscpico (C)
UCoeficiente global de transmisin de calor (W/(m2 C))
VCaudal de vapor eliminado (kg/s)
wACaudal del alimento (kg/s)
wCCaudal de la solucin concentrada (kg/s)
wVCaudal de vapor vivo (kg/s)
XAFraccin msica del alimento
XCFraccin msica de la solucin concentrada
XSFraccin msica de soluto
XwFraccin msica de agua
(Calor latente de vaporizacin (kJ/kg)
800
20,2%
30,7%
43,1%
54,8%
62,1%
Temperatura de ebullicin de los zumos (C)
Temperatura de ebullicin del agua (C)
75
65
55
45
80
70
60
50
40
20,2%
30,7%
43,1%
EMBED Equation.3
200
400
600
61,2%
1000
EMBED Word.Picture.8
III
II
I
A
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1
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2
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w
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t
3
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2
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2
P
1
t
1
P
.- Sistema en paralelo
A)
III
II
I
A
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2
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1
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2
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1
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2
V
1
V
V
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w
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3
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2
t
2
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.- Sistema en corriente directa
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.- Sistema en contracorriente
C)
EVAPORACIONIng. Damin Manayay Snchez Ing. Williams Castillo
Martnez Ing. Lourdes Esquivel Paredes
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