PROCESOS EN INDUSTRIA DE ALIMENTOS

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Lección 1: Crioconcentración

Lección 2: Liofilización

CAPITULO 12: PROBLEMAS PROPUESTOS

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CAPITULO 10. EVAPORACION

La evaporación es la operación unitaria que se utiliza para la remoción parcial de agua de un alimento líquido mediante ebullición; al hacerlo se presenta una concentración de sólidos en el alimento. En procesos de transformación que requieran de concentración previa tales como la producción de extractos de altos sólidos o secos a partir de jugos de frutas, leche y café, la evaporación es una operación previa al secado, congelación o esterilización. Con ella, además de reducir la actividad de agua, lo que favorece la preservación, se logra desarrollar en algunos casos sabores y coloración deseables como en los casos de productos caramelizados y/o de panadería.

La forma mas sencilla de evaporación es la que se lleva a presión atmosférica; sin embargo, ya que la mayoría de los alimentos son deteriorados por el calor este método prolonga demasiado la exposición del producto a altas temperaturas. Por esta razón se utiliza el vacío para permitir la evaporación del agua a bajas temperaturas; simultáneamente con esta técnica, y con el uso de trenes de varios evaporadores que aprovechan los vapores generados entre ellos, se alcanzan eficiencias energéticas importantes.

En la figura 10.1 se muestra esquemáticamente un evaporador de un efecto. Consiste en una cámara que encierra o esta conectada con un intercambiador de calor. El producto está hirviendo, y por lo tanto, evaporándose en la cámara, que usualmente opera a presión menor que la atmosférica. Los vapores retirados se dirigen hacia un condensador y un sistema de vacío; para el caso de un equipo de una etapa o efecto, este vapor se descarta. Para sistemas de varias etapas estos vapores se usan como medios calefactores de los efectos posteriores.

[pic 1]

En la figura 10.2 se ilustra el funcionamiento de un evaporador de doble efecto. Los vapores producidos en la cámara de evaporación de la primera etapa se usa como medio calefactor de la segunda y solo se alimenta vapor de caldera al primer efecto. Así se obtiene una eficiencia energética superior en el sistema. El producto alimenticio diluido que entra al primer efecto se concentra parcialmente y se envía al segundo para obtener la concentración deseada.

El tipo de alimento líquido que se va a concentrar determina buena parte de las características del comportamiento de la evaporación. En general es necesario un tratamiento térmico suave o moderado, lo que involucra bajos tiempos de permanencia o residencia del material en el evaporador; las incrustaciones que producen los alimentos por los lodos que se adhieren a las superficies de intercambio, hacen que sea común la operación durante períodos cortos del sistema para proceder a parar y limpiar, ocasionándose la consecuente disminución en la capacidad de producción. Adicionalmente es también frecuente la formación de espumas, que ocasionan arrastres y pérdidas de producto.

[pic 2]

LECCION 10.1 ELEVACION DEL PUNTO DE EBULLICION (EPE)

Bajo una misma presión, una solución, a medida que se concentra, sufre un incremento en su punto de ebullición. El EPE es el incremento en la temperatura de ebullición, respecto al que tiene el agua pura a la misma presión. Para el caso de soluciones de productos sólidos no volátiles en líquidos alimenticios el EPE se puede predecir con (Chen, 1993):

[pic 3]

Kv = 512 Kg k/Kg-mol;

Ma= 18, Peso molecular del agua;

Aw= actividad de agua;

D= diámetro del tubo.

LECCION 10.2 TIPOS DE EVAPORADORES

En las figuras 10.3 a y b se muestran esquemáticamente algunos tipos de evaporadores de uso común en industrias alimenticias.

[pic 4]

[pic 5]

Evaporador de calandria

Evaporador de superficie raspada

[pic 6]

[pic 7]

Evaporador de película descendente

Evaporador de película ascendente

Figura 10.3-a Esquemas de evaporadores

[pic 8]

[pic 9]

Evaporador de circulación forzada, calandria vertical de tubos largos

Evaporador de calandria vertical de tubos largos

Figura 10.3-b Esquemas de evaporadores

LECCION 10.3 CALCULOS DE DISEÑO DE EVAPORADORES

Balances de materia y energía para un evaporador de un efecto

Sean

[pic 10]rata másica de alimentación (Kg/s)[pic 11]rata másica de vapor evaporado del producto (Kg/s)[pic 12]= rata másica de producto (Kg/s)[pic 13]= rata másica de vapor de caldera de entrada (Kg/s)[pic 14]= la fracción sólida en la alimentación (adimensional)[pic 15]= la fracción sólida en el producto (adimensional)H α = Entalpía de la alimentación a la temperatura y concentración de la entradaHp = Entalpía del producto a la temperatura y concentración de la salidaHv = Entalpía del vapor de caldera

[pic 16]

HC = Entalpía del condensado (Líquido) a la temperatura del vapor de entrada

Se cumple que:

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

La entalpía de la alimentación Ha puede calcularse de la expresión:

[pic 20]

donde Cρο es el calor específico