Ejercicio de evaporacion

FUNDAMENTOS Y EXCEL

1. Ejercicio de Evaporación CALVANAPÓN SALAS, Victor Hugo

2. EJERCICIO 3: Una alimentación que contiene 5% en peso de sólidos orgánicos disueltos en agua se introduce a un evaporador de efecto doble con alimentación en retroceso. La alimentación entra a 40ºC y se concentra hasta 30% de sólidos. La elevación del punto de ebullición puede estimarse de la expresión: y el calor específico de la solución puede calcularse de la siguiente expresión: donde X es la fracción de sólidos en peso. La alimentación, ,se introduce al efecto 2 y en el efecto 1 se alimenta vapor de agua a 784,54KPa. La presión en el efecto del vapor de efecto 2 es 6,86 KPa . Los coeficientes de transferencia de calor Calcular :   a) El flujo del producto de salida del efecto 1 b) El área de los evaporadores, asumiendo que ambos tienen la misma área c) La economía de vapor  

3. La evaporación es el método por el cuál se elimina una parte del agua contenida en un alimento fluido , mediante evaporación de la misma (ebullición) con objeto de obtener un producto “concentrado” EVAPORACIÓN

4. 1 . EVAPORADORES DE EFECTO MÚLTIPLE CON ALIMENTACIÓN EN RETROCESO. La alimentación entra al último efecto, que es el más frío, continua hacia atrás hasta que el producto concentrado sale por el primer efecto. Es necesario usar bombas en cada efecto, pues el flujo va de baja a alta presión. CONCEPTOS IMPORTANTES

5. Aplicaciones típicas de la evaporación en la industria de los alimentos FRUTAS LACTEOS AZUCAR SAL VEGETALES Jugos de frutas concentrados que se obtienen por evaporación a bajas temperaturas para proveer estabilidad al producto, minimizar los volúmenes de transporte y de almacenamiento. A partir del procesos de evaporación de las frutas se obtienen mermeladas y jaleas . La evaporación se usa en la industria de los lácteos para concentrar leche, suero y lactosa previo al secado . El azúcar refinado a partir de remolacha o de caña de azúcar se realiza por extracción del azúcar con agua caliente, evaporando el agua hasta la obtención del jarabe concentrado, y luego por evaporación controlada se genera la sobresaturación necesaria para el proceso de cristalización. Los jarabes de malta y glucosa se evaporan después de la hidrólisis enzimática de la cebada o el almidón de maíz. En algunos países el agua fresca se produce por evaporación del agua de mar, que da sal como subproducto. Se concentra y cristaliza de manera similar al azúcar. Se extrae el agua de los jugos de vegetales para obtener una determinada textura como en los purés y pastas.

6. 2. ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN En la mayoría de los casos de evaporación, las soluciones no son tan diluidas por tanto, las propiedades térmicas de las soluciones que se evaporan pueden ser muy diferentes a las del agua. Las concentraciones de las soluciones son bastante altas por lo cual los valores de capacidad calorífica y punto de ebullición son muy distintos de los del agua.

7. 3. CONDENSADORES PARA EVAPORADORES El condensador puede ser de superficie, donde el vapor por condensar y el líquido de enfriamiento están separados por una pared metálica, o de contacto directo, donde el vapor y el líquido de enfriamiento se mezclan directamente. Existen dos tipos de condensadores de superficie y de contacto directo.

8. Objetivos de la evaporación: Concentración de los alimentos jugos, leche y café antes de su deshidratación, congelación o esterilización reduce gastos de almacenamiento, transporte y distribución La remoción parcial de agua reduce la masa y el volumen de líquido reduciendo así el costo de transporte , de almacenamiento y en algunos casos de empaquetamiento.

9. jarabes caramelizados para panadería y pastelería Objetivos de la evaporación: Mejorar la conservación de los alimentos mermeladas y melazas reducción de la actividad de agua Suministrar un producto de uso más cómodo concentrados de frutas para diluir, sopas, pasta de tomate Cambiar aroma y/o color de los alimentos Esto es muy conveniente para el consumidor o para el fabricante ( pectinas líquidas, concentrados para el uso en helados o productos de panadería)

10. DIAGRAMA DE FLUJOS CON DATOS DEL EJERCICIO

11. Balance Global del masa : mf = mp + mv................. Ecuación 1 Balance de sólidos : mf Xf = mp Xp + mv Xv entonces mf Xf = mp Xp ........... Ecuación 2 Balance de calor: a)Calor que se requiere administrar al producto para que pueda evaporarse (calor sensible hasta la temp . de ebullición + calor latente de evaporación) Q = mf Cp (Tb – Tf ) + mvλv ………… Ecuación3 b)calor que debe ser suminstradopor la fuente de calentamiento (vapor de calentamiento) Q = ms λs .............. Ecuación 4 c)la velocidad de transferencia de calor en el evaporador es: Q = U A ∆T =U A ( Ts –Tb) ............. Ecuación 5

12. Cálculo de EPE en cada efecto con la ecuación dada en los datos Estimación de la caída de temperatura en cada efecto. ∑∆T= 129.77 ºC Cálculo de los valores de ∆T1 y ∆T2 Calculo T1' y T2' Efecto 1: EPE 1.094 ºC Efecto 2: EPE 0.198 ºC ∆T 1 74.15 ºC ∆T 2 55.61 ºC T 1 ' 95.45 ºC T 2 ' 39.63 ºC TS 2 94.35 ºC condensado TS 3 39.44 ºC

13. Cálculo de las capacidades caloríficas de los líquidos Cálculo de las entalpías, de alimentación, producto 1 y 2 con su respectiva capacidad calorífica Cálculo de las entalpías h para las corrientes de vapor con respecto al agua a 0 ºC como base (tablas) CPF (KJ/ hrk .) 4.31 CP1 (KJ/ hrk .) 4.90 CP2 (KJ/ hrk .) 4.39 hf (KJ/kg) 172.3 hp1 (KJ/kg) 467.21 hp2 (KJ/kg) 174.05 hs (169,6) 2767.50 hsc (169,6) 717.455 hv1(95.45) 2670.40 hv1sc(95,45) 399.915 hv2(39,63) 2573.25

14. Cálculo del vapor requerido por el evaporador realizando un balance de energía. vapor requerido para el proceso. Cálculo del calor q transferido en el equipo y área de transferencia de calor Cálculo del área de los evaporadores mediante la siguiente ecuación. V1 (Kg/ hr ) 5292.698702 V2 (Kg/ hr ) 4707.301298 S (Kg/ hr ) 6755.805224 q1 (W) 13849704.72 q2 (W) 12016993.01 A1 (m 2 ) 62.26 A2 (m 2 ) 54.02 El área promedio es: 58.14

15. Cálculo de los nuevos valores de ΔT Cálculo de la economía de vapor, velocidad de alimentación y de producto: ∆T 1 ^ 79.41 ∆T 2 ^ 51.67 ∑∆T^= 131.08 E.V 1.48