Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria

CICLO: VIII

AREA: INGENIERÍA DE LOS ALIMENTOS III

DOCENTE: ING. POZO SUCLUPE LUIS

ALUMNA: ANGIE MELISA ROSAS DUEÑAS

Lambayeque 12 de Setiembre del 2012

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria

I. EVAPORACIÓN

Según Mc Cabe (1982) Señala : La evaporación es la operación de concentrar una solución mediante la eliminación de disolvente por ebullición. El objetivo de la evaporación es concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil y un disolvente volátil.

Según C. Geankoplis (1995) menciona lo siguiente: El tipo de equipo usado depende tanto de la configuración de la superficie para la transeferncia de calor como de los medios utilizados para lograr la agitacion o ciruclacion del liquido.

II. EVAPORADOR

Un evaporador consiste básicamente de un intercambiador de calor capaz de hervir la solución y un dispositivo para separar la fase vapor del liquido en ebullición.

Según Brennan y Butters (1980) menciona lo siguiente: Los sistemas de evaporadores industriales normalmente constan de: • Un intercambiador de calor para aportar el calor sensible y el calor latente de evaporación del alimento liquido. En la industria de los alimentos normalmente se utiliza como medio de calentamiento vapor saturado. • Un separador en el que el vapor se separa de la fase líquida concentrada. En los sistemas que operan a presión atmosférica el separador puede omitirse • Un condensador para condensar el vapor y eliminar el condensado del sistema.

Siempre que es posible los evaporadores se construyen con algún tipo de acero. Sin embargo, muchas disoluciones atacan a los metales ferrosos y se produce contaminación. En estos casos se utilizan materiales especiales tales como el cobre, níquel, acero inoxidable, grafito y plomo. Puesto que estos materiales son caros, resulta especialmente deseable obtener elevadas velocidades de transmisión de calor con el fin de minimizar el coste del equipo.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria

.EQUIPOS AUXILIARES DEL EVAPORADOR

Según Brennan, Butters, Cowell, Lilly (1980) mencionan lo siguiente: Debido a que casi todos los sistemas de evaporación empleados en el procesado de alimentos operan a presión inferior a la atmosférica, se precisan condensadores de vapor y bombas de vacío o inyectores. La atmósfera presente en un evaporador consta de: • Vapor condensable • Gases inconfensables (aires que penetra en el sistema por las fugas y el resultante de la desgasificación de los líquidos de alimentación).

En la evaporación a vacío la presión parcial del vapor de agua y la eliminación de los gases inconfensables con una bomba o inyector.

1. CONDENSADORES

Los condensadores de superficie (condensadores tubulares alojados en cámara de enfriamiento) se emplean cuando el vapor condensado no se puede mezclar con el agua de enfriamiento en comparación con los condensadores de aspersión utilizados comúnmente en las industrias de los alimentos.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria 2. BOMBAS DE VACÍO Para evacuar los evaporadores se usan comúnmente bombas de desplazamiento positivo y inyectores de chorro de vapor. En el inyector de chorro se hace pasar a través de una boquilla vapor a alta presión, que penetra en una cámara en que arrastra al vapor de agua y a los gases presentes. El vapor de agua y los gases pasan, a alta velocidad, a una sección convergente –divergente de la cámara, en la que la energía de velocidad se convierte en energía de presión. Es importante tener en consideración que equipo de vacío es responsable de la eliminación del sistema de los gases no condensables.

3. SEPARADORES DE ARRASTRE

Cuando las velocidades de evaporación son elevadas el vapor de agua puede arrastrar gotitas del líquido en ebullición. Para reducir esta pérdida de líquido concentrado, que es arrastrado por el vapor, se utilizan separadores de arrastre. Los separadores de arrastre pueden consistir en una simple lámina de choque o en una persiana de láminas inclinadas que se colocan en la proximidad de la salida de vapor. También se esta popularizando en estos separadores el empleo de esponjas metálicas entretejidas de acero inoxidable u otro material.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria 4. COLECTOR DE CONDENSADO Y ESPITAS DE PURGA

Debe resaltarse que para conseguir la máxima economía térmica y transferencia de calor, todo equipo que utilice vapor como medio de calentamiento del proceso debe estar dotado de sistemas adecuados de eliminación del condensado y de purga de gases inerte. Los cambiadores de calor que no han sido adecuadamente purgados y que están parcialmente inundados de agua son causa del bajo rendimiento de las plantas de evaporación.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria III. TIPOS DE EVAPORADOR

Según Christie J.Geankoplis (1995) Señala lo siguiente:

1. Marmita abierta o artesaLa forma más simple de un evaporador consiste en una marmita abierta o artesa en la cual se hierve el líquido. El suministro de calor proviene de la condensación de vapor de agua en una chaqueta o en serpentines sumergidos en el líquido. En algunos casos la marmita se calienta a fuego directo. Estos evaporadores son económicos y de operación simple, pero el desperdicio de calor es excesivo. En ciertos equipos se usan paletas o raspadores para agitar el líquido.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria

2. Evaporador de tubos horizontales con circulación natural El vapor de agua entra alos tubos y se condensa. El condensado sale por el otro extremo de los tubos. La solución a ebullición esta por fuera de los tubos. El vapor se desprende de la superficie líquida, despues, casi siempre se le hace pasar por dispositivos de tipo deflector para impedir el arrastre de gotas de líquido y sale por la parte superior. Este equipo relativamente económico puede utilizarce para líquidos no viscosos con altos coeficientes de transferencia de calor y para líquidos que no formen incrustaciones. Puesto que la ciculación del líquido no es muy buena, es adecuado para materiales viscosos.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria

3. Evaporador vertical con circulación naturalEn este tipo se usan tubos verticales y el líquido está dentro de los tubos, por lo que el vapor se condensa en el exterior. Debido a la ebullición y a la disminución de densidad, el líquido se eleva en los tubos pr circulación natural, tal como se muestra en la figura, y fluye hacia abajo a traveés de un espacio central abierto o bajada. Esta circulacion natural incrementa el coeficiente de transferencia de calor. No es util con líquidos viscosos. A este equipo se le llama con frecuencia evaporador de tubos cortos. Una variación de este modelo es el evaporador de canasta, en el que se usan tubos verticales, pero el elmento de calentamiento cuelga en el cuerpo, de tal manera que existe un espacio anular que sirve de bajada. Este tipo se usa con frecuencia en la industria del azúcar, sal y sosa cáustica.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria 4. Evaporador vertical de tubos largos

Puesto que el coeficiente de transferencia de calor del lado del vapor es muy alto en comparación con el lado del líquido que se evapora, es conveniente contar con velocidades altas para el líquido.En un evaporador de tipo vertical con tubos largos como se muestra en la figura, el líquido esta en el interior de los tubos. Los tubos tienen de 3 a 10 m de longitud y la formación de burbujas de vapor en su interior produce una acción de bombeo que ayuda a obtener velocidades de líquido muy altas. Por lo general, el líquido pasa por los tubos una sola vez y no se recircula. Los tiempos de contacto suelen ser bastante bajos en este modelo. En algunos casos, como cuando la relación de velocidad de alimentación a velocidad dde evaporación es baja, puede emplearse una recirculación natural del producto a través del evaporador, añadiendo una conexión de tubería entre la salida del concentrado y la linea de alminetación. Este es un método muy común en la producción de leche condensada.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria 5. Evaporador de caida de película

Una variación del modelo de tubos largos es el evaporador de caida de pelicula, en el cual el liquido se alimenta por la parte superior de los tubos y fluye por las paredes de estos en forma de pelicula delgada. Por lo general, la separación vapor-líquido se efectua en el fondo. Este modelo se usa mucho para la coción de materiales sencibles al calor, como el jugo de naranja y otro zumos de frutas, debido al que el tiempo de retencion es bastante bajo (Entre 5 y 10 seg) y el coeficiente de transferencia de claor es alto.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria 6. Evaporador de circulacion forzada

El coeficiente de transferencia de calor de la pelicula liquida puede aumentarce por bombeo causando una circulacion forzada de liquido en el interior de lso tubos. Esto puede hacerce en el modelo de tubos verticales largos de la figura, añadiendo una tuberia conectada auna bomba entre las lineas de salida del concentrado y la de alimentacion. Sin embargo, los tubos de un erizontal evaporador de circulacion forzada sulen ser mas cortos que lso del tipo de tubos largos, tal como se ilustra en la figura. Además, en otros casos se usa un intercambiador de calor horizontal externo e independiente. Este modelo es muy util para líquidos viscosos.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria

7. Evaporador de pelicula agitadaLa principal resistencia a la tansferencia de claor corresponde al líquido. Un metodo para aumentar la turbulencia de la pelicula líquida y , por tanto, el coeficiente de transferencia de calor, consiste en una agitacion mecanica de dicha pelicula. Esto se lleva a cabo en un evaporador de caida de pelciula modificado, usando un solo tubo grande enchaquetado que contiende un agitador interno. El líquido penetra por la parte superior del tubo y a medida que fluye hacia abajo se dipersa en forma de pelicula turbulenta por la accion de aspas de agitación verticales. La solucion concentrada sale por el fondo y el vapor pasa por un separador para salir por la parte superior. Este tipo de evaporador es muy práctico para materiales muy viscosos, pues el coeficiente de tranferencia de calor es mayor que en los modelos de circulación forzada. Se usa para materiales viscosos sencibles al calor tales como : Latex de caucho, gelatina, antibióticos y jugos de frutas. Sin ebargo. Tiene un costo alto y capacidad baja.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria 8. Evaporador solar de artesa abierta

Un proceso muy antiguo pero que todavia se usa es la evaporacion sola en artesas abiertas. El agua salina se introduce en artesas o bateas abiertasy de poca profundidad y se deja evaporar lentamente al sol hasta que cristalice.

9. Evaporador de placas: Consta de una serie de placas provistas de juntas montadas en un marco. El evaporador funciona con un solo paso, constando cada unidad de una película ascendente, otra descendente, y dos secciones de vapor. El líquido concentrado y el vapor pasan a un separador tipo ciclón, donde se separan ambos, pasando el vapor a un condensador o al siguiente efecto. También se han desarrollado diversos modelos según las características del líquido.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria IV. APLICACIÓN DE LOS EVAPORADORES EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA

Industria Lechera: Leche entera y descremada, Leche condensada, Proteínas de la leche, Permeados lácteos, Mezclas de productos lácteos, Mantecas, Suero de queso, Suero de queso previamente cristalizado, Proteínas de suero, Permeados de suero, Soluciones de lactosa, Dulce de leche de producción continua y discontinua.

Industria de Jugos de Fruta: Leche de soja, Jugo de manzana, de naranja y otros citrus, Jugos mezclas, de tomates, de zanahoria

Hidrolizados: Proteína Hidrolizada, Proteína láctea hidrolizada, Suero hidrolizado, Molienda húmeda del maíz, Jarabe de glucosa, Jarabe de Dextrosa 42 y 55, Agua de Macerado.

Industria Frigorífica: Extracto de carne y huesos, Plasma sanguíneo.

Extractos: Extractos de café o té, de carne o hueso, de malta, de levaduras.

Industria Avícola: Concentración de huevo entero, Concentración de clara de huevo.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas

Tipos de Evaporadores y su aplicación en la Industria Alimentaria V. BIBLIOGRAFÍA

“Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias” (1995) Christie J. Geankoplis

Paginas de Internet Afines.

Est. Angie Melisa Rosas Dueñas