act transmomentum grupo 211611-6-1

TRANSFERENCIA DE CALOR 211611-6

PRODUCTO INTELECTUAL DEL GRUPO

PRESENTADO POR

NANCY CATALINA MON Cdigo 43.153.728

ISABEL CRISTINA PINO MORALES: 43484207

NUBIA DEL SOCORRO GOMEZ

GIOVANNI ORTEGA

TUTOR:

CARLOS GERMAN PASTRANA BONILLA

INGENIERIA DE ALIMENTOS

MARZO

2015

PRACTICA N 1 DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el fenmeno de transferencia de calor por conduccin.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Obtener el valor de calor por conduccin transferido en un equipo especializado.

Estimar el valor de la conductividad del Jugo de Guayaba, para diferentes porcentajes de

agua contenida en el jugo.

INTRODUCCIN

La prctica se desarrolla para determinar la conductividad trmica de Jugo de Guayaba

aplicando sobre l una corriente elctrica a un determinado voltaje y midiendo la diferencia de

temperatura que se establece entre la probeta interior del equipo.

PROCEDIMIENTO

El usuario seleccionar el contenido de agua en el Jugo de guayaba, y sobre l aplicar una

corriente a un voltaje determinado para tomar medida de la diferencia de temperaturas que se

establece entre el inicio y el final de la prueba.

LISTA DE EQUIPOS

Consola de prueba, para medicin de conductividad trmica de lquidos y gases.

VARIABLES DE ENTRADA

Contenido de humedad. Voltaje aplicado sobre el material.

VARIABLES DE SALIDA

Temperaturas a la salida (temperatura del fluido de prueba al final de su recorrido en el interior

del equipo).

Tabla de Variables

PARMETROS DE OPERACIN Y

EQUIPOS

DESARROLLO DE PRCTICA

FUNDAMENTO TERICO

La conductividad trmica de un cuerpo define su capacidad para conducir el calor, para muchos

alimentos esta propiedad se encuentra ampliamente referenciada en la literatura debido a su

importancia a la hora de determinar la cintica de transferencia de calor en procesos de

conservacin y otros tratamientos trmicos.

Aunque puede ser determinada experimentalmente, hoy en da existen varias correlaciones que

permiten su clculo con base en la composicin del alimento, teniendo en cuenta la presencia

mayoritaria de agua en los tejidos vegetales que componen las frutas y verduras, las ecuaciones

matemticas disponibles para hallar el valor de la conductividad dependen en su mayora del

porcentaje de este lquido en el alimento. Teniendo en cuenta que para el agua en condiciones

estndar el valor de la conductividad trmica es aproximadamente de 0,597W/m2*C, es posible

encontrar el valor de esta propiedad para fruta y verduras con contenido de agua superior al 60%

mediante la siguiente relacin:

k = 0,148 + 0,00493 xH2O (W/m2*C) (4.26)

Y a nivel general para cualquier alimento mediante la siguiente ecuacin:

k = 0,25 xHC + 0,155 xP + 0,16 xGR +0,135 xCZ + 0,48 xH2O (W/m2*C) (4.27)

Donde xHC, xP, xGR, xCZ y xH2O corresponden a las composiciones de carbohidratos,

protenas, grasas, cenizas y agua. 1

INICIO DE SECUENCIA

Este es el inicio de secuencia para dar el arranque a la simulacin.

CLCULOS

Entrada Salida

Voltaje de operacin (V)

Contenido de humedad del jugo

de guayaba (%) Temperatura final (C)

0,5 87,4 32,16

1 87,4 39,31

1,5 87,4 46,47

2 87,4 53,62

2,5 87,4 60,78

3 87,4 67,93

0,5 55,2 33,66

1 55,2 42,32

1,5 55,2 50,97

2 55,2 59,63

2,5 55,2 68,29

3 55,2 76,95

0,5 36 35,28

1 36 45,57

1,5 36 55,85

2 36 66,13

2,5 36 76,41

3 36 86,7

GRFICA

FRMULA

32,16 39,31

46,47 53,62

60,78 67,93

33,66

42,32

50,97

59,63

68,29

76,95

35,28

45,57

55,85

66,13

76,41

86,7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Entrada Voltaje deoperacin (V)

Entrada Contenido dehumedad del jugo deguayaba (%)

= . = 1 0,5 = 0,5

=.()

0,5 =

()

=

0,0025 2(308.28298)

0,02

0,5 = 0,0025 2(10,28)

0,02 = (1,285) =

0,5

1,285= 0,39

Donde:

Q = Calor

K = Conductividad trmica

A = Area de transferencia

L = Longitud

Tf = Temperatura final del fluido

Ti = Temperatura inicial del fluido

ANLISIS

En la simulacin frente a los datos arrojados y la grfica, muestra que al aplicar una

determinada cantidad de voltaje al sistema contenido con el jugo de guayaba, iniciando

desde 0.5 V, este tiende a aumentar la temperatura, aunque el porcentaje de entrada de

contenido de humedad sea estndar como en las tres prueba. De igual manera si se

disminuye la entrada de contenido de humedad del jugo el porcentaje aumenta aun ms

la temperatura de salida final.

CONCLUSIONES

Al realizar los clculos para determinar la conductividad trmica del jugo de guayaba

para cada porcentaje de humedad, podemos concluir que sin importar la cantidad de

voltaje que apliquemos, para cada humedad existe una conductividad trmica, es decir si

el porcentaje de humedad en el fluido es de 36%, la conductividad trmica del fluido

siempre ser la misma, as apliquemos un voltaje de 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 o 3; solo vara al

variar el porcentaje de humedad y a medida que aumenta el porcentaje de humedad en el

fluido, aumenta la conductividad trmica.

Como sntesis de la prctica frente a la conductividad trmica de los alimentos su valor

depende de la direccin del flujo de calor en relacin con la estructura del alimento. As

la conductividad trmica en la direccin de la fibra es mayor que en la direccin

perpendicular a esta.

PRACTICA 2 FLUJO DE CALOR POR CONVECCION

RESUMEN

El equipo para el estudio de transferencia de calor por conveccin consiste en un segmento de

tubera provisto de una chaqueta por donde fluye vapor. Al interior del tubo fluye aire que

recibe el calor que cede el vapor al condensarse. Se ubican dos manmetros al inicio y al final

del segmento para evaluar la temperatura del aire en estos puntos.

OBJETIVO GENERAL:

Estudiar el fenmeno de transferencia de calor por conveccin en un fluido calentado con vapor.

OBJETIVO ESPECFICO:

Determinar el coeficiente convectivo de transferencia de calor de un fluido calentado con vapor.

Evaluar la longitud de tubera enchaquetada requerida para calentar el aire hasta una

temperatura dada.

Lista de equipos:

Soplador de aire

Segmento de tubera enchaquetada

Restricciones:

Las prdidas de calor con los alrededores son despreciables.

El vapor ingresa en fase de gas saturado y sale del sistema como lquido saturado.

No se tiene en cuenta la resistencia al flujo de calor debida a incrustaciones.

PROCEDIMIENTO:

El usuario debe variar el dimetro nominal de temperatura y la temperatura de salida del aire

para encontrar la longitud de tubera necesaria para calentar el aire desde su condicin inicial

hasta su condicin final.

VARIABLES DE ENTRADA:

Temperatura de salida del aire

Dimetro nominal de tubera.

VARIABLES DE SALIDA:

Longitud del segmento de tubera enchaquetado.

La rapidez de la transferencia de calor por conveccin entre una superficie y un

fluido, pueden calcularse por la siguiente relacin.

q= hc A T = hc A ( TS - TW)

hc= Coeficiente convectivo (watt/m2 k) ( Btu/pie2 hra F)

A= rea de transferencia de calor (m2) (pie2 )

TS= Temperatura de la superficie (K) (F)

TW =Temperatura del fluido (K) (F)

q = flujo calrico (watt) ( Btu/hra)

Numero de Reynold

q = hc A T = hc A ( Ts- TWi) ( Ts- TWo)

Ts= Temperatura de la pared (K)

TWI= Temperatura del fluido a la entrada (K)

TWO= Temperatura del fluido a la salida (K)

DT= Media Logartmica

SIMULACIN:

RESULTADOS

Entrada Salida

Temperatura de salida del

aire (C)

Dimetro nominal de la tubera que conduce el

aire (pulg)

Longitud del tramo de

tuberia (m)

30 0,5 0,01

30 0,75 0,01

30 1 0,02

30 1,25 0,04

30 1,5 0,05

30 2 0,08

30 2,5 0,12

30 3 0,18

70 0,5 0,1

70 0,75 0,17

70 1 0,28

70 1,25 0,49

70 1,5 0,67

70 2 1,1

70 2,5 1,57

70 3 2,43

100 0,5 0,26

100 0,75 0,45

100 1 0,73

100 1,25 1,26

100 1,5 1,72

100 2 2,84

100 2,5 4,05

100 3 6,25

130 0,5 0,66

130 0,75 1,16

130 1 1,88

130 1,25 3,25

130 1,5 4,42

130 2 7,29

130 2,5 10,4

130 3 16,06

PRCTICA N 3 RADIACIN

OBJETIVO GENERAL

Estudiar la transferencia de calor por radiacin desde una superficie caliente.

OBJETIVO ESPECFICO

Determinar la carga energtica ligada a la temperatura de la superficie radiante y su

variacin durante el calentamiento del ponqu.

INTRODUCCIN

La prctica de radiacin se desarrolla en un horno elctrico de pastelera donde se calienta un

ponqu. La superficie radiante se ubica en el techo al interior, en tanto el ponqu se coloca en

la parte inferior; las paredes laterales, incluyendo la de la puerta, estn cubiertas con un material

refractario. El horno mantiene constante la temperatura de la superficie de calentamiento

variando su demanda de energa mientras se calienta el ponqu.

PROCEDIMIENTO

El usuario seleccionar la temperatura de la superficie de calentamiento del horno y registrar

los valores de la temperatura de la superficie del ponqu y la corriente elctrica del horno en

funcin del tiempo de horneado (90 minutos).

Durante la prctica, se varia la temperatura de la superficie de calentamiento del horno y

registrando los valores de la temperatura de la superficie del ponqu y la corriente elctrica del

horno en funcin del tiempo de horneado (90 minutos).

Se Inicia con una temperatura de 18C del ponqu, la cual nos va a registrar el amperaje de

operacin del sistema de calefaccin y la temperatura del ponqu en el horneado, trabajando

siempre con un valor constante para el tiempo de operacin del horno.

Se varia la temperatura inicial del ponqu agregando de a cuatro grados centgrados, hasta llegar

a una temperatura de 30C. Luego se registra los valores de salida en la tabla de resultados.

LISTA DE EQUIPOS

H-L01 Horno de panadera


Temperatura de entrada del ponqu.

VARIABLES DE SALIDA

Temperatura de la superficie del porqu.

Corriente elctrica demandada por el horno.

Tabla de Variables

PARMETROS DE OPERACIN Y EQUIPOS


FUNDAMENTO TERICO

La radiacin trmica es energa emitida por la materia que se encuentra a una temperatura dada,

se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las direcciones. Esta energa es

producida por los cambios en las configuraciones electrnicas de los tomos o molculas

constitutivos y transportada por ondas electromagnticas o fotones, por lo recibe el nombre de

radiacin electromagntica.

La masa en reposo de un fotn (que significa luz) es idnticamente nula. Por lo tanto,

atendiendo a relatividad especial, un fotn viaja a la velocidad de la luz y no se puede mantener

en reposo. (La trayectoria descrita por un fotn se llama rayo). La radiacin electromagntica es

una combinacin de campos elctricos y magnticos oscilantes y perpendiculares entre s, que se

propagan a travs del espacio transportando energa de un lugar a otro.

A diferencia de la conduccin y la conveccin, o de otros tipos de onda, como el sonido, que

necesitan un medio material para propagarse, la radiacin electromagntica es independiente de

la materia para su propagacin, de hecho, la transferencia de energa por radiacin es ms

efectiva en el vaco. Sin embargo, la velocidad, intensidad y direccin de su flujo de energa se

ven influidos por la presencia de materia.

Los fotones son emitidos o absorbidos por la materia. La longitud de onda de la radiacin est

relacionada con la energa de los fotones, por una ecuacin desarrollada por Planck:

=

Donde h se llama constante de Planck, su valor es h = 6,63 x 10-34 Js. 2

INICIO DE SECUENCIA


CLCULOS

TABLA DE CLCULOS

Entrada Salida

Temperatura inicial del

horno (C)

Tiempo de operacin

del horno

Amperaje de operacin del

sistema de calefaccin (A)

Temperatura del

ponqu en el

horneado (C)

18 90 0,5 192,94

22 90 0,513 195,19

26 90 0,527 197,44

30 90 0,541 199,69

GRFICAS

FRMULA

18

22

26

30

0,5 0,513 0,527 0,541 0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4

Temperatura inicial delhorno (C)

Amperaje de operacindel sistema decalefaccin (A)

18 22

26 30

90 90 90 90

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4


Tiempo de operacindel horno

18 22 26 30

192,94 195,19 197,44 199,69

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4


Temperatura delponqu en el horneado(C)

Resistencia trmica de radiacin.

R =

=

1

Para determinar la temperatura de la superficie de la ponqu con la Ecuacin 1 2, segn sea el

tiempo.

T2 = k1 Ln (t) + k2

192.94 = 53.17 Ln (t) + 10.667

Ln (t) = 3,428

t = 30, 8 min

195.19 = 53.17 Ln (t) + 10.667

Ln (t) = 3,470

t = 32, 1 min

197.44 = 53.17 Ln (t) + 10.667

Ln (t) = 3,512

t = 33, 5 min

199.69 = 53.17 Ln (t) + 10.667

Ln (t) = 3,555

t = 34, 9 min

Tiempo para alcanzar temperatura inicial:

18 = 53.17 Ln (t) + 10.667

Ln (t) = 0,138

t = 1.15 min.

Flujo de calor sobre la superficie de la mantecada

Q = F1,2 A1 (T_1^4-T_2^4 )

Q = 110

A = 1,200

T1 = 192.94 C = 466.09 k

T2 = 18 C = 291.15 k

110 = F1,2*1,200 * 5,671x10-8 (466,094 291,154)

F1,2 = 0,0404

Q = Calor y/o corriente elctrica

F = Factor geomtrico adimensional llamado factor de visin

A = Area del cuerpo emisor

T_1^4 = Temperatura cuerpo emisor

T_2^4 = Temperatura cuerpo receptor

= Constante de proporcionalidad Stefan-Boltzmann

112,86 = F1,2* 1.200 * 5,671x10-8 (468,344 295.154)

F1,2 = 0,0409

q = A1 (T_1^4-T_2^4 )

q = 1.200 * 5,671x10-8 (466,094 291,154)

q = 2722,6

q = Flujo de calor

A = rea del cuerpo emisor

T_1^4 = Temperatura cuerpo emisor

T_2^4 = Temperatura cuerpo receptor

= Constante de proporcionalidad Stefan-Boltzmann

Corriente elctrica

I = Q/V 0,5 = Q/220

Q = 0,5 * 220 = 110 Q = 0.513 * 220 = 112.86

Q = 0,527 * 220 = 115.94 Q = 0.541 * 220 = 119.02

ANLISIS

Al analizar los datos obtenidos en la tabla de resultados y en las graficas, podemos observar que

a medida que se calienta el ponqu por radiacin dentro de un horno elctrico el cual mantiene

constante la temperatura de la superficie de calentamiento, la demanda de energa aumenta, al

igual que la transferencia de calor por radiacin desde las superficies calientes del horno.

El amperaje de operacin del sistema de calefaccin tambin aumenta a medida que se va

incrementando la temperatura del ponqu en el horneado.

El tiempo de operacin de horneado siempre ser constante, pero al iniciar con una temperatura

baja (18C) el amperaje es bajo lo mismo que la temperatura del ponqu dentro del horno, pero a

medida que se incrementa la temperatura inicial, de la misma manera se incrementan estos

valores.

Por este motivo el tiempo de calentamiento para una determinada temperatura en la superficie de

calentamiento, se ir incrementando a medida que se requiera una temperatura mayor.

CONCLUSIONES

El fin de esta prctica era conocer la radiacin trmica como energa emitida por la

materia que se encuentra a una temperatura dada, como se observ en la simulacin con

los ponqus, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las

direcciones. Esta energa es producida por los cambios en las configuraciones

electrnicas de los tomos o molculas constitutivos y transportada por ondas

electromagnticas o fotones, por lo recibe el nombre de radiacin electromagntica.

Con la simulacin recordamos que con frecuencia, durante el procesamiento, de los

alimentos, los cuales son sometidos a diferentes tratamientos trmicos con la finalidad de

extender su vida anaquel, en este ensayo como en los dems se presenta un mecanismo

de transferencia de calor , y en este caso el horneo es un proceso de transferencia de calor

y de masa simultneo, el calor se transfiere, en este caso por radiacin de las paredes del

horno, y se caracteriza por la baja humedad y las altas temperaturas.

Tambin se puede deducir, que a pesar de usar las altas temperaturas, el horneo es un

mtodo lento, ya que la transferencia de calor por radiacin por las paredes del horno es

poco eficiente, y el grado de efectividad de este tratamiento depender de las condiciones

del proceso y del alimento.

Como conclusin final de esta prctica es que el calor irradiado es transferido por ondas

de energa desde el objeto caliente. Un horno, por ejemplo, contiene un elemento

trmico. Cuando la comida es colocada en el horno, absorbe las ondas de calor emitidas

por dicho elemento. El calor radiante tambin se refleja en la pared del horno y en la

comida. La energa radiante se refleja en superficies lisas, brillantes y luminosas. Las

placas, oscuras y speras absorben dicha energa.

PRCTICA 4 : REFRIGERACIN

RESUMEN

Cuando se tiene una disminucin de temperaturas sin que ocurra un cambio de fase, tiene lugar

el enfriamiento, que puede llevarse a cabo para sustancias en cualquier estado. Cuando se

requiere mantener durante un lapso amplio de tiempo bajas temperaturas (por debajo de la

temperatura ambiente), se tiene la llamada refrigeracin.

Al finalizar el proceso de elaboracin de vino blanco, se requiere que ste se mantenga

refrigerado para garantizar la estabilidad del producto y para inducir la precipitacin de algunas

partculas aun suspendidas. Para ello en la prctica se utiliza un recipiente isotermo como tanque

de refrigeracin, el cual tiene una chaqueta que nos permite hacer fluir un refrigerante, como

medio receptor de calor proveniente de una solucin de etanol agua (como aproximacin en

composicin al vino). Para tal propsito se incorpora un modelo termodinmico, con el cual se

estudia la operacin de refrigeracin. La ejecucin de la prctica permite determinar la demanda

energtica relacionada con la carga de solucin etanol - agua a refrigerar, necesaria para enfriarla

a una temperatura aproximada de 18C.

OBJETIVO GENERAL:

Estudiar el comportamiento de un sistema de refrigeracin de vino (solucin de etanol - agua).

OBJETIVO ESPECFICO:

Determinar el efecto de la carga de solucin etanol - agua sobre el tiempo requerido para el

cambio de temperatura.

PROCEDIMIENTO

El usuario seleccionar la carga de vino (solucin de etanol - agua) y el flujo con que va llenar el

tanque de refrigeracin; y adems tiene la posibilidad de elegir el refrigerante que va por la

chaqueta. Al seleccionar estos valores de carga, flujo y refrigerante, el usuario tendr que tomar

nota de los datos de tiempo de llenado del tanque de refrigeracin, altura de lquido (solucin) y

el tiempo para cada incremento de temperatura.

PARAMETROS DE OPERACIN Y EQUIPOS

VARIABLES DE LA PRCTICA

FORMULAS

ALGORITMO DE CLCULO:

a. Con la ecuacin (1) determinamos las temperaturas de ebullicin de cada uno de los

componentes de la solucin al evaluar la presin atmosfrica.

b. Con las temperaturas de ebullicin, determinamos la temperatura de burbuja de la solucin.

c. Tomamos del Manual del Ingeniero Qumico, un valor recomendado de U (Tabla 11.7). De

igual forma tomamos un valor de Cp para la solucin de la tabla 2-205. y determinamos la

cantidad de calor transferido a travs de la chaqueta.

d. Como el flujo de calor transferido de la solucin es igual al recibido por el refrigerante,

tenemos que despejar el flujo msico de refrigerante refm de la ecuacin (5).

RESULTADOS OBTENIDOS

ENTRADA

SALIDA

Seleccin

del

refrigerant

e -

chaqueta

Masa

de vino

-

aliment

o (kg)

Flujo de

vino -

alimento

(m^3/min)

Tiempo de

operacin

de la

agitacin

(s)

Tiempo

del llenado

del tanque

de

refrigeraci

n (m)

Flujo de

refrigera

nte

(m^3/s)

Nivel de

vino en el

tanque

(m)

Amoniaco 100 0,0154 0,000362 6,65 0,13 3263,94

125 0,0154 0,030362 8,37 0,243 4080,01

175 0,0154 0,080362 11,64 0,298 5711,96

225 0,0154 0,050362 14,98 0,363 7343,9

125 0,022176 0,020362 5,84 0,203 4079,97

175 0,022176 0,070362 8,1 0,238 5711,94

225 0,022176 0,060362 10,4 0,333 7343,87

225 0,03193344 0,040362 7,25 0,293 7343,95

175 0,03193344 0,010362 5,62 0,248 5711,91

125 0,03193344 0,050362 4,05 0,163 4079,98

125 0,038320128 0,080362 3,36 0,163 4079,95

175 0,038320128 0,030362 4,76 0,258 5711,96

225 0,038320128 0,050362 6,08 0,363 7343,94

Refrigera

nte 134a

125 0,0154 0,020304 8,36 0,213 4079,95

175 0,0154 0,080304 11,64 0,278 5711,97

225 0,0154 0,020304 14,97 0,323 7343,9 5

125 0,0266112 0,040304 4,85 0,203 4080,0 1

175 0,0266112 0,020304 6,74 0,308 5711,9 8

225 0,0266112 0,070304 8,71 0,373 7343,8 7

125 0,0383201 28 0,050304 3,38 0,213 4079,9 6

175 0,0383201 28 0,060304 4,71 0,308 5711,9 8

225 0,0383201 28 0,010304 6,03 0,373 7343,9 3

225 0,0383201 28 0,000304 6,07 0,353 7343,9 2

Agua -

glicolada

125 0,0154 0,030251 8,38 0,193 4079,9 9

175 0,0154 0,020251 11,65 0,248 5711,9 6

225 0,0154 0,030251 15,01 0,323 7343,9

125 0,0266112 0,050251 4,88 0,173 4079,9 9

175 0,0266112 0,070251 6,79 0,268 5711,9

225 0,0266112 0,050251 8,71 0,293 7343,9 4

125 0,0383201 28 0,050251 3,34 0,213 4079,9 4

175 0,0383201 28 0,070251 4,7 0,308 5711,9 5

225 0,0383201 28 0,020251 6,01 0,313 7343,9 1

ANLISIS DE RESULTADOS

Segn las grficas, puede observarse que no existe una constante en cuanto a que cada que

aumente el flujo de vino alimento, aumentar el tiempo de llenado del tanque de refrigeracin.

S existe una relacin directa entre el aumento de la masa vino - alimento y la necesidad de

aumentar el flujo de refrigerante para el proceso.

Con el cambio del refrigerante, cambia el tiempo de llenado, igualmente cuando se cambia el

flujo de vino.

Al incrementar la masa del vino se requiere de ms tiempo de llenado y el nivel de vino en el

tanque aumenta. Si se aumenta el flujo del vino se necesita ms refrigerante adems de aumentar

el nivel del vino en el tanque con un tiempo de llenado menor.

PRACTICA No 5 CONGELACIN

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el comportamiento de un cuarto de congelacin de pescado.

OBJETIVO ESPECFICO

Determinar el efecto de la temperatura final de congelacin en el tiempo de congelacin

de una fruta fresca en un cuarto de congelacin enfriado con aire, aplicando la ecuacin

de Pham.

INTRODUCCIN

Luego de que los filetes de pescado son empacados al vaco en bolsas de polietileno, se

transportan al tnel de congelacin donde luego de ser inspeccionados se someten a un descenso

Critico de temperatura con el fin de inhibir el crecimiento de microorganismos que perjudiquen

su calidad durante el almacenamiento y distribucin. En la presente prctica se realizara el

Estudio de un cuarto de congelamiento con aire enfriado.

PROCEDIMIENTO

El usuario debe ingresar la temperatura de congelacin de las guayabas en el campo del

termmetro T1 y el dimetro de la rodaja de pescado asociada a un cilindro finito, como salida

Obtendr el tiempo requerido de congelacin que aparecer en el cuadro de texto respectivo.

Durante la prctica, se va hacer una variacin del dimetro del filete de pescado y la temperatura

del aire de enfriamiento dentro de la cmara de congelacin, para registrar el tiempo de

Congelacin del filete en horas. Se Inicia con un dimetro de filete de 5 cm y se aumentando de

uno en uno hasta llegar a un filete de 12 cm y con una temperatura de aire de -30C. Luego

aumentar la temperatura del aire de 5 C en 5C hasta llegar a -50C. Para cada temperatura del

aire interior de la cmara, trabajar cada uno de los dimetros del filete de pescado. Se registrara

el tiempo de congelacin del filete de acuerdo a su dimetro y a la temperatura del aire con que

se va a trabajar, en la tabla de resultados.

LISTA DE EQUIPOS

Determinar el efecto de la temperatura final de congelacin en el tiempo de congelacin de una

fruta fresca en un cuarto de congelacin enfriado con aire, aplicando la ecuacin de Pham.


Temperatura de aire de enfriamiento. Dimetro del filete de pescado.

VARIABLES DE SALIDA

Tiempo de congelacin de acuerdo con el modelo de Pham

DESARROLLO DE LA PRCTICA

FUNDAMENTO TERICO

Enfriamiento y refrigeracin

Se emplea el enfriamiento de productos para obtener temperaturas adecuadas de

almacenamiento. Algunas sustancias provienen de un proceso que ha implicado altas

temperaturas para favorecer reacciones fsico-qumicas y se requiere llevar la

temperatura a un nivel adecuado, para un fcil manejo y almacenamiento, otras

sustancias en especial alimentos requieren de temperaturas bajas para su

Conservacin y almacenaje y algunos procesos requieren de temperaturas bajas para

su desarrollo.

Cuando se tiene una disminucin de temperaturas sin que ocurra un cambio de fase,

tiene lugar el enfriamiento, que puede llevarse a cabo para sustancias en cualquier

estado. Cuando se requiere mantener durante un lapso amplio de tiempo bajas

temperaturas (por debajo de la temperatura ambiente), se tiene la llamada Refrigeracin.

Los mecanismos de transferencia de calor en las dos operaciones son muy diferentes

y aunque se ha generalizado la aplicacin del trmino refrigeracin al enfriamiento de

slidos o de espacios amplios es importante tener presente que los fines son muy diversos.

El enfriamiento de gases y lquidos se lleva a cabo adecuadamente en los intercambiadores

de calor ya estudiados, empleando como medio de enfriamiento lquidos

o gases a muy bajas temperaturas.

Estos fluidos tienen propiedades termodinmicas especiales, como bajos puntos de

congelacin y de evaporacin e igualmente de volmenes especficos y altos valores

latentes. De los lquidos o fluidos enfriadores, tambin llamados refrigerantes, el que

mejor propiedades presenta es el amoniaco, NH3, con un inconveniente serio como es

su alta toxicidad, esto conlleva aun cuidadoso manejo y el empleo de equipo con sellos

o cierres hermticos. El fren 12 (dicloro difluormetano) presenta como inconveniente

un calor latente de evaporacin de 38 kcal kg, lo que lleva a emplear volmenes relativamente

altos y limita su uso para grandes instalaciones. 5

Proceso isotrmico

Se denomina proceso isotrmico o proceso isotermo al cambio reversible en un

sistema termodinmico, siendo dicho cambio a temperatura constante en todo el

sistema. La compresin o expansin de un gas ideal puede llevarse a cabo colocando

el gas en contacto trmico con otro sistema de capacidad calorfica muy grande y a la

misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco calrico. De

esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda

realizando trabajo. Como la energa interna de un gas ideal slo depende de la

temperatura y sta permanece constante en la expansin isoterma, el calor tomado del

foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.

Una curva isoterma es una lnea que sobre un diagrama representa los valores

sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las

isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son

hiprbolas equilteras, cuya ecuacin es PV = constante.

Tanque Isotrmico de Vino

Tanque adecuado para mantener abajas temperaturas el vino, durante el tiempo

necesario para que se lleve a cabo el proceso de precipitacin tartrica. Est

compuesto de una camisa interior por la que se hace circular una mezcla de

anticongelante, la cual enfra el vino dentro del depsito sin necesidad de agitador.

Incluye boca entrada de hombre, aislada trmicamente con doble puerta, adems tiene

una tapa superior de 400 mm de dimetro con vlvula de seguridad en acero

inoxidable, termmetro de -20 a40C, vlvulas de mariposa en acero inoxidable para

salida de claros y turbios.

FRMULAS

B-A = C

(20 )

0

20

= /( + )

Con las temperaturas de ebullicin:

= , + , 2 (1 )

De igual forma tomamos un valor de Cp para la solucin y determinamos la cantidad

de calor transferido a travs de la chaqueta.

=

Teniendo definida la temperatura inicial de la solucin calculamos el tiempo que tarada

la solucin en cambiar su temperatura de Ti,sln a Tf,sln.

1 = (_._ (_ _0 ))/

Como el flujo de calor transferido de la solucin es igual al recibido por el refrigerante,

tenemos que:

= . (, , )

Y se despeja est en el flujo msico de refrigerante mref.

ANLISIS

Segn las tablas de resultados se pueden analizar, que cuando se hizo la seleccin

del tipo de refrigerante, hay un cambio considerable en el tiempo de operacin de la

agitacin por segundos, teniendo mayor tiempo el amoniaco y un menor dato el agua

Cuando se hizo la comparacin de la entrada en kg de la masa de vino con respecto a

la salida del tiempo de llenado del tanque de refrigeracin en m, se observa cambios

considerables por cada entrada de masa al realizar los ensayos con los diferentes

valores de entrada de del flujo de vino (m^3/min), para las otras masas sucede lo

mismo, pero entre mayor sea la masa es mayor el tiempo de llenado del tanque de

refrigeracin.

No hay un cambio en la entrada de la masa de vino frente al tiempo operacin de la agitacin, es

constante con el tipo de refrigerante a utilizar.

Cuando se hace la comparacin de la entrada de masa de vino frente al flujo de

refrigerante se observa un cambio hay un aumento, si el ingreso en la masa es mayor tambin es

el flujo, de igual manera sucede con la salida del nivel de vino en el tanque, aunque con el tipo

de refrigerante no hay cambio.

Al incrementar el flujo de vino-alimentado, el tiempo de llenado del tanque de refrigeracin

disminuye en comparacin con los datos obtenidos cuando se trabaja con un flujo de vino-

alimentado menor, pero cuando se incrementa la masa de vino alimentadas trabajando con el

mismo flujo, vuelve nuevamente a incrementar este tiempo de llenado.

CONCLUSIONES

Cuando hacemos circular amoniaco como refrigerante a travs de la chaqueta que

contiene el tanque de refrigeracin, con un flujo de vino-alimento de 1,54E-02 y una

masa de vino de 100 kg, el tiempo de llenado del tanque aumenta a medida que

aumentamos la masa de vino-alimentado y el nivel de vino en el tanque tambin

aumenta al igual que el tiempo de operacin de la agitacin Como una sntesis

de los resultados al cambiar el refrigerante, lo nico que vara es el

flujo de refrigerante a travs de la chaqueta del tanque de refrigeracin, los dems

valores son los mismos no importa el tipo de refrigerante con que se trabaje.

PRCTICA 6: PASTERIZACIN

1. RESUMEN

Se suele llamar pasteurizacin al proceso que se lleva a cabo a temperaturas inferiores a 100

grados centgrados, en tanto que la esterilizacin se lleva a cabo por encima de los 100 grados

Centgrados.

La pasterizacin de Leche, establece una reduccin en la poblacin microbiana equivalente a

12D (D corresponde a una reduccin en la poblacin microbiana mayor o igual al 90%). En un

sistema continuo como el de pasterizacin de alta temperatura y corto tiempo, HTST, una

variacin en el caudal de alimentacin del agua de calentamiento nos muestra a que temperatura

debe operar este flujo, adems un cambio en la temperatura de pasteurizacin implica

igualmente una variacin en el tiempo de tratamiento. Como respuesta a esta perturbacin el

modelo ofrece el tiempo requerido para lograr un tratamiento equivalente al de referencia de

63C durante 400 segundos.

OBJETIVO GENERAL.

Estudiar el funcionamiento de un sistema de pasterizacin de alta temperatura y corto tiempo,

HTST.

OBJETIVOS ESPECFICOS:

Determinar la temperatura requerida para ofrecer la letalidad estndar en la pasterizacin de

leche ante diferentes caudales de alimentacin, correspondientes a diferentes tiempos de

tratamiento.

PROCEDIMIENTO

El usuario variar el valor de la temperatura de pasteurizacin el simulador ofrecer como salida

el tiempo requerido para obtener un tratamiento estndar de pasterizacin HTST, de acuerdo con

el tiempo de residencia de la leche dentro del tubo de retencin. De igual forma el usuario podr

escoger el valor del flujo de agua como fluido de calentamiento.

VARIABLES Y PARMETROS DE OPERACIN

PARMETROS

SIMBOLO

VALOR

UNIDADES

Presin atmosfrica

(Bogot)

P 74648 Pa

Temperatura T 20 C

Propiedades de los

fluidos

Smbolo Valor Unidades

Densidad de la Leche L 1040 Kg/m^3

Densidad del Agua p 1000 Kg/m^3

Parmetros de diseo Smbolo Valor Unidades

Flujo msico de Leche Wleche 0,134 kg/s

Temperatura de entrada

de la leche

t1 20 C

Temperatura de entrada

del fluido caliente

T1 80 C

Calor especfico del agua Cp Agua 4200 J/kg K

Calor especfico del Jugo Cp leche 3894 J/kg K

Tiempo decimal de

reduccin

D63 2,5 min

Factor de resistencia

trmica

z 4,1 C

Tiempo de muerte trmica

a 63C

F63 30 min

VARIABLES DE LA PRCTICA

FRMULAS:

Teniendo establecido el flujo de leche, sus temperaturas de entrada y salida, y adems al haber

seleccionado el flujo de agua caliente, queda establecida la temperatura del agua caliente a la

salida de la seccin de calentamiento del intercambiador de placas.

Como el tratamiento de pasterizacin corresponde a un tiempo de muerte trmica de 12D

durante 400 segundos y una constante de resistencia trmica, z=4.1C, para una TR.= 63C.

Determinamos a partir de estos valores de referencia:

ALGORITMO DE CLCULO:

a. adems al haber seleccionado el flujo de agua caliente, queda establecida la temperatura del

agua caliente a la salida de la seccin de calentamiento del intercambiador de placas.

b. Como el tratamiento de pasterizacin corresponde a un tiempo de muerte trmica de 12D

durante 400 segundos y una constante de resistencia trmica, z=4.1C, para una TR.= 63C.

Determinamos F a partir de estos valores de referencia con la ecuacin (2).

El desarrollo de esta prctica debe generar una tabla que contenga los valores las temperaturas de

pasterizacin en funcin del tiempo de pasteurizacin

RESULTADOS OBTENIDOS

ENTRADA SALIDA

SALIDA

FLUJO

MSICO (KG/S)

TEMPERATURA

DE

PASTEURIZACIN

(C)

TIEMPO DE

MUERTE

TRMICA (S)

TEMPERAT

URA DE

SALIDA T2

(C)

0,1 65 585,43 24,25

67 190,47 21,81

69 61,99 19,34

71 20,14 16,82

73 6,55 14,31

74 3,77 13,12

0,3 65 585,43 61,48

67 190,46 60,61

69 61,92 59,8

71 20,18 58,94

73 6,6 58,13

74 3,81 57,76

0,5 65 585,48 68,87

67 190,41 68,42

69 61,96 67,86

71 20,16 67,4

73 6,56 66,88

74 3,77 66,65

0,7 65 585,5 72,03

67 190,48 71,68

69 61,95 71,37

69 61,92 71,38

71 20,18 71,04

73 6,57 70,64

74 3,81 70,45

0,9 65 585,42 73,82

67 190,4 73,57

69 61,98 73,25

71 20,19 73,06

73 6,58 72,71

74 3,78 72,64

1,1 65 585,48 74,94

67 190,43 74,74

69 61,97 74,51

71 20,17 74,3

73 6,62 74,06

74 3,76 73,94

ANLISIS DE RESULTADOS

La variacin del flujo msico en aumento, no es notorio en los tiempos de muerte trmica ya que

se nota para todos los casos con iguales temperaturas de pasteurizacin, un tiempo casi igual.

En el tratamiento de pasterizacin de la leche HTST, al variar la temperatura de pasterizacin se

requiere de un tiempo ptimo para que el tratamiento sea estndar, de tal manera que si cambia

la temperatura de pasterizacin tambin lo har el tiempo.

En la tabla se puede apreciar que a mayor temperatura menor es el tiempo que la leche

permanece en el Pasteurizador, de la misma manera cambiar la temperatura del agua caliente

que ingresa al Pasteurizador segn se vari su flujo, ya que si se incrementa este, la temperatura

de salida en el recorrido que hace el agua caliente a travs del Pasteurizador aumenta,

establecindose una relacin directamente proporcional entre el flujo que ingresa al

Pasteurizador y la temperatura del mismo a la salida.

Un cambio en la temperatura de pasteurizacin trae como consecuencia un cambio en el tiempo

de tratamiento para que se efecte la muerte trmica, al aumentar la temperatura el tiempo

disminuye.

La pasteurizacin continua tiene varias ventajas por encima del mtodo de pasteurizacin por

lotes, siendo la ms importante el ahorro de tiempo y energa.

Para la mayora de los procesamientos continuos, se utiliza un Pasterizador de tiempo breve a

alta temperatura. El tratamiento de calor se lleva a cabo utilizando un intercambiador de calor a

placas.

PRACTICA No 7 ESTERILIZACIN

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el funcionamiento de un sistema de esterilizacin comercial de ultra-alta temperatura,

UHT.

OBJETIVO ESPECFICO

Determinar la temperatura requerida para ofrecer la letalidad estndar en la esterilizacin

comercial de leche ante diferentes caudales de alimentacin, correspondientes a

diferentes tiempos de tratamiento.

INTRODUCCIN

El proceso de esterilizacin comercial continua a temperatura ultra-alta, conocido tambin con

el nombre de ultra pasterizacin, UHT; implica un tratamiento trmico de la leche a 138C

durante 4 segundos que garantiza la obtencin de un producto de larga vida, eliminando

prcticamente la totalidad de los microorganismos y esporas. El modelo de la prctica de

esterilizacin permite establecer la temperatura requerida para lograr un tratamiento trmico

equivalente de esterilizacin UHT para distintos caudales de leche, correspondientes a

distintos tiempos de tratamiento.

PROCEDIMIENTO

El usuario variar el caudal de leche alimentada al sistema de esterilizacin. El simulador

ofrecer como salida la temperatura requerida para obtener un tratamiento estndar de

esterilizacin UHT de acuerdo con el tiempo de residencia de la leche dentro del tubo de

retencin. Durante la prctica, vamos a variar la entrada del caudal de leche al intercambiador de

placas, para determinar la temperatura requerida para la esterilizacin de la leche. Iniciaremos la

prctica con un caudal de alimentacin de 2 m3/hora el cual nos reportar la temperatura ptima

para la esterilizacin. Luego incrementaremos el caudal de alimentacin de la leche en un metro

cbico hora hasta llegar a 10 metros cbicos hora. Registramos en la tabla de resultados la

temperatura requerida para la esterilizacin, de acuerdo al caudal de alimentacin con el que se

trabajar

LISTA DE EQUIPOS

E-203 Intercambiador de platos con regeneracin. P-203 Bomba de alimentacin de leche

cruda. P-204 Bomba de intermedia de leche. V-202 Tanque de estabilizacin y mezcla. CF-202

Descremadora (Centrfuga de discos). TC Controlador de temperatura


Caudal de la leche.

VARIABLES DE SALIDA

Temperatura de esterilizacin en el termmetro T.

Tabla de Variables


DESARROLLO DE LA PRCTICA

FUNDAMENTO TERICO

Esterilizacin

Es la eliminacin completa de toda forma de vida microbiana de objetos inanimados, incluyendo

esporas. Puede conseguirse a travs de mtodos fsicos, qumicos o gaseosos. Cabe destacar que

la esterilizacin, es el resultado de un PROCESO y no slo la exposicin al agente esterilizante.

Y de ningn modo debe concebirse como un mtodo de exposicin a un agente microbicida.

Dentro de los utilizados en el Servicio de Salud, tenemos 2 mtodos principales: Fsicos y

Qumicos.El proceso de esterilizacin es fundamental para prevenir las infecciones cruzadas

dentro de la clnica odontolgica, es por esto, que se hace imperativo conocer el funcionamiento

de ste; pero no sin antes, aclarar algunos conceptos claves para el buen entender de la

informacin.

Autoclave (calor hmedo): Elimina microorganismos por desnaturalizacin de protenas,

proceso que es acelerado por la presencia de agua, requiriendo temperaturas y tiempos menores

de exposicin que el calor seco. Se considera el mtodo ms efectivo, econmico y rpido

disponible en la actualidad, por lo que debe ser la primera opcin en la seleccin de mtodos de

esterilizacin. Hoy en da, la mayora de los materiales y artculos que requieren ser estriles en

un establecimiento, pueden ser procesados en autoclave.

3

Leche UHT:

Es, como en los dos casos anteriores el tratamiento mediante el aumento de la temperatura, en

esta ocasin entre 135 C y 150C durante 1 segundo (mnimo legal exigido) hasta los 4

segundos normalmente, posteriormente se baja la temperatura y se envasa en condiciones

aspticas. Prcticamente no se producen modificaciones en la composicin de la leche pudiendo

notarse no obstante ligeras modificaciones en el sabor (dejando un sabor especial debido a la

caramelizacin de parte de los azcares de la leche). Esta leche tiene una alta fecha de caducidad

y es conocida tambin como la leche de brick o leche de caja 4

INICIO DE SECUENCIA


CLCULOS

TABLA DE CLCULOS

Entrada Salida

Caudal de alimentacin (m3/h) Temperatura de esterilizacin (C)

2 121,75

3 122,48

4 122,99

5 123,4

6 123,72

7 123,97

8 124,2

9 124,42

10 124,6

GRFICAS

120120,5

121121,5

122122,5

123123,5

124124,5

125

2 3 4 5 6 7 8 9 10

TEM

PER

ATU

RA

DE

ESTE

RIL

IZA

CIO

N (

C)

CAUDAL DE ALIMENTACION (m3/h)

Caudal de Alimentacin vs Temperatura Esterilizacin

T. Esterilizacin

FRMULA

Tiempo de residencia en el tubo de retencin.

tr =

(1)

Temperatura de pasterizacin.

T = T - z log (tr/t) (2)

ANLISIS

Al analizar los datos obtenidos en la tabla de resultados y en las grficas, podemos observar que

la temperatura requerida para esterilizar aumenta a medida que aumenta el caudal de entrada de

0

0,5

1

1,5

2 3 4 5 6 7 8 9 10

TIEM

PO

DE

RET

ENC

IN

(s)

CAUDAL DE ALIMENTACIN (m3/h)

Caudal de Alimentacin vs Tiempo de Retencin

t. Retencin

la leche., ya que a mayor cantidad de producto a esterilizar, mayor debe ser la temperatura

empleada para realizar este proceso.

De igual manera si observamos que al alcanzar la ptima temperatura y se sostienen en los

segundos requeridos esto me garantiza que el producto logra una larga vida de utilidad.

Los datos arrojados y segn modelo de la prctica de esterilizacin tambin me indican que si se

realiza un buen proceso de esterilizacin se elimina prcticamente la totalidad de los

microorganismos y esporas.

Y frente a la grfica de retencin podemos analizar que el tiempo de retencin (tiempo durante el

cual el alimento es mantenido a la temperatura necesaria para lograr el efecto deseado) es

importante porque determina la intensidad del tratamiento trmico de acuerdo al tipo de

microorganismo patgeno o espora que se desee eliminar.

A mayor temperatura de esterilizacin, menor ser el tiempo de retencin necesario para

eliminar estos microorganismos que se encuentran en el producto a esterilizar.

CONCLUSIONES

La ultra pasteurizacin UHT, es un proceso de esterilizacin contina a temperaturas por

encima de los 100 C. Para llevarla a cabo, se debe realizar el tratamiento trmico por

aproximadamente 4 segundos y de esta manera garantizar un producto con buenas

cualidades organolpticas y sano ya que elimina la totalidad de microorganismos

patgenos dainos para la salud de las personas.

Como resumen en esta prctica de esterilizacin pudimos observar cmo se establece la

temperatura requerida para lograr una esterilizacin ultra-rpida con distintos caudales de

leche, en si a mayor caudal mayor ser la temperatura requerida a distintos tiempos de

tratamiento.

La temperatura recomendada para el tratamiento trmico de la leche es de 121 C

mximo 138C por tres a 4 segundos, en un equipo de intercambio de calor tubular o de

placas para procesos continuos.

Un concepto ms til y realista es el de "efecto esterilizante o "eficiencia de

esterilizacin". Estos trminos establecen el nmero de reducciones decimales en el

recuento de esporas bacterianas logrado por un proceso dado de esterilizacin.

Cada vez que es llevado a cabo un proceso de esterilizacin, ste puede ser caracterizado

por un cierto efecto esterilizante En cualquier proceso trmico de esterilizacin, el efecto

esterilizante es determinado por la combinacin de tiempo/ temperatura aplicada.

Durante el proceso UHT se considera que la mayora de los componentes sensibles al

calor se mantienen y se ha observado que algunos varan respecto a la composicin del

producto inicial tratado, como por ejemplo las vitaminas.

PRACTICA No 8 EVAPORACIN CONTINUA

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el comportamiento de un evaporador continuo

OBJETIVO ESPECFICO

Estudiar el efecto que tiene el caudal de alimento, sobre la cantidad de vapor vivo

requerido, y la cantidad de fluido evaporado en el primer y segundo efecto.

INTRODUCCIN

A partir de la guayaba es posible producir concentrado de pulpa realizando una evaporacin al

producto que se obtiene a la salida de la despulpadora. En este proceso se requiere un sistema

de evaporacin continua de doble efecto en el que se retira la cantidad de agua suficiente para

que la pulpa alcance una concentracin de slidos de 62 Brix, aproximadamente.

PROCEDIMIENTO

El usuario variar el caudal el de alimentacin de pulpa al evaporador y tomar los valores de

operacin correspondientes a los pesos del condensado de vapor vivo y vapor proveniente del

primer efecto, as como la altura de los tanques de almacenamiento del condensado del vapor

generado en el segundo efecto y el licor concentrado.

Durante la prctica, vamos a variar el caudal de pulpa de guayaba a concentrar y se registrarn

los valores dados en la balanza 1 Peso de condensado de vapor de calentamiento, en la balanza

2 Peso del condensado de vapor generado en primer efecto, la altura o nivel en el tanque de

licor concentrado de guayaba y nivel en el tanque de condensado de vapor segundo efecto.

Iniciaremos con un caudal de 3 metros cbicos hora, el cual nos proporcionar los primeros

registros en las dos balanzas y en los dos tanques.

Luego variaremos el caudal, incrementndolo de a un metro por vez hasta llegar a 7 metros total

de caudal de pulpa. Se registrarn todos los valores de salida en la tabla de resultados.

LISTA DE EQUIPOS

E-104 Evaporador continuo de pelcula ascendente. E-105 Condensador. P-112 A/B Bomba de

alimentacin de pulpa (de tornillo).


Caudal de alimentacin al evaporador

VARIABLES DE SALIDA

Peso balanza de condensado de vapor de calentamiento. Peso balanza de condensado de vapor

generado en primer efecto. Altura tanque de almacenamiento de vapor segundo efecto. Altura

tanque de almacenamiento de licor concentrado.

Tabla de Variables



FUNDAMENTO TERICO

Evaporacin mltiple efecto

En las plantas de evaporacin, el coste del proceso depende fundamentalmente del vapor de agua

consumido. Para reducir el coste de la produccin de vapor se emplean los sistemas de

evaporacin de mltiple efecto o evaporacin multiefecto. En un sistema que cuenta con un solo

evaporador, el vapor generado por el producto se desecha, es lo que se conoce como evaporacin

de simple efecto.

Si se utiliza el vapor generado por el producto como fuente de energa de un segundo

evaporador, y el producto concentrado en el primer efecto contina su concentracin en el

segundo efecto, entonces tenemos un sistema de evaporacin de doble efecto. En general,

cuando el nmero de efectos es mayor de 1 se conoce como sistema de evaporacin de mltiple

efecto o evaporacin multiefecto. En cada efecto, la presin es menor que la del efecto del cul

recibe el vapor y superior a la del efecto al que suministra el vapor, por lo que la temperatura

disminuye en relacin a la disminucin de presin en dicho efecto. Veamos un ejemplo del

ahorro obtenido. En un evaporador de triple efecto, utilizando 1 kg de vapor se evapora una

cantidad de agua dada. Para evaporar la misma cantidad en uno de simple efecto (con la misma

superficie y cada de temperatura) se necesitan unos 3 kg de vapor. Adems se produce un

ahorro en el agua de enfriamiento empleada en el condensador del ltimo efecto. Para la

construccin de los evaporadores de cada efecto, se emplea el intercambiador de calor con

superficie rascada Astute, adaptado para trabajar en modo ebullicin libre (pool boiling). Este

equipo ha sido diseado para solucionar el pobre rendimiento y el efecto de resecado de la pared

del tubo (con el consiguiente depsito de ensuciamiento), inherentes a la ebullicin en el interior

de tubos en vertical.5

Evaporador de pelcula descendente:

Permiten que los materiales muy sensibles al calor soporten un mnimo de exposicin a la

superficie caliente, tambin son buenos para la concentracin de productos viscosos, son usados

para la concentracin de jugo de frutas

Evaporador de pelcula ascendente:

Son tpicos los tubos de 1 a 2 pulgadas de dimetro y 3,5 a 10 metros de largo. Como

consecuencia de la accin de ebullicin el lquido y el vapor ascienden por el interior de los

tubos, mientras que el lquido que se separa desciende por gravedad hasta el fondo de los tubos.

La alimentacin diluida, con frecuencia a temperaturas prximas al ambiente, se introduce en el

sistema mezclndose con el lquido que retorna del separador. La mezcla entra por el fondo de

los tubos, en el exterior de los cuales condensa vapor de agua. Al comenzar la ebullicin se

forman burbujas en el lquido, dando lugar a un aumento de la velocidad lineal y de la velocidad

de transmisin de calor. Los evaporadores de tubos largos son especialmente eficaces para

concentrar lquidos que tienden a formar espuma, puesto que la espuma se rompe cuando la

mezcla de vapor y lquido choca a elevada velocidad contra la placa deflectora.6

INICIO DE SECUENCIA


CLCULOS

TABLA DE CLCULOS

Entrada Salida

Caudal (m3/h)

Peso de

condensado de

vapor de

calentamiento (kg)

Peso de

condensado de

vapor generado

en primer efecto

(kg)

Altura del tanque

de licor

concentrado (m)

Altura del

tanque de

condensado

(m)

3 1955,58 1513 0,83 1,22

4 2607,44 2017,34 1,1 1,62

5 3259,3 2521,67 1,38 2,03

6 3911,15 3026 1,66 2,44

7 4563,01 3530,34 1,93 2,84

GRFICAS

FRMULA

-Harbeck (datos de varios lagos,1962)

-Rimsha y Donchenko (ros con descargas trmicas, 1957)

0800

1600240032004000480056006400720080008800

3 4 5 6 7

PES

O C

ON

DEN

SAD

OS

VA

PO

R (

KG

)

CAUDAL DE PULPA DE GUAYABA (m3/h)

Caudal vs Peso condensados de Vapor de Calentamiento (balanza 1) y Vapor Generado

en Primer Efecto (balanza 2)

Balanza 2

Balanza 1

0,60,91,21,51,82,12,42,7

3

3 4 5 6 7

NIV

EL T

AN

QU

ES (

m)

CAUDAL DE PULPA DE GUAYABA (m3/h)

Caudal vs Nivel Tanque de Licor Concentrado (2) y Nivel Tanque Condensado de Vapor

Segundo Efecto (1)

Tanque 1

Tanque 2

Para convertir cualquiera de las expresiones anteriores a tasa de evaporacin se debe dividir Q,

por el calor latente l, y la densidad del agua =.

Calculo de flujo msico del producto

mp =

(1)

Calculo flujo total de agua evaporada

mv1 + mv2 = mf - mp (2)

Calculo gradiente total de temperatura

T1+ T2 = Ts T2 (3)

Calculo entalpa del alimento al primer efecto

HF = CPF * (tF - 0) (4)

Calculo entalpa del alimento al segundo efecto

Hf1 = Cp1 * (T1 0) (5)

Calculo entalpa del producto

Hp = Cpp * (T2 0) (6)

Calculo de entalpas de vapor

Hv = (1.3244 * T) + 2528.3 (7)

Calculo de entalpas de lquido saturado

Hc = (4.2829 * T) 1.3211 (8)

Sistema de ecuaciones:

mp =

(1)

mv1 + mv2 = mf mp (2)

()

1(1)=

1(11)

2(12) (3)

mf * Hf + ms * Hvs = mv1 * Hv1 + mf1 * Hf1 + ms * Hcs (4)

mf1 * hf1 + mv1 * Hv1 = mv2 * Hv2 + mp * Hp+ mv1 * Hc1 (5)

Calculo de altura de condensado de vapor generado en segundo efecto.

1 =2

988 /1 (9)

Calculo de altura de licor concentrado en tanque de almacenamiento

=

/ (10)

ANLISIS

En la operacin en estado estacionario las velocidades de flujo y las velocidades de evaporacin

son tales que tanto el disolvente como el soluto no se acumulan ni disminuyen en cada efecto. La

concentracin, temperatura y velocidad de flujo de la alimentacin estn ligadas, las presiones

en la entrada del vapor vivo y el condensador estn establecidas, y todos los niveles de las

disoluciones se mantienen en cada efecto.

Como pudimos observar en la tabla de resultados y en las grficas, la disolucin a concentrar era

algo concentrada ya que estbamos trabajando con pulpa de fruta, la cual se quera concentrar

ms, esto significa que trabajamos con una velocidad algo alta. Los caudales de alimentacin

con que se trabaj la prctica, nos mostraron que a mayor caudal, mayor ser el peso de

condensado de vapor requerido para el calentamiento por la cantidad de producto a condensar, el

cual se registra en la balanza 1 y tambin ser mayor el peso del condensado generado en primer

efecto ya que trabajamos con mayor caudal de producto a concentrar. Esto significa a mayor

caudal mayor peso en las dos balanzas de condensado de vapor tanto de calentamiento como del

generado en el primer efecto.

Al igual ocurre con el nivel en los tanques tanto de licor concentrado como del de vapor

condensado de segundo efecto. A mayor caudal de alimentacin de producto a concentrar,

mayor ser el nivel en cada tanque, observndose que el nivel del producto concentrado es

inferior al nivel del condensado de vapor de segundo efecto.

Otro anlisis es que una unidad de doble efecto requiere alrededor de 0.6 Kg de vapor por Kg de

caudal de producto a condensar. 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

absoluto, y con frecuencia el lquido que hierve se encuentra a un vaco moderado, de hasta 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.

Adems que la presin en cada efecto es menor que la del efecto del cual recibe el vapor de agua

y superior a la del efecto al cual suministra vapor.

CONCLUSIONES

La evaporacin es un proceso que encuentra una gran aplicacin en la industria

alimenticia en la elaboracin de jugos, concentrados de frutas y soluciones acuosas,

consiste en la separacin de un disolvente (agua) voltil de un soluto no voltil por

vaporizacin parcial del disolvente, el medio calefactor es generalmente vapor de agua a

baja presin.

Tambin podemos decir que el vapor que sale de un evaporador puede utilizarse como

medio de calentamiento de la calandria de un segundo evaporador siempre que la

temperatura de ebullicin de este evaporador sea lo suficientemente baja para mantener

una diferencia de temperatura apropiada, tal como es el caso de nuestra prctica, que

tiene una diferencia de temperaturas de 50C, mediante la operacin de efectos sucesivos

a presiones cada vez ms reducidas.

Otra sntesis de la prctica es que 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. En nuestro caso particular el

vapor de primer efecto lo damos en kilogramos y el de segundo efecto lo damos en

metros.

Otra conclusin es que el objeto de la operacin de doble efecto consiste en mejorar la

economa trmica global del proceso y no en aumentar la capacidad de la planta.

En si todas las concentraciones internas, velocidades de flujo, presiones y temperaturas

se mantienen automticamente constantes por s mismas durante la operacin del

proceso. La concentracin de la disolucin concentrada solamente se puede modificar

cambiando la velocidad de flujo de la alimentacin. Si la disolucin concentrada es

demasiado diluida, se reduce la velocidad de alimentacin al primer efecto y,

contrariamente, se aumenta si es demasiado concentrada. La concentracin en el ltimo

efecto y de la disolucin concentrada que descarga del mismo alcanzar eventualmente

un nuevo estado estacionario para el nivel deseado.

PRACTICA No 9 EVAPORACIN POR LOTES

OBJETIVO GENERAL

Estudiar la operacin de concentracin de soluciones por evaporacin simple.

OBJETIVO ESPECFICO

Evaluar el desempeo de un evaporador por lotes en la concentracin de pulpa de

guayaba para la elaboracin de zumo.

Determinar la variacin del volumen en el tanque de condensado, en funcin del tiempo

de operacin y de la concentracin de la solucin inicial.

Observar la tendencia de la solucin a elevar su temperatura de ebullicin

INTRODUCCIN

En el proceso de elaboracin de concentrados de fruta-Bocadillo, se desea elevar la

concentracin de slidos solubles (de X carga de Brix, seleccionada) de la mezcla de pulpa de

guayaba para la elaboracin de zumo por lotes, sta operacin tiene lugar en un evaporador de

tubos horizontales, con el cual, se retira la cantidad de agua necesaria para obtener un producto

con un contenido de slidos solubles de y 66Brix.

PROCEDIMIENTO

En esta prctica, el estudiante deber asignar una carga de alimentacin al evaporador, esto es,

un caudal en la carga para un tiempo de carga calculado (como dato de salida), requiriendo que

terminado este tiempo se suspenda la alimentacin de la solucin insaturada. Luego elegir la

concentracin de la solucin de alimentacin, la presin manomtrica del vapor de

calentamiento y la presin manomtrica del vapor de vaco. Por ltimo tomar luego los datos de

temperaturas en el evaporador, nivel de vapor de proceso condensado en el tanque recolector al

transcurso del tiempo de operacin, y el flujo de vapor de servicio condensado,

correspondientes a cada intervalo de tiempo, para poder realizar anlisis de variables.

LISTA DE EQUIPOS

Evaporador de calndria. Bscula. Bomba de centrfuga. Condensador. Bomba de vaco.

Bscula e instrumentos de medida.


Caudal de alimentacin en la carga. Concentracin de la solucin inicial. Presin manomtrica

de vaco en el evaporador. Presin manomtrica del vapor de calentamiento.

VARIABLES DE SALIDA

Tiempos totales de operacin. Temperatura en el fondo del evaporador a inicio y al final del

tiempo de operacin. Nivel de vapor de proceso condensado en el tanque V-101. Temperatura en

la sima del evaporador.

Tabla de Variables.



FUNDAMENTO TERICO

Evaporador de tubos horizontales:

El vapor calefactor es vapor de agua saturado que cede su calor de condensacin y sale como

agua lquida a la misma temperatura y presin de entrada. Este evaporador se denomina de tubos

horizontales porque los tubos estn dispuestos horizontalmente.

En el siguiente evaporador, la cmara de calefaccin est formada por los tubos horizontales,

que estn soportados por dos placas. El vapor entra en los tubos y se condensa al cedes su calor

de condensacin. Puede quedar vapor no condensable, que se elimina mediante una purga. La

cmara de evaporacin formada por un cuerpo cilndrico vertical, cerrado por las bases, con una

salida para el disolvente evaporado por la parte superior y otra salida para la disolucin

concentrada en la parte inferior. Estos evaporadores suelen ser de chapa de acero o hierro con un

dimetro aproximado de 2 metros y 3 metros de altura. El dimetro de los tubos acostumbra a ser

de 2 a 3 centmetros.7

Concentracin

La concentracin, de la solucin es un factor fisicoqumico muy importante en el proceso de

evaporacin, porque es la que determina otros dos elementos fundamentales de la transferencia

de calor, como lo son la capacidad calorfica y la elevacin del punto de ebullicin de la

solucin, puesto que, segn se defini el soluto es no voltil, entonces el punto de ebullicin

aumenta, con lo cual se requiere una energa adicional, que la necesaria para evaporar agua. La

elevacin del punto de ebullicin es una propiedad coligativa que depende slo del nmero de

partculas disueltas y no de la identidad de las partculas. En el proceso de cristalizacin de

azcar, la solucin azucarada se vuelve ms concentrada, hay un aumento en su punto de

ebullicin y por lo tanto un aumento en el requisito de la energa necesario para efectuar la

ebullicin y por lo tanto la evaporacin del disolvente. 8

INICIO DE SECUENCIA


CLCULOS

TABLA DE CLCULOS

Entrada Salida

Conce

ntrado

Del

Jugo

(Brix

)

Caudal

de Jugo

(m3/s)

Presin

del

Vapor de

Calenta

m.(kPa)

Presin

de

Vacio

en el

Evapor

ador

(kPa)

Temper.

de la

Cima del

Evaporad

or

(C)

Tempe

r. en el

fondo

del

Evapo

rador

al

tiempo

t2

(C)

Temp

er. en

el

fondo

del

Evapo

rador

al

tiemp

o t1

(C)

Tiempo

de carga

de la

solucin

al

evaporad

or

(min)

Temper

. en el

fondo

del

evapora

dor al

tiempo

t11

(C)

Tiemp

o de

opera

cin

del

conde

nsa

(s)

Nivel

de

Conden

sa.

(m)

10 3.5E-04 30 5 100.3 90.31 25 16.16 94.69 528 0.65

20 3.5E-04 30 5 100.3 90.58 25 16.16 94.69 477 0.54

30 3.5E-04 30 5 100.3 91.08 25 16.16 94.69 438 0.42

10 4.7E-04 30 5 100.3 90.31 25 12.14 94.69 528 0.65

20 4.7E-04 30 5 100.3 90.58 25 12.14 94.69 477 0.54

30 4.7E-04 30 5 100.3 91.08 25 12.14 94.69 438 0.42

10 5.6E-04 30 5 100.3 90.31 25 10.03 94.69 528 0.65

20 5.6E-04 30 5 100.3 90.58 25 10.03 94.69 477 0.54

30 5.6E-04 30 5 100.3 91.08 25 10.03 94.69 438 0.42

10 3.5E-04 50 5 104.5 90.31 25 16.16 94.69 528 0.65

20 3.5E-04 50 5 104.5 90.58 25 16.16 94.69 477 0.54

30 3.5E-04 50 5 104.5 91.08 25 16.16 94.69 438 0.42

10 4.7E-04 50 5 104.5 90.31 25 12.14 94.69 528 0.65

20 4.7E-04 50 5 104.5 90.58 25 12.14 94.69 477 0.54

30 4.7E-04 50 5 104.5 91.08 25 12.14 94.69 438 0.42

10 5.6E-04 50 5 104.5 90.31 25 10.03 94.69 528 0.65

20 5.6E-04 50 5 104.5 90.58 25 10.03 94.69 477 0.54

30 5.6E-04 50 5 104.5 91.08 25 10.03 94.69 438 0.42

10 3.5E-04 90 5 112.2 90.31 25 16.16 94.69 528 0.65

20 3.5E-04 90 5 112.2 90.58 25 16.16 94.69 477 0.54

30 3.5E-04 90 5 112.2 91.08 25 16.16 94.69 438 0.42

10 4.7E-04 90 5 112.2 90.31 25 12.14 94.69 528 0.65

20 4.7E-04 90 5 112.2 90.58 25 12.14 94.69 477 0.54

30 4.7E-04 90 5 112.2 91.08 25 12.14 94.69 438 0.42

10 5.6E-04 90 5 112.2 90.31 25 10.03 94.69 528 0.65

20 5.6E-04 90 5 112.2 90.58 25 10.03 94.69 477 0.54

30 5.6E-04 90 5 112.2 91.08 25 10.03 94.69 438 0.42

10 3.5E-04 150 5 121.94 90.31 25 16.16 94.69 528 0.65

20 3.5E-04 150 5 121.94 90.58 25 16.16 94.69 477 0.54

30 3.5E-04 150 5 121.94 91.08 25 16.16 94.69 438 0.42

10 4.7E-04 150 5 121.94 90.31 25 12.14 94.69 528 0.65

20 4.7E-04 150 5 121.94 90.58 25 12.14 94.69 477 0.54

30 4.7E-04 150 5 121.94 91.08 25 12.14 94.69 438 0.42

10 5.6E-04 150 5 121.94 90.31 25 10.03 94.69 528 0.65

20 5.6E-04 150 5 121.94 90.58 25 10.03 94.69 477 0.54

30 5.6E-04 150 5 121.94 91.08 25 10.03 94.69 438 0.42

10 3.5E-04 30 10 100.3 88.45 25 16.16 92.83 499 0.65

20 3.5E-04 30 10 100.3 88.72 25 16.16 92.83 452 0.54

30 3.5E-04 30 10 100.3 89.21 25 16.16 92.83 415 0.42

10 4.7E-04 30 10 100.3 88.45 25 12.14 92.83 499 0.65

20 4.7E-04 30 10 100.3 88.72 25 12.14 92.83 452 0.54

30 4.7E-04 30 10 100.3 89.21 25 12.14 92.83 415 0.42

10 5.6E-04 30 10 100.3 88.45 25 10.03 92.83 499 0.65

20 5.6E-04 30 10 100.3 88.72 25 10.03 92.83 452 0.54

30 5.6E-04 30 10 100.3 89.21 25 10.03 92.83 415 0.42

10 3.5E-04 50 10 104.5 88.45 25 16.16 92.83 499 0.65

20 3.5E-04 50 10 104.5 88.72 25 16.16 92.83 452 0.54

30 3.5E-04 50 10 104.5 89.21 25 16.16 92.83 415 0.42

10 4.7E-04 50 10 104.5 88.45 25 12.14 92.83 499 0.65

20 4.7E-04 50 10 104.5 88.72 25 12.14 92.83 452 0.54

30 4.7E-04 50 10 104.5 89.21 25 12.14 92.83 415 0.42

10 5.6E-04 50 10 104.5 88.45 25 10.03 92.83 499 0.65

20 5.6E-04 50 10 104.5 88.72 25 10.03 92.83 452 0.54

30 5.6E-04 50 10 104.5 89.21 25 10.03 92.83 415 0.42

10 3.5E-04 90 10 112.2 88.45 25 16.16 92.83 499 0.65

20 3.5E-04 90 10 112.2 88.72 25 16.16 92.83 452 0.54

30 3.5E-04 90 10 112.2 89.21 25 16.16 92.83 415 0.42

10 4.7E-04 90 10 112.2 88.45 25 12.14 92.83 499 0.65

20 4.7E-04 90 10 112.2 88.72 25 12.14 92.83 452 0.54

30 4.7E-04 90 10 112.2 89.21 25 12.14 92.83 415 0.42

10 5.6E-04 90 10 112.2 88.45 25 10.03 92.83 499 0.65

20 5.6E-04 90 10 112.2 88.72 25 10.03 92.83 452 0.54

30 5.6E-04 90 10 112.2 89.21 25 10.03 92.83 415 0.42

10 3.5E-04 150 10 121.94 88.45 25 16.16 92.83 499 0.65

20 3.5E-04 150 10 121.94 88.72 25 16.16 92.83 452 0.54

30 3.5E-04 150 10 121.94 89.21 25 16.16 92.83 415 0.42

10 4.7E-04 150 10 121.94 88.45 25 12.14 92.83 499 0.65

20 4.7E-04 150 10 121.94 88.72 25 12.14 92.83 452 0.54

30 4.7E-04 150 10 121.94 89.21 25 12.14 92.83 415 0.42

10 5.6E-04 150 10 121.94 88.45 25 10.03 92.83 499 0.65

20 5.6E-04 150 10 121.94 88.72 25 10.03 92.83 452 0.54

30 5.6E-04 150 10 121.94 89.21 25 10.03 92.83 415 0.42

10 3.5E-04 30 50 100.3 65.99 25 16.16 70.38 266 0.65

20 3.5E-04 30 50 100.3 66.26 25 16.16 70.38 248 0.54

30 3.5E-04 30 50 100.3 66.76 25 16.16 70.38 234 0.42

10 4.7E-04 30 50 100.3 65.99 25 12.14 70.38 266 0.65

20 4.7E-04 30 50 100.3 66.26 25 12.14 70.38 248 0.54

30 4.7E-04 30 50 100.3 66.76 25 12.14 70.38 234 0.42

10 5.6E-04 30 50 100.3 65.99 25 10.03 70.38 266 0.65

20 5.6E-04 30 50 100.3 66.26 25 10.03 70.38 248 0.54

30 5.6E-04 30 50 100.3 66.76 25 10.03 70.38 234 0.42

10 3.5E-04 50 50 104.5 65.99 25 16.16 70.38 266 0.65

20 3.5E-04 50 50 104.5 66.26 25 16.16 70.38 248 0.54

30 3.5E-04 50 50 104.5 66.76 25 16.16 70.38 234 0.42

10 4.7E-04 50 50 104.5 65.99 25 12.14 70.38 266 0.65

20 4.7E-04 50 50 104.5 66.26 25 12.14 70.38 248 0.54

30 4.7E-04 50 50 104.5 66.76 25 12.14 70.38 234 0.42

10 5.6E-04 50 50 104.5 65.99 25 10.03 70.38 266 0.65

20 5.6E-04 50 50 104.5 66.26 25 10.03 70.38 248 0.54

30 5.6E-04 50 50 104.5 66.76 25 10.03 70.38 234 0.42

10 3.5E-04 90 50 112.2 65.99 25 16.16 70.38 266 0.65

20 3.5E-04 90 50 112.2 66.26 25 16.16 70.38 248 0.54

30 3.5E-04 90 50 112.2 66.76 25 16.16 70.38 234 0.42

10 4.7E-04 90 50 112.2 65.99 25 12.14 70.38 266 0.65

20 4.7E-04 90 50 112.2 66.26 25 12.14 70.38 248 0.54

30 4.7E-04 90 50 112.2 66.76 25 12.14 70.38 234 0.42

10 5.6E-04 90 50 112.2 65.99 25 10.03 70.38 266 0.65

GRFICAS

0

0,5

1

1,5

2

2,5

10 20 30

VO

LUM

EN E

N T

AN

QU

E D

E C

ON

DEN

SAD

O (

m)

CONCENTRADO SOLUCIN INICIAL (Brix)

Concentrado Solucin Inicial vs Volumen Tanque de Condensado

Presin deVacio 50 kPa

Presin deVacio 10 kPa

Presin devacio 5kPa

20 5.6E-04 90 50 112.2 66.26 25 10.03 70.38 248 0.54

30 5.6E-04 90 50 112.2 66.76 25 10.03 70.38 234 0.42

10 3.5E-04 150 50 121.94 65.99 25 16.16 70.38 266 0.65

20 3.5E-04 150 50 121.94 66.26 25 16.16 70.38 248 0.54

30 3.5E-04 150 50 121.94 66.76 25 16.16 70.38 234 0.42

10 4.7E-04 150 50 121.94 65.99 25 12.14 70.38 266 0.65

20 4.7E-04 150 50 121.94 66.26 25 12.14 70.38 248 0.54

30 4.7E-04 150 50 121.94 66.76 25 12.14 70.38 234 0.42

10 5.6E-04 150 50 121.94 65.99 25 10.03 70.38 266 0.65

20 5.6E-04 150 50 121.94 66.26 25 10.03 70.38 248 0.54

30 5.6E-04 150 50 121.94 66.76 25 10.03 70.38 234 0.42

FRMULAS

La ecuacin es la siguiente:

= ( + ( 1 ) ( ) ( )) . (1)

Siendo,

200

250

300

350

400

450

500

550

10 20 30

TIEM

PO

DE

OP

ERA

CIO

N D

EL

CO

ND

ENSA

DO

R (

s)

CONCENTRADO SOLUCION INICIAL (Brix)

Concentrado Solucin Inicial vs Tiempo de Operacin Condensador

Presin devacio 5kPa

Presin deVacio 10kPaPresin deVacio 50kPa

89

1011121314151617

3,50E-044,70E-04

5,60E-04

TIE

MP

O D

E C

AR

GA

SO

LUC

ION

AL

EVA

PO

RA

DO

R (

min

)

CAUDAL DE JUGO (m3/s)

Tiempo de Carga Solucin al Evaporador vs Caudal de Jugo

Presin vaporCalentamiento 30kPa

Presin Vaporcalentamiento 50 kPa

Presin VaporCalentamiento 90 kPa

Presin VaporCalentamiento 150 kPa

ETo: evaporacin de referencia en [mm/da].

W: factor de ponderacin relativo a la temperatura

Rn: Radiacin neta, corresponde a la diferencia entre todos los ingresos y salidas de radiacin.

Expresada en equivalente [mm/da].

f (u): funcin relativa al viento medido a 2 metros de elevacin sobre el suelo.

( 1): Diferencia entre la presin de vapor de saturacin para la temperatura media del aire

y la presin de vapor actual en [mbar].

c: factor que compensa el efecto de las condiciones climticas del da y la noche, y se encuentra

tabulado para distintas condiciones meteorolgicas.

Al establecer los parmetros que definen la dimensin de los tubos de la calndria y del espacio

de llenado de solucin en el evaporador, y al tener seleccionados los valores de las variables de

entrada tenemos que:

Llevamos las presiones manomtricas a presin absolutas:

Pabsoluta = Pmanomtrica + Patmosfrica (1)

Pabsoluta de vaco = Patmosfrica - Pmanomtrica (2)

Teniendo estas dos presiones, determinamos su temperatura de saturacin, respectivamente, con

regresin sobre las tablas de vapor del agua.

Tsat, vapor = -0.0003*P2 + 0.2764*P + 74.267 (3)

Tsat, vaco, agua = -0.0042* P2 + 0.9394*P + 44.918 (4)

Ahora se determina la elevacin del punto de ebullicin para la concentracin inicial y final, al

hacer regresin polinomial sobre la grfica que nos da el libro de Kern en su grfica 14.34a:

ELEVACIN DEL PUNTO DE EBULLICION

Y se la sumamos a la temperatura de saturacin antes calculada, para tener una aproximacin

ms real de la temperatura de ebullicin. Ahora tomamos el valor de coeficiente de transferencia

de calor de diseo, que nos sugiere el libro de Kern en su apndice A, en la tabla 8. Y con este

valor y las temperaturas definidas anteriormente calculamos el calor al iniciar la evaporacin del

agua de la solucin y al terminar sta evaporacin, con:

Q = U.A.(Tv Tsln) (5)

Y al restar estos dos calores, obtenemos el calor transferido a la solucin para la evaporacin del

agua, teniendo en cuenta una prdida de calor del 10%.

Qefectivo = (Qo + Qf) * 0.9 (6)

Calculamos el calor latente de evaporizacin con la ecuacin obtenida de la regresin de los

datos de las tablas de vapor.

Con el cociente entre el calor sensible y el calor latente de vaporizacin, obtenemos el flujo de

vapor proveniente de la evaporacin.

Q/ = Flujo de vapor proveniente de la solucin = Fv (7)

Haciendo un balance de agua sobre el evaporador, tenemos:

Agua en solucin inicial = Agua en solucin final + Agua evaporada

Con de los tres trminos de la ecuacin de balance anterior estn determinados dos, de esta

forma:

Agua en solucin inicial = V. . (1 Xo) (8 y 9)

Agua en solucin final = V. . (1 Xf)

Despejando de (), el Agua evaporada, tenemos determinado el tiempo de operacin de la

siguiente forma:

Top =

(10)

ANLISIS

Segn los datos cuando se concentra una solucin, como la pulpa de guayaba, se debe aumentar

los grados Brix durante su concentracin; esto se logra evaporando parte del agua que contiene

la pulpa. A travs de un evaporador de tubos horizontales, la pulpa de guayaba se concentra

hasta obtener un producto de 66 Brix (66% de sacarosa y slidos disueltos y 34% de agua),

utilizando y evaluando el desempeo de un evaporador simple, y analizando los datos obtenidos

con pulpa de diferentes concentraciones como son 10, 20 y 30Brix, con diferentes caudales de

alimentacin al evaporador y diferentes presiones de vapor de calentamiento y de vaco en el

evaporador.

La temperatura en el fondo del evaporador, al tiempo t1 se mantuvo constante, es decir no

mostro ninguna variacin cada vez que se cambiaban los valores de cada una de las variables de

entrada, esto nos indica que sin importar como se trabaje el evaporador, esta temperatura

siempre permanecer constante durante todo el proceso.

Al trabajar con el mismo caudal de jugo o pulpa y las mismas presiones de vapor de

calentamiento y de vaco, la temperatura en el fondo del evaporador, al tiempo t2 se va

incrementando tambin; la temperatura de la cima del evaporador, el tiempo de carga de la

solucin al evaporador y la temperatura en el fondo del evaporador al tiempo t11, permanecen

constantes, pero el tiempo de operacin del condensador y el nivel de condensado disminuyen

debido a que si alimentamos el evaporador con una solucin ms concentrada, por lgica el

tiempo de trabajo ser menor lo mismo que el nivel de condensado.

La temperatura en el fondo del evaporador al tiempo t2, aumenta nicamente cuando aumenta la

concentracin del jugo que alimenta el evaporador. Estos valores vuelven y se repiten una y otra

vez, cada vez que aumentamos el caudal de alimentacin y la presin de vapor de calentamiento;

pero disminuye cuando aumentamos la presin de vaco en el evaporador, para ir incrementando

dentro de este nuevo rango al incrementar la concentracin del jugo o pulpa.

Al aumentar el caudal de alimentacin y se trabaja con los mismos parmetros anteriores, se

observa que se obtiene los mismos valores para todas las variables de salida menos para el

tiempo de carga de la solucin al evaporador, la cual disminuye con respecto a la anterior ya que

si el caudal de alimentacin al evaporador aumenta, el tiempo requerido para cargar el

evaporador con esta solucin ser por lgica menor, en pocas palabras, a mayor caudal menor

tiempo de carga.

Al trabajar con la misma presin de vapor de calentamiento, y utilizando diferentes valores para

las otras variables de entrada, siempre se obtiene el mismo resultado de temperatura de la cima

del evaporador, esta aumenta nicamente, a medida que aumentamos la presin de vapor de

calentamiento.

El tiempo de carga de la solucin al evaporador presenta valores de disminucin (disminuye)

nicamente cuando se aumenta el caudal de entrada de jugo o pulpa al evaporador. La

temperatura en el fondo del evaporador al tiempo t11 disminuye nicamente cuando se aumenta

la presin de vaco en el evaporador. El tiempo de operacin del condensador disminuye a

medida que se aumenta la concentracin en Brix del jugo o pulpa a concentrar en el evaporador

y cuando se aumenta la presin de vaco en el evaporador. Y el nivel del condensado disminuye

nicamente cuando aumentamos la concentracin en Brix del jugo o pulpa a concentrar.

CONCLUSIONES

Los grados Brix (smbolo Bx) sirven para determinar el cociente total de sacarosa

disuelta en un lquido. Una solucin de 25 Bx contiene 25 g de azcar (sacarosa) por

100 g de lquido. Dicho de otro modo, en 100 g de solucin hay 25 g de sacarosa y 75 g

de agua. La escala Brix se utiliza en el sector de alimentos, para medir la cantidad

aproximada de azcares en zumos de fruta, vino o bebidas suaves, y en la industria

azucarera. Para los zumos de fruta, un grado Brix indica cerca de 1-2% de azcar por

peso. Ya que los grados Brix son relativos al contenido de slidos disueltos (sobre todo

sacarosa) en un lquido, se refieren a la densidad del lquido.

En si para obtener un ptimo rendimiento con un evaporador simple de tubos

horizontales, entre ms concentrada est la solucin a concentrar en el evaporador menor

ser el tiempo que utilizaremos en evaporarla para obtener un concentrado mayor, por

ejemplo 66 Brix, y debemos trabajar con una presin tambin alta de vaco en el

evaporador.

Una pequea sntesis de la practica como algo terico se puede decir que un zumo tiene

una concentracin de slidos solubles disueltos de un grado Brix, cuando su ndice de

refraccin es igual al de una solucin de sacarosa al 1 % (p/v). Como los slidos no son

solamente sacarosa, sino que hay otros azcares, cidos y sales, un grado Brix no

equivale a una concentracin de slidos disueltos de 1g/10ml. Los grados Brix son, por

tanto, un ndice comercial, aproximado, de esta concentracin que se acepta

convencionalmente como si todos los slidos disueltos fueran sacarosa.

En esta prctica puedo concluir que esta operacin es unitaria ya que su finalidad es la

concentracin de una solucin, teniendo encuenta lo de la evaporacin, que consta de un

soluto no voltil y un solvente voltil sin llegar al secado. Consiste de un intercambiador

de calor capaz de hacer hervir la solucin, y un dispositivo para separa la fase vapor del

lquido. En procesos industriales se disean para la operacin continua.

PRACTICA 8:

DE CALOR DE DOBLE TUBO

Resumen

En el proceso de produccin de yogurt, en la etapa de pasterizacin; el fluido es bombeado

hacia un intercambiador de doble tubo para disminuir su temperatura hasta los 4C .Para el

fenmeno de transferencia de calor asociado con el yogurt generalmente se utiliza un

intercambiador de placas; sin embargo el intercambiador de doble tubo tambin puede cumplir

con esta funcin. En la presente prctica se analizara el funcionamiento de este tipo de

intercambiador en la etapa mencionada dentro de la produccin de yogurt.

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el funcionamiento de un intercambiador de calor de doble tubo.

Determinar el efecto que tiene sobre el desempeo de un intercambiador de calor el caudal de

fluido de proceso.

Determinar el coeficiente global de transferencia de calor para el intercambiador de calor.

Estimar el coeficiente de transferencia de calor para

act transmomentum grupo 211611-6-1

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