UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍAAGROINDUSTRIAL

Informe de laboratorioEvaporación a presión reducida

Presentado por:Montufar Canahua Paúl Plinio

Semestre:VIII

2010

PUNOUNA

CIE

NCIAS AGRARIAS

C

EVAPORACIÓN A PRESIÓN REDUCIDAI. INTRODUCCIÓN

En la presente práctica de laboratorio, se trata de realizar y determinar enforma experimental la concentración de un producto alimenticio, y además seevaluar los diversos parámetros de control del proceso de evaporación.Realizamos esta práctica de laboratorio para conocer también la parte prácticadel proceso de evaporación.

Los objetivos para esta práctica de laboratorio son: Conocer los equipos utilizados en la concentración de azúcar del alimento

mediante evaporación. Realizar y determinar en forma experimental la concentración de un

producto, y evaluar los diversos factores de control en el proceso deevaporación.

II. FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA2.1. Definición. Evaporación es una operación de la Ingeniería Quím ica, que

consiste en separar parcialmente el solvente de un la solución formadapor un soluto no volátil, calentando la solución hasta su temperatura deebullición. Su objetivo es concentrar soluciones, evaporando parte delsolvente: generalmente lo que se evapora es vapor de agua saturada, elcual al condensarse en una superficie metálica, transmite su calor latentea través de la pared metálica que separa el vapor de calentamiento de lasolución que se esta concentrando.

Otra definición dice que la evapo ración es una operación unitaria queconsiste en la adición de calor a una solución para evaporar el disolventeque por lo general es agua.

2.2. Evaporador. Se conoce por evaporador al intercambiador de calor quegenera la transferencia de energía térmica cont enida en el medioambiente hacia un gas refrigerante a baja temperatura y en proceso deevaporación. Este medio puede ser aire o agua.

Estos intercambiadores de calor se encuentran al interior de neveras,refrigeradores domésticos, cámaras de refrigeració n industrial, vitrinascomerciales para alimentos y un sinfín de aplicaciones en procesos parala industria de alimentos, así como en procesos químicos. De igualmanera, también se encuentran al interior una diversa gama de equiposde aire acondicionado. Es debido a esto que el evaporador tiene undiseño, tamaño y capacidad particular conforme la aplicación y cargatérmica.

El evaporador básicamente está compuesto de tres secciones principales;el intercambio de calor (calandrias), la sección de evaporació n, donde ellíquido ebulle y se evapora, y el separador en el que el vapor se separadel líquido, dirigiéndose hacia el condensador.

Por lo común la alimentación líquida a un evaporador es bastante diluidapor lo que su viscosidad es baja; y se opera con coeficiencia detransferencia de calor bastante alto. A medida que se verifica laevaporación, la solución se concentra y su viscosidad puede elevarsenotablemente, causando una marcada disminución del coeficiente detransferencia de calor.

Figura 1. Esquema de un evaporador de simple efecto

III. MATERIALES Y MÉTODO3.1. Materiales y equipos

Materias primas: jugo de maracuyá y juego de naranja. Evaporación Brixómetro Termómetro

3.2. Procedimiento

a) Se pesará la cantidad de jugo, y se realizará su conc entración(brixómetro) y la temperatura inicial.

b) Se encienda la bomba de vacío, y se abre la llave de entradade vapor a la superficie de calefacción.

c) Aprovechando el vacío existente se procede a introducir elproducto al evaporador mediante succión.

d) Se controla la presión de vacío y temperatura de trabnajo; y setomarán muestras para medir su concentración (ºBrix) enintervalos de tiempo que serán indicados por el jefe deprácticas.

e) Al final del prpceso, se cierra la llave de ingreso de vapor, seapaga la bomba de vacío y previo rompimiento de vacío, seprocede a descargar el producto concentrado, tomando el pesoy su concentración final.

3.3. CálculosBalance de Masa:a) Balance de sólidos:

Donde: xF, es la concentración inicialxL, es la concentración a los diferentes intervalos de

tiempo de concentraciónL, es el producto obtenido, correspondiente a la

concentración xL

xF = 0.10xL = 0.27L = 152.499 gramosF = 410.96 gramos

b) Formación de vapor:

c) Determinación de la cantidad de energ ía para evaporar (q):

Donde: Ce es el calor específico del producto antes de concentrar λ esel calor latente

De tabla de propiedades de alimentos tenemos:

Tipo de alimento % en agua pHCalor específico

kJ/kgºC*A *B

Calor latentekJ/kg

Naranja 87 3.2 – 3.8 3.77 1.93 288Zumo de naranja 89 3.9 - - -*A=por encima del punto de concentración; y *B=por debajo del punto de congelación

Como no existen valores de zumo de naranja, utilizamos los valores de naranja:Calculando:

1LF LxFx

2LFV

3VFy

latentesencible

VTTFCeq

QQq

gramosF

F

7473.411

27.0499.15210.0

purovapordeV

V

2483.259

499.1527473.411

kgkJ

CkgkJ gCCgq 2882483.259º18º7577.37473.411 º

kJq 1438.163

d) Determinación del coeficiente integral de transmisión de calor (U):

Donde: A es el área del intercambiador de calor.

Ahora después de calcular el valor de calor o energía utilizada para laevaporación; calculamos el valor de integral de tran smisión de calor:

e) Cantidad de vapor utilizando (S) para evaporar:

Luego, calculamos el valor de la cantidad de vapor utilizado paraevaporar:

f) Economía de vapor:

Finalmente calculamos la economía de vapor utilizada en laevaporación en el experimento:

IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1. ResultadosLos resultados obtenidos de la presente práctica experimental son lossiguientes:

Tabla 1. Datos de evaporación obtenidos en laboratorioDatos obtenidos

Alimentación (F) 411.7473 gramosCantidad de vapor puro (V) 259.2483

Energía para evaporar (q) 163.1438kJ

Coeficiente de transmisión de calor (U)

Cantidad de vapor utilizado (S) 0.5665kg

Economía de vapor (Ex) 0.4576Fuente: Propia .

4xs TTA

qU

s

qS

S

VEx

CCA

kJU

º18º75

1438.163

kgkJ

Skg

kJ5665.0

288

1438.163

4576.01000

1

5665.0

2483.259

g

kg

kg

g

S

VEx

En realidad se tiene que realizar dos grá ficos; de la velocidad de concentraciónen función al tiempo; y la velocidad de la formación de vapor en función deltiempo. Pero no se realizaron lecturas a tiempos determinados, sólo se hizo doslecturas, una al inicio del experimento y otra al final.

V. CONCLUSIONES Se utilizó equipos, pero no eran los que realmente deben ser utilizados en el

experimento de evaporación, además no se cuenta con un evaporador en ellaboratorio.

Se determinó en forma experimental la concentración del zumo de naranjausando el brixómetro; y también los parámetros de los factores de control enel proceso de evaporación.

VI. BIBLIOGRAFÍAChristie J. Geankoplis, 1998, Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias,

Tercera edición, Editorial CECSA, México.

Sharma, Mulvaney y Rivzi, 2003, Ingeniería de los Alimentos Opareaionesunitarias y Prácticas de Laboratorio. Editorial Limusa, México.

George D. Hayes, 1992, Manual de datos para Ingeniería de los Alimentos,Editorial Acribia, Zaragoza - España.

Coloma P. Alejandro y Aro A. Jua n M., 2005, Prácticas de Laboratorio deIngeniería Agroindustrial, Universidad Nacional del Altiplano, Puno Perú.