OPERACIONES UNITARIAS
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DESCRIPCION DE LAS PRINCIPALES OPERACIONES UNITARIAS DE LAS COMPAÑIAS VISITADAS EN LA PRÁCTICA REALIZADA AL VALLE DEL CAUCA EDITH MILENA PATIÑO LEÓN 201210120 KAREN DANIELA MARTÍNEZ ALBARRACÍN 2012101272 LILIANA PATRICIA AGUIRRE MONROY 201210889 NANCY RUBIELA GONZALEZ RIVEROS 201210299 LUIS ANGEL DIAZ MORALES 201210220 YESIKA ALEJANDRA RONDEROS ALBARRACÍN 201211592 YESIKA FERNANDA GONZÁLEZ MELO 201211917 UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA SEDE SECCIONAL SOGAMOSO PROCESOS INDUSTRIALES INGENIERIA INDUSTRIAL 2014
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Documento de procesos industriales en cada una de las empresas
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DESCRIPCION DE LAS PRINCIPALES OPERACIONES UNITARIAS DE LAS
COMPANtildeIAS VISITADAS EN LA PRAacuteCTICA REALIZADA AL VALLE DEL CAUCA
EDITH MILENA PATINtildeO LEOacuteN
201210120
KAREN DANIELA MARTIacuteNEZ ALBARRACIacuteN
2012101272
LILIANA PATRICIA AGUIRRE MONROY
201210889
NANCY RUBIELA GONZALEZ RIVEROS
201210299
LUIS ANGEL DIAZ MORALES
201210220
YESIKA ALEJANDRA RONDEROS ALBARRACIacuteN
201211592
YESIKA FERNANDA GONZAacuteLEZ MELO
201211917
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
SEDE SECCIONAL SOGAMOSO
PROCESOS INDUSTRIALES
INGENIERIA INDUSTRIAL
2014
DESCRIPCION DE LAS PRINCIPALES OPERACIONES UNITARIAS DE LAS
COMPANtildeIAS VISITADAS EN LA PRAacuteCTICA REALIZADA AL VALLE DEL CAUCA
EDITH MILENA PATINtildeO LEOacuteN
201210120
KAREN DANIELA MARTIacuteNEZ ALBARRACIacuteN
2012101272
LILIANA PATRICIA AGUIRRE MONROY
201210889
NANCY RUBIELA GONZALEZ RIVEROS
201210299
LUIS ANGEL DIAZ MORALES
201210220
YESIKA ALEJANDRA RONDEROS ALBARRACIacuteN
201211592
YESIKA FERNANDA GONZAacuteLEZ MELO
201211917
PRESENTADO A
ING ISNARDO ANTONIO GRANDAS RINCON
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
SEDE SECCIONAL SOGAMOSO
PROCESOS INDUSTRIALES
INGENIERIA INDUSTRIAL
2014
CONCENTRADOS ALFA
Proceso de transferencia de calor por conduccioacuten
La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de calor en solidos
homogeacuteneos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto de la radiacioacuten es despreciable
a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas electromagneacuteticas
Para entender este proceso se aplica la ley baacutesica de conduccioacuten la cual dice que la relacioacuten
baacutesica del flujo de calor es la proporcionalidad existente entre el flujo de calor y el gradiente
de temperatura (Ley de Fourier) la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional
119889119902
119889119860= minus119870
119889119879
119889119909
Siendo
q = velocidad de flujo de calor en direccioacuten normal a la superficie
A= aacuterea de la superficie
T= temperatura
X= distancia medida en direccioacuten normal a la superficie
K= conductividad teacutermica
DESCRIPCIOacuteN
La alimentacioacuten animal es uno de los aspectos centrales de la produccioacuten agropecuaria
dada la influencia que esta tiene en la productividad costos sanidad e impacto ambiental
La produccioacuten de alimentos concentrados es ademaacutes es un eslaboacuten que une la actividad
agriacutecola con la produccioacuten pecuaria dentro de la cadena cereales ndash alimentos La
produccioacuten de alimentos concentrados para animales estaacute conformado por operaciones
unitarias relacionadas con el almacenamiento transporte molienda y mezcla de las
materias primas - siendo esta uacuteltima la operacioacuten central del proceso El alimento mezclado
se comercializa como pelets o pastillas para el consumo de cerdos El proceso requiere de
un estricto control de calidad en relacioacuten con el contenido de micotoxinas presentes en las
materias primas y los productos terminados que son materiales propicios para el
crecimiento de hongos y cuya presencia puede afectar la salud de los animales que
consumen el alimento concentrado
MOLIENDA
El concentrado enteros y algunos afrechos deben ser sometidos a un proceso de reduccioacuten
de tamantildeo o molienda con el fin de garantizar un tamantildeo de partiacutecula adecuado y
homogeacuteneo de los componentes del producto final Si las partiacuteculas son muy gruesas
especialmente los granos - su digestioacuten seraacute maacutes difiacutecil y probablemente se encuentre un
gran nuacutemero de eacutestos en las excretas de los animales lo que representa un gran
desperdicio acompantildeado de una de menor conversioacuten del alimento y de mayor generacioacuten
de residuos al mismo tiempo por el contrario un tamantildeo de partiacutecula en extremo reducido
implica un consumo innecesario de energiacutea y mayores peacuterdidas de finos
ENFRIAMIENTO Los pelets deben ser enfriados antes de su empaque para lograr su estabilidad y evitar que el producto respire una vez en su empaque El enfriamiento se realiza con aire que fluye transversalmente al paso de los pelets dentro de un enfriador continuo El peletizador es un equipo que inyecta vapor e imprime presioacuten a una mezcla molida de
diversos componentes haciendo que eacutesta se aglomere formando partiacuteculas maacutes grandes
con tamantildeos que van desde 1 a 10 mm El peletizador se compone de un alimentador un
acondicionador donde se inyecta el vapor y una zona de matriz y rodillos donde se ejerce
la presioacuten sobre el alimento y se le da la forma de pelets o pastillas
En la matriz de compresioacuten se introduce un anillo de acero o un recipiente de aluminio
Luego se llena eacutesta con la muestra empleando un embudo El anillo de acero con la muestra
se coloca debajo de la placa de presioacuten y el proceso de prensado es iniciado Durante la
fase de incremento de la fuerza aplicada el polvo es comprimido cada vez maacutes hasta
alcanzar la densidad del material soacutelido
El aire intersticial entre las partiacuteculas del polvo inicial puede ser eliminado por completo lo
que aumenta la estabilidad del comprimido La fuerza de compresioacuten maacutexima debe ser
mantenida por un tiempo determinado para que haya completa cohesioacuten entre las partiacuteculas
y el comprimido alcance un maacuteximo de solidez mecaacutenica
Durante el prensado del comprimido el movimiento axial de las partiacuteculas en el anillo
genera fuerzas de friccioacuten que a su vez son responsables de la formacioacuten de un estado de
esfuerzo multiaxial Por esta razoacuten es de vital importancia que el decrecimiento de la fuerza
se realice de manera uniforme ya que si la fuerza deja de actuar repentinamente sobre el
comprimido eacuteste puede deshacerse
Los fluido del proceso y servicio ingresan a traveacutes de los boquillas de la placa fija
Avanzando a traveacutes de los conductos formados por los puertos de las placas alineados
accediendo alternamente al pasaje en estas El calor se transfiere desde el fluido caliente
el fluido frio atravesando transversalmente las placas
Los intercambiadores pueden configurarse para funcionar en contracorriente o paralelo y
el paso atreves de los intersticios entre placas puede ser en serie o en paralelo
ECUACIONES DE DISENtildeO
Balances de energiacutea
Diferencia media logariacutetmica de temperaturas
Ecuacioacuten de Fourier
Coeficiente global de transferencia de calor
Coeficiente de peliacutecula
Nuacutemero de Nusselt
Nuacutemero de Reynolds
Nomenclatura
Velocidad de sedimentacioacuten de una particula por accioacuten de la gravedad [L]
Diaacutemetro de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [L]
Densidad de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [ML3]
Aceleracioacuten de la gravedad 98 ms2 [Lt2]
Viscosidad de la suspensioacuten [MLt]
Factor sigma de Ambler [L2]
Velocidad de rotacioacuten de la centriacutefuga [1t]
Nuacutemero de platos de la centriacutefuga
Radio interno de los platos [L]
Radio externo de los platos [L]
Aacutengulo de los platos con relacioacuten al eje vertical
Caudal de disentildeo de la centriacutefuga [L3t]
Consiste en un tornillo helicoidal rotatorio de
acero inoxidable cuyo movimiento rotatorio
hace avanzar el material a traveacutes de un canal
o cilindro cuyas paredes no roza El tornillo
va propulsado por un motor mediante
engranajes o una cadena Los
transportadores de tornillo son compactos
exigen una caacutemara de carga pequentildea y no
precisan mecanismos de retorno Sirven
para producto secos en masa y semisoacutelidos no abrasivos Pueden transportar en forma
horizontal vertical o inclinada El tiempo de permanencia depende de la longitud y velocidad
de tornillo Adicionalmente puede ser dotado de una espiral normal doble o triple seguacuten la
exigencia de la instalacioacuten para el manejo de varios materiales o la distribucioacuten de material
a diferentes puntos
BIBLIOGRAFIA
OPERACIONES UNITARIAS POSTOBON SA
Postobon SA es la Compantildeiacutea liacuteder del negocio de bebidas no alcohoacutelicas en Colombia
liderando la innovacioacuten y el desarrollo con las marcas y el portafolio mejor desarrollado en
el paiacutes
Las diversas operaciones unitarias pueden clasificarse en tres procesos fundamentales de
transferencia (o de transporte) transferencia de iacutempetu transferencia de calor y
transferencia de masa El proceso fundamental de la transferencia iacutempetu existe en las
operaciones unitarias de flujo de fluidos mezclado sedimentacioacuten y filtracioacuten La
transmisioacuten de calor se presenta en la transferencia conductiva y convectiva del calor en
la evaporacioacuten la destilacioacuten y el secado El tercer proceso fundamental de transferencia
esto es la transferencia de masa interviene en la destilacioacuten absorcioacuten secado y
extraccioacuten liquido-liquido Cuando se estaacute trasfiriendo masa de una fase a otra o a traveacutes
de una sola fase el mecanismo baacutesico es el mismo ya sea que se trate de gases liacutequidos
y soacutelidos Esto tambieacuten ocurre en la trasferencia de calor en la cual el trasporte de calor
por conduccioacuten obedece la ley de Fourier en gases liacutequidos y soacutelidos
Se han seleccionado aleatoriamente 2 operaciones unitarias implementadas en la planta
de elaboracioacuten de bebidas no alcohoacutelicas La primera operacioacuten unitaria que se explicara
corresponde a la pasteurizacioacuten de los jugos neacutectares y refrescos donde interviene la
trasferencia de calor y la ley de Fourier
La segunda operacioacuten unitaria hace referencia a la carbonatacioacuten de las gaseosas
indagando el efecto de la temperatura y la presioacuten en la solubilidad del bioacutexido de carbono
ademaacutes de la trasferencia de masa (absorcioacuten) llevada a cabo en el proceso
PROCESO DE PASTEURIZACION DE LOS JUGOS Y NECTARES
Los jugos elaborados en Postobon SA contienen diferentes insumos para su correcta
elaboracioacuten Principalmente se encuentra constituidos por agua azucares y pulpa de fruta
La pulpa es uno de los componentes maacutes importantes de los jugos es la parte comestible
de las frutas o el producto obtenido de la separacioacuten de las partes comestibles carnosas de
las frutas mediante procesos tecnoloacutegicos adecuados
Para garantizar la inocuidad de los jugos se hace necesario llevar a cabo un proceso que
reduzca la cantidad de micro- organismos patoacutegenos que puedan alterar las propiedades
fiacutesicas y quiacutemicas del producto Mediante la implementacioacuten de la pasteurizacioacuten en el
proceso de elaboracioacuten de las distintas variedades de jugos se logra reducir draacutesticamente
los agentes bioloacutegicos e infecciosos que degradan y deterioran los productos La
pasteurizacioacuten es el tratamiento de calor (conduccioacuten) para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estanteriacutea deseada para la bebida
Para poder llevar a cabo un tratamiento teacutermico sobre un alimento se debe conocer
Las propiedades teacutermicas del propio alimento calor especiacutefico calor latente conductividad
teacutermica los mecanismos de transmisioacuten del calor involucrados en el tratamiento
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
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Principios de Operaciones Unitarias Segunda Edicioacuten Deacutecima Reimpresioacuten
Compantildeiacutea Editorial Continental Meacutexico 2006 Paacuteg 463 ndash 464
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httpcentrodeartigoscomarticulos-para-saber-masarticle_46114html
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
DESCRIPCION DE LAS PRINCIPALES OPERACIONES UNITARIAS DE LAS
COMPANtildeIAS VISITADAS EN LA PRAacuteCTICA REALIZADA AL VALLE DEL CAUCA
EDITH MILENA PATINtildeO LEOacuteN
201210120
KAREN DANIELA MARTIacuteNEZ ALBARRACIacuteN
2012101272
LILIANA PATRICIA AGUIRRE MONROY
201210889
NANCY RUBIELA GONZALEZ RIVEROS
201210299
LUIS ANGEL DIAZ MORALES
201210220
YESIKA ALEJANDRA RONDEROS ALBARRACIacuteN
201211592
YESIKA FERNANDA GONZAacuteLEZ MELO
201211917
PRESENTADO A
ING ISNARDO ANTONIO GRANDAS RINCON
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
SEDE SECCIONAL SOGAMOSO
PROCESOS INDUSTRIALES
INGENIERIA INDUSTRIAL
2014
CONCENTRADOS ALFA
Proceso de transferencia de calor por conduccioacuten
La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de calor en solidos
homogeacuteneos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto de la radiacioacuten es despreciable
a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas electromagneacuteticas
Para entender este proceso se aplica la ley baacutesica de conduccioacuten la cual dice que la relacioacuten
baacutesica del flujo de calor es la proporcionalidad existente entre el flujo de calor y el gradiente
de temperatura (Ley de Fourier) la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional
119889119902
119889119860= minus119870
119889119879
119889119909
Siendo
q = velocidad de flujo de calor en direccioacuten normal a la superficie
A= aacuterea de la superficie
T= temperatura
X= distancia medida en direccioacuten normal a la superficie
K= conductividad teacutermica
DESCRIPCIOacuteN
La alimentacioacuten animal es uno de los aspectos centrales de la produccioacuten agropecuaria
dada la influencia que esta tiene en la productividad costos sanidad e impacto ambiental
La produccioacuten de alimentos concentrados es ademaacutes es un eslaboacuten que une la actividad
agriacutecola con la produccioacuten pecuaria dentro de la cadena cereales ndash alimentos La
produccioacuten de alimentos concentrados para animales estaacute conformado por operaciones
unitarias relacionadas con el almacenamiento transporte molienda y mezcla de las
materias primas - siendo esta uacuteltima la operacioacuten central del proceso El alimento mezclado
se comercializa como pelets o pastillas para el consumo de cerdos El proceso requiere de
un estricto control de calidad en relacioacuten con el contenido de micotoxinas presentes en las
materias primas y los productos terminados que son materiales propicios para el
crecimiento de hongos y cuya presencia puede afectar la salud de los animales que
consumen el alimento concentrado
MOLIENDA
El concentrado enteros y algunos afrechos deben ser sometidos a un proceso de reduccioacuten
de tamantildeo o molienda con el fin de garantizar un tamantildeo de partiacutecula adecuado y
homogeacuteneo de los componentes del producto final Si las partiacuteculas son muy gruesas
especialmente los granos - su digestioacuten seraacute maacutes difiacutecil y probablemente se encuentre un
gran nuacutemero de eacutestos en las excretas de los animales lo que representa un gran
desperdicio acompantildeado de una de menor conversioacuten del alimento y de mayor generacioacuten
de residuos al mismo tiempo por el contrario un tamantildeo de partiacutecula en extremo reducido
implica un consumo innecesario de energiacutea y mayores peacuterdidas de finos
ENFRIAMIENTO Los pelets deben ser enfriados antes de su empaque para lograr su estabilidad y evitar que el producto respire una vez en su empaque El enfriamiento se realiza con aire que fluye transversalmente al paso de los pelets dentro de un enfriador continuo El peletizador es un equipo que inyecta vapor e imprime presioacuten a una mezcla molida de
diversos componentes haciendo que eacutesta se aglomere formando partiacuteculas maacutes grandes
con tamantildeos que van desde 1 a 10 mm El peletizador se compone de un alimentador un
acondicionador donde se inyecta el vapor y una zona de matriz y rodillos donde se ejerce
la presioacuten sobre el alimento y se le da la forma de pelets o pastillas
En la matriz de compresioacuten se introduce un anillo de acero o un recipiente de aluminio
Luego se llena eacutesta con la muestra empleando un embudo El anillo de acero con la muestra
se coloca debajo de la placa de presioacuten y el proceso de prensado es iniciado Durante la
fase de incremento de la fuerza aplicada el polvo es comprimido cada vez maacutes hasta
alcanzar la densidad del material soacutelido
El aire intersticial entre las partiacuteculas del polvo inicial puede ser eliminado por completo lo
que aumenta la estabilidad del comprimido La fuerza de compresioacuten maacutexima debe ser
mantenida por un tiempo determinado para que haya completa cohesioacuten entre las partiacuteculas
y el comprimido alcance un maacuteximo de solidez mecaacutenica
Durante el prensado del comprimido el movimiento axial de las partiacuteculas en el anillo
genera fuerzas de friccioacuten que a su vez son responsables de la formacioacuten de un estado de
esfuerzo multiaxial Por esta razoacuten es de vital importancia que el decrecimiento de la fuerza
se realice de manera uniforme ya que si la fuerza deja de actuar repentinamente sobre el
comprimido eacuteste puede deshacerse
Los fluido del proceso y servicio ingresan a traveacutes de los boquillas de la placa fija
Avanzando a traveacutes de los conductos formados por los puertos de las placas alineados
accediendo alternamente al pasaje en estas El calor se transfiere desde el fluido caliente
el fluido frio atravesando transversalmente las placas
Los intercambiadores pueden configurarse para funcionar en contracorriente o paralelo y
el paso atreves de los intersticios entre placas puede ser en serie o en paralelo
ECUACIONES DE DISENtildeO
Balances de energiacutea
Diferencia media logariacutetmica de temperaturas
Ecuacioacuten de Fourier
Coeficiente global de transferencia de calor
Coeficiente de peliacutecula
Nuacutemero de Nusselt
Nuacutemero de Reynolds
Nomenclatura
Velocidad de sedimentacioacuten de una particula por accioacuten de la gravedad [L]
Diaacutemetro de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [L]
Densidad de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [ML3]
Aceleracioacuten de la gravedad 98 ms2 [Lt2]
Viscosidad de la suspensioacuten [MLt]
Factor sigma de Ambler [L2]
Velocidad de rotacioacuten de la centriacutefuga [1t]
Nuacutemero de platos de la centriacutefuga
Radio interno de los platos [L]
Radio externo de los platos [L]
Aacutengulo de los platos con relacioacuten al eje vertical
Caudal de disentildeo de la centriacutefuga [L3t]
Consiste en un tornillo helicoidal rotatorio de
acero inoxidable cuyo movimiento rotatorio
hace avanzar el material a traveacutes de un canal
o cilindro cuyas paredes no roza El tornillo
va propulsado por un motor mediante
engranajes o una cadena Los
transportadores de tornillo son compactos
exigen una caacutemara de carga pequentildea y no
precisan mecanismos de retorno Sirven
para producto secos en masa y semisoacutelidos no abrasivos Pueden transportar en forma
horizontal vertical o inclinada El tiempo de permanencia depende de la longitud y velocidad
de tornillo Adicionalmente puede ser dotado de una espiral normal doble o triple seguacuten la
exigencia de la instalacioacuten para el manejo de varios materiales o la distribucioacuten de material
a diferentes puntos
BIBLIOGRAFIA
OPERACIONES UNITARIAS POSTOBON SA
Postobon SA es la Compantildeiacutea liacuteder del negocio de bebidas no alcohoacutelicas en Colombia
liderando la innovacioacuten y el desarrollo con las marcas y el portafolio mejor desarrollado en
el paiacutes
Las diversas operaciones unitarias pueden clasificarse en tres procesos fundamentales de
transferencia (o de transporte) transferencia de iacutempetu transferencia de calor y
transferencia de masa El proceso fundamental de la transferencia iacutempetu existe en las
operaciones unitarias de flujo de fluidos mezclado sedimentacioacuten y filtracioacuten La
transmisioacuten de calor se presenta en la transferencia conductiva y convectiva del calor en
la evaporacioacuten la destilacioacuten y el secado El tercer proceso fundamental de transferencia
esto es la transferencia de masa interviene en la destilacioacuten absorcioacuten secado y
extraccioacuten liquido-liquido Cuando se estaacute trasfiriendo masa de una fase a otra o a traveacutes
de una sola fase el mecanismo baacutesico es el mismo ya sea que se trate de gases liacutequidos
y soacutelidos Esto tambieacuten ocurre en la trasferencia de calor en la cual el trasporte de calor
por conduccioacuten obedece la ley de Fourier en gases liacutequidos y soacutelidos
Se han seleccionado aleatoriamente 2 operaciones unitarias implementadas en la planta
de elaboracioacuten de bebidas no alcohoacutelicas La primera operacioacuten unitaria que se explicara
corresponde a la pasteurizacioacuten de los jugos neacutectares y refrescos donde interviene la
trasferencia de calor y la ley de Fourier
La segunda operacioacuten unitaria hace referencia a la carbonatacioacuten de las gaseosas
indagando el efecto de la temperatura y la presioacuten en la solubilidad del bioacutexido de carbono
ademaacutes de la trasferencia de masa (absorcioacuten) llevada a cabo en el proceso
PROCESO DE PASTEURIZACION DE LOS JUGOS Y NECTARES
Los jugos elaborados en Postobon SA contienen diferentes insumos para su correcta
elaboracioacuten Principalmente se encuentra constituidos por agua azucares y pulpa de fruta
La pulpa es uno de los componentes maacutes importantes de los jugos es la parte comestible
de las frutas o el producto obtenido de la separacioacuten de las partes comestibles carnosas de
las frutas mediante procesos tecnoloacutegicos adecuados
Para garantizar la inocuidad de los jugos se hace necesario llevar a cabo un proceso que
reduzca la cantidad de micro- organismos patoacutegenos que puedan alterar las propiedades
fiacutesicas y quiacutemicas del producto Mediante la implementacioacuten de la pasteurizacioacuten en el
proceso de elaboracioacuten de las distintas variedades de jugos se logra reducir draacutesticamente
los agentes bioloacutegicos e infecciosos que degradan y deterioran los productos La
pasteurizacioacuten es el tratamiento de calor (conduccioacuten) para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estanteriacutea deseada para la bebida
Para poder llevar a cabo un tratamiento teacutermico sobre un alimento se debe conocer
Las propiedades teacutermicas del propio alimento calor especiacutefico calor latente conductividad
teacutermica los mecanismos de transmisioacuten del calor involucrados en el tratamiento
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
CONCENTRADOS ALFA
Proceso de transferencia de calor por conduccioacuten
La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de calor en solidos
homogeacuteneos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto de la radiacioacuten es despreciable
a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas electromagneacuteticas
Para entender este proceso se aplica la ley baacutesica de conduccioacuten la cual dice que la relacioacuten
baacutesica del flujo de calor es la proporcionalidad existente entre el flujo de calor y el gradiente
de temperatura (Ley de Fourier) la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional
119889119902
119889119860= minus119870
119889119879
119889119909
Siendo
q = velocidad de flujo de calor en direccioacuten normal a la superficie
A= aacuterea de la superficie
T= temperatura
X= distancia medida en direccioacuten normal a la superficie
K= conductividad teacutermica
DESCRIPCIOacuteN
La alimentacioacuten animal es uno de los aspectos centrales de la produccioacuten agropecuaria
dada la influencia que esta tiene en la productividad costos sanidad e impacto ambiental
La produccioacuten de alimentos concentrados es ademaacutes es un eslaboacuten que une la actividad
agriacutecola con la produccioacuten pecuaria dentro de la cadena cereales ndash alimentos La
produccioacuten de alimentos concentrados para animales estaacute conformado por operaciones
unitarias relacionadas con el almacenamiento transporte molienda y mezcla de las
materias primas - siendo esta uacuteltima la operacioacuten central del proceso El alimento mezclado
se comercializa como pelets o pastillas para el consumo de cerdos El proceso requiere de
un estricto control de calidad en relacioacuten con el contenido de micotoxinas presentes en las
materias primas y los productos terminados que son materiales propicios para el
crecimiento de hongos y cuya presencia puede afectar la salud de los animales que
consumen el alimento concentrado
MOLIENDA
El concentrado enteros y algunos afrechos deben ser sometidos a un proceso de reduccioacuten
de tamantildeo o molienda con el fin de garantizar un tamantildeo de partiacutecula adecuado y
homogeacuteneo de los componentes del producto final Si las partiacuteculas son muy gruesas
especialmente los granos - su digestioacuten seraacute maacutes difiacutecil y probablemente se encuentre un
gran nuacutemero de eacutestos en las excretas de los animales lo que representa un gran
desperdicio acompantildeado de una de menor conversioacuten del alimento y de mayor generacioacuten
de residuos al mismo tiempo por el contrario un tamantildeo de partiacutecula en extremo reducido
implica un consumo innecesario de energiacutea y mayores peacuterdidas de finos
ENFRIAMIENTO Los pelets deben ser enfriados antes de su empaque para lograr su estabilidad y evitar que el producto respire una vez en su empaque El enfriamiento se realiza con aire que fluye transversalmente al paso de los pelets dentro de un enfriador continuo El peletizador es un equipo que inyecta vapor e imprime presioacuten a una mezcla molida de
diversos componentes haciendo que eacutesta se aglomere formando partiacuteculas maacutes grandes
con tamantildeos que van desde 1 a 10 mm El peletizador se compone de un alimentador un
acondicionador donde se inyecta el vapor y una zona de matriz y rodillos donde se ejerce
la presioacuten sobre el alimento y se le da la forma de pelets o pastillas
En la matriz de compresioacuten se introduce un anillo de acero o un recipiente de aluminio
Luego se llena eacutesta con la muestra empleando un embudo El anillo de acero con la muestra
se coloca debajo de la placa de presioacuten y el proceso de prensado es iniciado Durante la
fase de incremento de la fuerza aplicada el polvo es comprimido cada vez maacutes hasta
alcanzar la densidad del material soacutelido
El aire intersticial entre las partiacuteculas del polvo inicial puede ser eliminado por completo lo
que aumenta la estabilidad del comprimido La fuerza de compresioacuten maacutexima debe ser
mantenida por un tiempo determinado para que haya completa cohesioacuten entre las partiacuteculas
y el comprimido alcance un maacuteximo de solidez mecaacutenica
Durante el prensado del comprimido el movimiento axial de las partiacuteculas en el anillo
genera fuerzas de friccioacuten que a su vez son responsables de la formacioacuten de un estado de
esfuerzo multiaxial Por esta razoacuten es de vital importancia que el decrecimiento de la fuerza
se realice de manera uniforme ya que si la fuerza deja de actuar repentinamente sobre el
comprimido eacuteste puede deshacerse
Los fluido del proceso y servicio ingresan a traveacutes de los boquillas de la placa fija
Avanzando a traveacutes de los conductos formados por los puertos de las placas alineados
accediendo alternamente al pasaje en estas El calor se transfiere desde el fluido caliente
el fluido frio atravesando transversalmente las placas
Los intercambiadores pueden configurarse para funcionar en contracorriente o paralelo y
el paso atreves de los intersticios entre placas puede ser en serie o en paralelo
ECUACIONES DE DISENtildeO
Balances de energiacutea
Diferencia media logariacutetmica de temperaturas
Ecuacioacuten de Fourier
Coeficiente global de transferencia de calor
Coeficiente de peliacutecula
Nuacutemero de Nusselt
Nuacutemero de Reynolds
Nomenclatura
Velocidad de sedimentacioacuten de una particula por accioacuten de la gravedad [L]
Diaacutemetro de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [L]
Densidad de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [ML3]
Aceleracioacuten de la gravedad 98 ms2 [Lt2]
Viscosidad de la suspensioacuten [MLt]
Factor sigma de Ambler [L2]
Velocidad de rotacioacuten de la centriacutefuga [1t]
Nuacutemero de platos de la centriacutefuga
Radio interno de los platos [L]
Radio externo de los platos [L]
Aacutengulo de los platos con relacioacuten al eje vertical
Caudal de disentildeo de la centriacutefuga [L3t]
Consiste en un tornillo helicoidal rotatorio de
acero inoxidable cuyo movimiento rotatorio
hace avanzar el material a traveacutes de un canal
o cilindro cuyas paredes no roza El tornillo
va propulsado por un motor mediante
engranajes o una cadena Los
transportadores de tornillo son compactos
exigen una caacutemara de carga pequentildea y no
precisan mecanismos de retorno Sirven
para producto secos en masa y semisoacutelidos no abrasivos Pueden transportar en forma
horizontal vertical o inclinada El tiempo de permanencia depende de la longitud y velocidad
de tornillo Adicionalmente puede ser dotado de una espiral normal doble o triple seguacuten la
exigencia de la instalacioacuten para el manejo de varios materiales o la distribucioacuten de material
a diferentes puntos
BIBLIOGRAFIA
OPERACIONES UNITARIAS POSTOBON SA
Postobon SA es la Compantildeiacutea liacuteder del negocio de bebidas no alcohoacutelicas en Colombia
liderando la innovacioacuten y el desarrollo con las marcas y el portafolio mejor desarrollado en
el paiacutes
Las diversas operaciones unitarias pueden clasificarse en tres procesos fundamentales de
transferencia (o de transporte) transferencia de iacutempetu transferencia de calor y
transferencia de masa El proceso fundamental de la transferencia iacutempetu existe en las
operaciones unitarias de flujo de fluidos mezclado sedimentacioacuten y filtracioacuten La
transmisioacuten de calor se presenta en la transferencia conductiva y convectiva del calor en
la evaporacioacuten la destilacioacuten y el secado El tercer proceso fundamental de transferencia
esto es la transferencia de masa interviene en la destilacioacuten absorcioacuten secado y
extraccioacuten liquido-liquido Cuando se estaacute trasfiriendo masa de una fase a otra o a traveacutes
de una sola fase el mecanismo baacutesico es el mismo ya sea que se trate de gases liacutequidos
y soacutelidos Esto tambieacuten ocurre en la trasferencia de calor en la cual el trasporte de calor
por conduccioacuten obedece la ley de Fourier en gases liacutequidos y soacutelidos
Se han seleccionado aleatoriamente 2 operaciones unitarias implementadas en la planta
de elaboracioacuten de bebidas no alcohoacutelicas La primera operacioacuten unitaria que se explicara
corresponde a la pasteurizacioacuten de los jugos neacutectares y refrescos donde interviene la
trasferencia de calor y la ley de Fourier
La segunda operacioacuten unitaria hace referencia a la carbonatacioacuten de las gaseosas
indagando el efecto de la temperatura y la presioacuten en la solubilidad del bioacutexido de carbono
ademaacutes de la trasferencia de masa (absorcioacuten) llevada a cabo en el proceso
PROCESO DE PASTEURIZACION DE LOS JUGOS Y NECTARES
Los jugos elaborados en Postobon SA contienen diferentes insumos para su correcta
elaboracioacuten Principalmente se encuentra constituidos por agua azucares y pulpa de fruta
La pulpa es uno de los componentes maacutes importantes de los jugos es la parte comestible
de las frutas o el producto obtenido de la separacioacuten de las partes comestibles carnosas de
las frutas mediante procesos tecnoloacutegicos adecuados
Para garantizar la inocuidad de los jugos se hace necesario llevar a cabo un proceso que
reduzca la cantidad de micro- organismos patoacutegenos que puedan alterar las propiedades
fiacutesicas y quiacutemicas del producto Mediante la implementacioacuten de la pasteurizacioacuten en el
proceso de elaboracioacuten de las distintas variedades de jugos se logra reducir draacutesticamente
los agentes bioloacutegicos e infecciosos que degradan y deterioran los productos La
pasteurizacioacuten es el tratamiento de calor (conduccioacuten) para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estanteriacutea deseada para la bebida
Para poder llevar a cabo un tratamiento teacutermico sobre un alimento se debe conocer
Las propiedades teacutermicas del propio alimento calor especiacutefico calor latente conductividad
teacutermica los mecanismos de transmisioacuten del calor involucrados en el tratamiento
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
DESCRIPCIOacuteN
La alimentacioacuten animal es uno de los aspectos centrales de la produccioacuten agropecuaria
dada la influencia que esta tiene en la productividad costos sanidad e impacto ambiental
La produccioacuten de alimentos concentrados es ademaacutes es un eslaboacuten que une la actividad
agriacutecola con la produccioacuten pecuaria dentro de la cadena cereales ndash alimentos La
produccioacuten de alimentos concentrados para animales estaacute conformado por operaciones
unitarias relacionadas con el almacenamiento transporte molienda y mezcla de las
materias primas - siendo esta uacuteltima la operacioacuten central del proceso El alimento mezclado
se comercializa como pelets o pastillas para el consumo de cerdos El proceso requiere de
un estricto control de calidad en relacioacuten con el contenido de micotoxinas presentes en las
materias primas y los productos terminados que son materiales propicios para el
crecimiento de hongos y cuya presencia puede afectar la salud de los animales que
consumen el alimento concentrado
MOLIENDA
El concentrado enteros y algunos afrechos deben ser sometidos a un proceso de reduccioacuten
de tamantildeo o molienda con el fin de garantizar un tamantildeo de partiacutecula adecuado y
homogeacuteneo de los componentes del producto final Si las partiacuteculas son muy gruesas
especialmente los granos - su digestioacuten seraacute maacutes difiacutecil y probablemente se encuentre un
gran nuacutemero de eacutestos en las excretas de los animales lo que representa un gran
desperdicio acompantildeado de una de menor conversioacuten del alimento y de mayor generacioacuten
de residuos al mismo tiempo por el contrario un tamantildeo de partiacutecula en extremo reducido
implica un consumo innecesario de energiacutea y mayores peacuterdidas de finos
ENFRIAMIENTO Los pelets deben ser enfriados antes de su empaque para lograr su estabilidad y evitar que el producto respire una vez en su empaque El enfriamiento se realiza con aire que fluye transversalmente al paso de los pelets dentro de un enfriador continuo El peletizador es un equipo que inyecta vapor e imprime presioacuten a una mezcla molida de
diversos componentes haciendo que eacutesta se aglomere formando partiacuteculas maacutes grandes
con tamantildeos que van desde 1 a 10 mm El peletizador se compone de un alimentador un
acondicionador donde se inyecta el vapor y una zona de matriz y rodillos donde se ejerce
la presioacuten sobre el alimento y se le da la forma de pelets o pastillas
En la matriz de compresioacuten se introduce un anillo de acero o un recipiente de aluminio
Luego se llena eacutesta con la muestra empleando un embudo El anillo de acero con la muestra
se coloca debajo de la placa de presioacuten y el proceso de prensado es iniciado Durante la
fase de incremento de la fuerza aplicada el polvo es comprimido cada vez maacutes hasta
alcanzar la densidad del material soacutelido
El aire intersticial entre las partiacuteculas del polvo inicial puede ser eliminado por completo lo
que aumenta la estabilidad del comprimido La fuerza de compresioacuten maacutexima debe ser
mantenida por un tiempo determinado para que haya completa cohesioacuten entre las partiacuteculas
y el comprimido alcance un maacuteximo de solidez mecaacutenica
Durante el prensado del comprimido el movimiento axial de las partiacuteculas en el anillo
genera fuerzas de friccioacuten que a su vez son responsables de la formacioacuten de un estado de
esfuerzo multiaxial Por esta razoacuten es de vital importancia que el decrecimiento de la fuerza
se realice de manera uniforme ya que si la fuerza deja de actuar repentinamente sobre el
comprimido eacuteste puede deshacerse
Los fluido del proceso y servicio ingresan a traveacutes de los boquillas de la placa fija
Avanzando a traveacutes de los conductos formados por los puertos de las placas alineados
accediendo alternamente al pasaje en estas El calor se transfiere desde el fluido caliente
el fluido frio atravesando transversalmente las placas
Los intercambiadores pueden configurarse para funcionar en contracorriente o paralelo y
el paso atreves de los intersticios entre placas puede ser en serie o en paralelo
ECUACIONES DE DISENtildeO
Balances de energiacutea
Diferencia media logariacutetmica de temperaturas
Ecuacioacuten de Fourier
Coeficiente global de transferencia de calor
Coeficiente de peliacutecula
Nuacutemero de Nusselt
Nuacutemero de Reynolds
Nomenclatura
Velocidad de sedimentacioacuten de una particula por accioacuten de la gravedad [L]
Diaacutemetro de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [L]
Densidad de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [ML3]
Aceleracioacuten de la gravedad 98 ms2 [Lt2]
Viscosidad de la suspensioacuten [MLt]
Factor sigma de Ambler [L2]
Velocidad de rotacioacuten de la centriacutefuga [1t]
Nuacutemero de platos de la centriacutefuga
Radio interno de los platos [L]
Radio externo de los platos [L]
Aacutengulo de los platos con relacioacuten al eje vertical
Caudal de disentildeo de la centriacutefuga [L3t]
Consiste en un tornillo helicoidal rotatorio de
acero inoxidable cuyo movimiento rotatorio
hace avanzar el material a traveacutes de un canal
o cilindro cuyas paredes no roza El tornillo
va propulsado por un motor mediante
engranajes o una cadena Los
transportadores de tornillo son compactos
exigen una caacutemara de carga pequentildea y no
precisan mecanismos de retorno Sirven
para producto secos en masa y semisoacutelidos no abrasivos Pueden transportar en forma
horizontal vertical o inclinada El tiempo de permanencia depende de la longitud y velocidad
de tornillo Adicionalmente puede ser dotado de una espiral normal doble o triple seguacuten la
exigencia de la instalacioacuten para el manejo de varios materiales o la distribucioacuten de material
a diferentes puntos
BIBLIOGRAFIA
OPERACIONES UNITARIAS POSTOBON SA
Postobon SA es la Compantildeiacutea liacuteder del negocio de bebidas no alcohoacutelicas en Colombia
liderando la innovacioacuten y el desarrollo con las marcas y el portafolio mejor desarrollado en
el paiacutes
Las diversas operaciones unitarias pueden clasificarse en tres procesos fundamentales de
transferencia (o de transporte) transferencia de iacutempetu transferencia de calor y
transferencia de masa El proceso fundamental de la transferencia iacutempetu existe en las
operaciones unitarias de flujo de fluidos mezclado sedimentacioacuten y filtracioacuten La
transmisioacuten de calor se presenta en la transferencia conductiva y convectiva del calor en
la evaporacioacuten la destilacioacuten y el secado El tercer proceso fundamental de transferencia
esto es la transferencia de masa interviene en la destilacioacuten absorcioacuten secado y
extraccioacuten liquido-liquido Cuando se estaacute trasfiriendo masa de una fase a otra o a traveacutes
de una sola fase el mecanismo baacutesico es el mismo ya sea que se trate de gases liacutequidos
y soacutelidos Esto tambieacuten ocurre en la trasferencia de calor en la cual el trasporte de calor
por conduccioacuten obedece la ley de Fourier en gases liacutequidos y soacutelidos
Se han seleccionado aleatoriamente 2 operaciones unitarias implementadas en la planta
de elaboracioacuten de bebidas no alcohoacutelicas La primera operacioacuten unitaria que se explicara
corresponde a la pasteurizacioacuten de los jugos neacutectares y refrescos donde interviene la
trasferencia de calor y la ley de Fourier
La segunda operacioacuten unitaria hace referencia a la carbonatacioacuten de las gaseosas
indagando el efecto de la temperatura y la presioacuten en la solubilidad del bioacutexido de carbono
ademaacutes de la trasferencia de masa (absorcioacuten) llevada a cabo en el proceso
PROCESO DE PASTEURIZACION DE LOS JUGOS Y NECTARES
Los jugos elaborados en Postobon SA contienen diferentes insumos para su correcta
elaboracioacuten Principalmente se encuentra constituidos por agua azucares y pulpa de fruta
La pulpa es uno de los componentes maacutes importantes de los jugos es la parte comestible
de las frutas o el producto obtenido de la separacioacuten de las partes comestibles carnosas de
las frutas mediante procesos tecnoloacutegicos adecuados
Para garantizar la inocuidad de los jugos se hace necesario llevar a cabo un proceso que
reduzca la cantidad de micro- organismos patoacutegenos que puedan alterar las propiedades
fiacutesicas y quiacutemicas del producto Mediante la implementacioacuten de la pasteurizacioacuten en el
proceso de elaboracioacuten de las distintas variedades de jugos se logra reducir draacutesticamente
los agentes bioloacutegicos e infecciosos que degradan y deterioran los productos La
pasteurizacioacuten es el tratamiento de calor (conduccioacuten) para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estanteriacutea deseada para la bebida
Para poder llevar a cabo un tratamiento teacutermico sobre un alimento se debe conocer
Las propiedades teacutermicas del propio alimento calor especiacutefico calor latente conductividad
teacutermica los mecanismos de transmisioacuten del calor involucrados en el tratamiento
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
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-
ENFRIAMIENTO Los pelets deben ser enfriados antes de su empaque para lograr su estabilidad y evitar que el producto respire una vez en su empaque El enfriamiento se realiza con aire que fluye transversalmente al paso de los pelets dentro de un enfriador continuo El peletizador es un equipo que inyecta vapor e imprime presioacuten a una mezcla molida de
diversos componentes haciendo que eacutesta se aglomere formando partiacuteculas maacutes grandes
con tamantildeos que van desde 1 a 10 mm El peletizador se compone de un alimentador un
acondicionador donde se inyecta el vapor y una zona de matriz y rodillos donde se ejerce
la presioacuten sobre el alimento y se le da la forma de pelets o pastillas
En la matriz de compresioacuten se introduce un anillo de acero o un recipiente de aluminio
Luego se llena eacutesta con la muestra empleando un embudo El anillo de acero con la muestra
se coloca debajo de la placa de presioacuten y el proceso de prensado es iniciado Durante la
fase de incremento de la fuerza aplicada el polvo es comprimido cada vez maacutes hasta
alcanzar la densidad del material soacutelido
El aire intersticial entre las partiacuteculas del polvo inicial puede ser eliminado por completo lo
que aumenta la estabilidad del comprimido La fuerza de compresioacuten maacutexima debe ser
mantenida por un tiempo determinado para que haya completa cohesioacuten entre las partiacuteculas
y el comprimido alcance un maacuteximo de solidez mecaacutenica
Durante el prensado del comprimido el movimiento axial de las partiacuteculas en el anillo
genera fuerzas de friccioacuten que a su vez son responsables de la formacioacuten de un estado de
esfuerzo multiaxial Por esta razoacuten es de vital importancia que el decrecimiento de la fuerza
se realice de manera uniforme ya que si la fuerza deja de actuar repentinamente sobre el
comprimido eacuteste puede deshacerse
Los fluido del proceso y servicio ingresan a traveacutes de los boquillas de la placa fija
Avanzando a traveacutes de los conductos formados por los puertos de las placas alineados
accediendo alternamente al pasaje en estas El calor se transfiere desde el fluido caliente
el fluido frio atravesando transversalmente las placas
Los intercambiadores pueden configurarse para funcionar en contracorriente o paralelo y
el paso atreves de los intersticios entre placas puede ser en serie o en paralelo
ECUACIONES DE DISENtildeO
Balances de energiacutea
Diferencia media logariacutetmica de temperaturas
Ecuacioacuten de Fourier
Coeficiente global de transferencia de calor
Coeficiente de peliacutecula
Nuacutemero de Nusselt
Nuacutemero de Reynolds
Nomenclatura
Velocidad de sedimentacioacuten de una particula por accioacuten de la gravedad [L]
Diaacutemetro de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [L]
Densidad de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [ML3]
Aceleracioacuten de la gravedad 98 ms2 [Lt2]
Viscosidad de la suspensioacuten [MLt]
Factor sigma de Ambler [L2]
Velocidad de rotacioacuten de la centriacutefuga [1t]
Nuacutemero de platos de la centriacutefuga
Radio interno de los platos [L]
Radio externo de los platos [L]
Aacutengulo de los platos con relacioacuten al eje vertical
Caudal de disentildeo de la centriacutefuga [L3t]
Consiste en un tornillo helicoidal rotatorio de
acero inoxidable cuyo movimiento rotatorio
hace avanzar el material a traveacutes de un canal
o cilindro cuyas paredes no roza El tornillo
va propulsado por un motor mediante
engranajes o una cadena Los
transportadores de tornillo son compactos
exigen una caacutemara de carga pequentildea y no
precisan mecanismos de retorno Sirven
para producto secos en masa y semisoacutelidos no abrasivos Pueden transportar en forma
horizontal vertical o inclinada El tiempo de permanencia depende de la longitud y velocidad
de tornillo Adicionalmente puede ser dotado de una espiral normal doble o triple seguacuten la
exigencia de la instalacioacuten para el manejo de varios materiales o la distribucioacuten de material
a diferentes puntos
BIBLIOGRAFIA
OPERACIONES UNITARIAS POSTOBON SA
Postobon SA es la Compantildeiacutea liacuteder del negocio de bebidas no alcohoacutelicas en Colombia
liderando la innovacioacuten y el desarrollo con las marcas y el portafolio mejor desarrollado en
el paiacutes
Las diversas operaciones unitarias pueden clasificarse en tres procesos fundamentales de
transferencia (o de transporte) transferencia de iacutempetu transferencia de calor y
transferencia de masa El proceso fundamental de la transferencia iacutempetu existe en las
operaciones unitarias de flujo de fluidos mezclado sedimentacioacuten y filtracioacuten La
transmisioacuten de calor se presenta en la transferencia conductiva y convectiva del calor en
la evaporacioacuten la destilacioacuten y el secado El tercer proceso fundamental de transferencia
esto es la transferencia de masa interviene en la destilacioacuten absorcioacuten secado y
extraccioacuten liquido-liquido Cuando se estaacute trasfiriendo masa de una fase a otra o a traveacutes
de una sola fase el mecanismo baacutesico es el mismo ya sea que se trate de gases liacutequidos
y soacutelidos Esto tambieacuten ocurre en la trasferencia de calor en la cual el trasporte de calor
por conduccioacuten obedece la ley de Fourier en gases liacutequidos y soacutelidos
Se han seleccionado aleatoriamente 2 operaciones unitarias implementadas en la planta
de elaboracioacuten de bebidas no alcohoacutelicas La primera operacioacuten unitaria que se explicara
corresponde a la pasteurizacioacuten de los jugos neacutectares y refrescos donde interviene la
trasferencia de calor y la ley de Fourier
La segunda operacioacuten unitaria hace referencia a la carbonatacioacuten de las gaseosas
indagando el efecto de la temperatura y la presioacuten en la solubilidad del bioacutexido de carbono
ademaacutes de la trasferencia de masa (absorcioacuten) llevada a cabo en el proceso
PROCESO DE PASTEURIZACION DE LOS JUGOS Y NECTARES
Los jugos elaborados en Postobon SA contienen diferentes insumos para su correcta
elaboracioacuten Principalmente se encuentra constituidos por agua azucares y pulpa de fruta
La pulpa es uno de los componentes maacutes importantes de los jugos es la parte comestible
de las frutas o el producto obtenido de la separacioacuten de las partes comestibles carnosas de
las frutas mediante procesos tecnoloacutegicos adecuados
Para garantizar la inocuidad de los jugos se hace necesario llevar a cabo un proceso que
reduzca la cantidad de micro- organismos patoacutegenos que puedan alterar las propiedades
fiacutesicas y quiacutemicas del producto Mediante la implementacioacuten de la pasteurizacioacuten en el
proceso de elaboracioacuten de las distintas variedades de jugos se logra reducir draacutesticamente
los agentes bioloacutegicos e infecciosos que degradan y deterioran los productos La
pasteurizacioacuten es el tratamiento de calor (conduccioacuten) para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estanteriacutea deseada para la bebida
Para poder llevar a cabo un tratamiento teacutermico sobre un alimento se debe conocer
Las propiedades teacutermicas del propio alimento calor especiacutefico calor latente conductividad
teacutermica los mecanismos de transmisioacuten del calor involucrados en el tratamiento
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
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Principios de Operaciones Unitarias Segunda Edicioacuten Deacutecima Reimpresioacuten
Compantildeiacutea Editorial Continental Meacutexico 2006 Paacuteg 463 ndash 464
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
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-
ECUACIONES DE DISENtildeO
Balances de energiacutea
Diferencia media logariacutetmica de temperaturas
Ecuacioacuten de Fourier
Coeficiente global de transferencia de calor
Coeficiente de peliacutecula
Nuacutemero de Nusselt
Nuacutemero de Reynolds
Nomenclatura
Velocidad de sedimentacioacuten de una particula por accioacuten de la gravedad [L]
Diaacutemetro de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [L]
Densidad de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [ML3]
Aceleracioacuten de la gravedad 98 ms2 [Lt2]
Viscosidad de la suspensioacuten [MLt]
Factor sigma de Ambler [L2]
Velocidad de rotacioacuten de la centriacutefuga [1t]
Nuacutemero de platos de la centriacutefuga
Radio interno de los platos [L]
Radio externo de los platos [L]
Aacutengulo de los platos con relacioacuten al eje vertical
Caudal de disentildeo de la centriacutefuga [L3t]
Consiste en un tornillo helicoidal rotatorio de
acero inoxidable cuyo movimiento rotatorio
hace avanzar el material a traveacutes de un canal
o cilindro cuyas paredes no roza El tornillo
va propulsado por un motor mediante
engranajes o una cadena Los
transportadores de tornillo son compactos
exigen una caacutemara de carga pequentildea y no
precisan mecanismos de retorno Sirven
para producto secos en masa y semisoacutelidos no abrasivos Pueden transportar en forma
horizontal vertical o inclinada El tiempo de permanencia depende de la longitud y velocidad
de tornillo Adicionalmente puede ser dotado de una espiral normal doble o triple seguacuten la
exigencia de la instalacioacuten para el manejo de varios materiales o la distribucioacuten de material
a diferentes puntos
BIBLIOGRAFIA
OPERACIONES UNITARIAS POSTOBON SA
Postobon SA es la Compantildeiacutea liacuteder del negocio de bebidas no alcohoacutelicas en Colombia
liderando la innovacioacuten y el desarrollo con las marcas y el portafolio mejor desarrollado en
el paiacutes
Las diversas operaciones unitarias pueden clasificarse en tres procesos fundamentales de
transferencia (o de transporte) transferencia de iacutempetu transferencia de calor y
transferencia de masa El proceso fundamental de la transferencia iacutempetu existe en las
operaciones unitarias de flujo de fluidos mezclado sedimentacioacuten y filtracioacuten La
transmisioacuten de calor se presenta en la transferencia conductiva y convectiva del calor en
la evaporacioacuten la destilacioacuten y el secado El tercer proceso fundamental de transferencia
esto es la transferencia de masa interviene en la destilacioacuten absorcioacuten secado y
extraccioacuten liquido-liquido Cuando se estaacute trasfiriendo masa de una fase a otra o a traveacutes
de una sola fase el mecanismo baacutesico es el mismo ya sea que se trate de gases liacutequidos
y soacutelidos Esto tambieacuten ocurre en la trasferencia de calor en la cual el trasporte de calor
por conduccioacuten obedece la ley de Fourier en gases liacutequidos y soacutelidos
Se han seleccionado aleatoriamente 2 operaciones unitarias implementadas en la planta
de elaboracioacuten de bebidas no alcohoacutelicas La primera operacioacuten unitaria que se explicara
corresponde a la pasteurizacioacuten de los jugos neacutectares y refrescos donde interviene la
trasferencia de calor y la ley de Fourier
La segunda operacioacuten unitaria hace referencia a la carbonatacioacuten de las gaseosas
indagando el efecto de la temperatura y la presioacuten en la solubilidad del bioacutexido de carbono
ademaacutes de la trasferencia de masa (absorcioacuten) llevada a cabo en el proceso
PROCESO DE PASTEURIZACION DE LOS JUGOS Y NECTARES
Los jugos elaborados en Postobon SA contienen diferentes insumos para su correcta
elaboracioacuten Principalmente se encuentra constituidos por agua azucares y pulpa de fruta
La pulpa es uno de los componentes maacutes importantes de los jugos es la parte comestible
de las frutas o el producto obtenido de la separacioacuten de las partes comestibles carnosas de
las frutas mediante procesos tecnoloacutegicos adecuados
Para garantizar la inocuidad de los jugos se hace necesario llevar a cabo un proceso que
reduzca la cantidad de micro- organismos patoacutegenos que puedan alterar las propiedades
fiacutesicas y quiacutemicas del producto Mediante la implementacioacuten de la pasteurizacioacuten en el
proceso de elaboracioacuten de las distintas variedades de jugos se logra reducir draacutesticamente
los agentes bioloacutegicos e infecciosos que degradan y deterioran los productos La
pasteurizacioacuten es el tratamiento de calor (conduccioacuten) para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estanteriacutea deseada para la bebida
Para poder llevar a cabo un tratamiento teacutermico sobre un alimento se debe conocer
Las propiedades teacutermicas del propio alimento calor especiacutefico calor latente conductividad
teacutermica los mecanismos de transmisioacuten del calor involucrados en el tratamiento
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
INFOGRAFIA POSTOBON SA
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bebidaspdf
httpeswikipediaorgwikiAbsorciC3B3n_(quC3ADmica)
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Principios de Operaciones Unitarias Segunda Edicioacuten Deacutecima Reimpresioacuten
Compantildeiacutea Editorial Continental Meacutexico 2006 Paacuteg 463 ndash 464
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
Nomenclatura
Velocidad de sedimentacioacuten de una particula por accioacuten de la gravedad [L]
Diaacutemetro de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [L]
Densidad de las partiacuteculas que se desplazan y que estaacuten en menor proporcioacuten
dentro de la suspensioacuten [ML3]
Aceleracioacuten de la gravedad 98 ms2 [Lt2]
Viscosidad de la suspensioacuten [MLt]
Factor sigma de Ambler [L2]
Velocidad de rotacioacuten de la centriacutefuga [1t]
Nuacutemero de platos de la centriacutefuga
Radio interno de los platos [L]
Radio externo de los platos [L]
Aacutengulo de los platos con relacioacuten al eje vertical
Caudal de disentildeo de la centriacutefuga [L3t]
Consiste en un tornillo helicoidal rotatorio de
acero inoxidable cuyo movimiento rotatorio
hace avanzar el material a traveacutes de un canal
o cilindro cuyas paredes no roza El tornillo
va propulsado por un motor mediante
engranajes o una cadena Los
transportadores de tornillo son compactos
exigen una caacutemara de carga pequentildea y no
precisan mecanismos de retorno Sirven
para producto secos en masa y semisoacutelidos no abrasivos Pueden transportar en forma
horizontal vertical o inclinada El tiempo de permanencia depende de la longitud y velocidad
de tornillo Adicionalmente puede ser dotado de una espiral normal doble o triple seguacuten la
exigencia de la instalacioacuten para el manejo de varios materiales o la distribucioacuten de material
a diferentes puntos
BIBLIOGRAFIA
OPERACIONES UNITARIAS POSTOBON SA
Postobon SA es la Compantildeiacutea liacuteder del negocio de bebidas no alcohoacutelicas en Colombia
liderando la innovacioacuten y el desarrollo con las marcas y el portafolio mejor desarrollado en
el paiacutes
Las diversas operaciones unitarias pueden clasificarse en tres procesos fundamentales de
transferencia (o de transporte) transferencia de iacutempetu transferencia de calor y
transferencia de masa El proceso fundamental de la transferencia iacutempetu existe en las
operaciones unitarias de flujo de fluidos mezclado sedimentacioacuten y filtracioacuten La
transmisioacuten de calor se presenta en la transferencia conductiva y convectiva del calor en
la evaporacioacuten la destilacioacuten y el secado El tercer proceso fundamental de transferencia
esto es la transferencia de masa interviene en la destilacioacuten absorcioacuten secado y
extraccioacuten liquido-liquido Cuando se estaacute trasfiriendo masa de una fase a otra o a traveacutes
de una sola fase el mecanismo baacutesico es el mismo ya sea que se trate de gases liacutequidos
y soacutelidos Esto tambieacuten ocurre en la trasferencia de calor en la cual el trasporte de calor
por conduccioacuten obedece la ley de Fourier en gases liacutequidos y soacutelidos
Se han seleccionado aleatoriamente 2 operaciones unitarias implementadas en la planta
de elaboracioacuten de bebidas no alcohoacutelicas La primera operacioacuten unitaria que se explicara
corresponde a la pasteurizacioacuten de los jugos neacutectares y refrescos donde interviene la
trasferencia de calor y la ley de Fourier
La segunda operacioacuten unitaria hace referencia a la carbonatacioacuten de las gaseosas
indagando el efecto de la temperatura y la presioacuten en la solubilidad del bioacutexido de carbono
ademaacutes de la trasferencia de masa (absorcioacuten) llevada a cabo en el proceso
PROCESO DE PASTEURIZACION DE LOS JUGOS Y NECTARES
Los jugos elaborados en Postobon SA contienen diferentes insumos para su correcta
elaboracioacuten Principalmente se encuentra constituidos por agua azucares y pulpa de fruta
La pulpa es uno de los componentes maacutes importantes de los jugos es la parte comestible
de las frutas o el producto obtenido de la separacioacuten de las partes comestibles carnosas de
las frutas mediante procesos tecnoloacutegicos adecuados
Para garantizar la inocuidad de los jugos se hace necesario llevar a cabo un proceso que
reduzca la cantidad de micro- organismos patoacutegenos que puedan alterar las propiedades
fiacutesicas y quiacutemicas del producto Mediante la implementacioacuten de la pasteurizacioacuten en el
proceso de elaboracioacuten de las distintas variedades de jugos se logra reducir draacutesticamente
los agentes bioloacutegicos e infecciosos que degradan y deterioran los productos La
pasteurizacioacuten es el tratamiento de calor (conduccioacuten) para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estanteriacutea deseada para la bebida
Para poder llevar a cabo un tratamiento teacutermico sobre un alimento se debe conocer
Las propiedades teacutermicas del propio alimento calor especiacutefico calor latente conductividad
teacutermica los mecanismos de transmisioacuten del calor involucrados en el tratamiento
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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BIBLIOGRAFIA
OPERACIONES UNITARIAS POSTOBON SA
Postobon SA es la Compantildeiacutea liacuteder del negocio de bebidas no alcohoacutelicas en Colombia
liderando la innovacioacuten y el desarrollo con las marcas y el portafolio mejor desarrollado en
el paiacutes
Las diversas operaciones unitarias pueden clasificarse en tres procesos fundamentales de
transferencia (o de transporte) transferencia de iacutempetu transferencia de calor y
transferencia de masa El proceso fundamental de la transferencia iacutempetu existe en las
operaciones unitarias de flujo de fluidos mezclado sedimentacioacuten y filtracioacuten La
transmisioacuten de calor se presenta en la transferencia conductiva y convectiva del calor en
la evaporacioacuten la destilacioacuten y el secado El tercer proceso fundamental de transferencia
esto es la transferencia de masa interviene en la destilacioacuten absorcioacuten secado y
extraccioacuten liquido-liquido Cuando se estaacute trasfiriendo masa de una fase a otra o a traveacutes
de una sola fase el mecanismo baacutesico es el mismo ya sea que se trate de gases liacutequidos
y soacutelidos Esto tambieacuten ocurre en la trasferencia de calor en la cual el trasporte de calor
por conduccioacuten obedece la ley de Fourier en gases liacutequidos y soacutelidos
Se han seleccionado aleatoriamente 2 operaciones unitarias implementadas en la planta
de elaboracioacuten de bebidas no alcohoacutelicas La primera operacioacuten unitaria que se explicara
corresponde a la pasteurizacioacuten de los jugos neacutectares y refrescos donde interviene la
trasferencia de calor y la ley de Fourier
La segunda operacioacuten unitaria hace referencia a la carbonatacioacuten de las gaseosas
indagando el efecto de la temperatura y la presioacuten en la solubilidad del bioacutexido de carbono
ademaacutes de la trasferencia de masa (absorcioacuten) llevada a cabo en el proceso
PROCESO DE PASTEURIZACION DE LOS JUGOS Y NECTARES
Los jugos elaborados en Postobon SA contienen diferentes insumos para su correcta
elaboracioacuten Principalmente se encuentra constituidos por agua azucares y pulpa de fruta
La pulpa es uno de los componentes maacutes importantes de los jugos es la parte comestible
de las frutas o el producto obtenido de la separacioacuten de las partes comestibles carnosas de
las frutas mediante procesos tecnoloacutegicos adecuados
Para garantizar la inocuidad de los jugos se hace necesario llevar a cabo un proceso que
reduzca la cantidad de micro- organismos patoacutegenos que puedan alterar las propiedades
fiacutesicas y quiacutemicas del producto Mediante la implementacioacuten de la pasteurizacioacuten en el
proceso de elaboracioacuten de las distintas variedades de jugos se logra reducir draacutesticamente
los agentes bioloacutegicos e infecciosos que degradan y deterioran los productos La
pasteurizacioacuten es el tratamiento de calor (conduccioacuten) para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estanteriacutea deseada para la bebida
Para poder llevar a cabo un tratamiento teacutermico sobre un alimento se debe conocer
Las propiedades teacutermicas del propio alimento calor especiacutefico calor latente conductividad
teacutermica los mecanismos de transmisioacuten del calor involucrados en el tratamiento
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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INFOGRAFIA COLGATE PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
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Principios de Operaciones Unitarias Segunda Edicioacuten Deacutecima Reimpresioacuten
Compantildeiacutea Editorial Continental Meacutexico 2006 Paacuteg 463 ndash 464
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calorshtmlmonosearchleynewtixzz32gcmS4YD
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
OPERACIONES UNITARIAS POSTOBON SA
Postobon SA es la Compantildeiacutea liacuteder del negocio de bebidas no alcohoacutelicas en Colombia
liderando la innovacioacuten y el desarrollo con las marcas y el portafolio mejor desarrollado en
el paiacutes
Las diversas operaciones unitarias pueden clasificarse en tres procesos fundamentales de
transferencia (o de transporte) transferencia de iacutempetu transferencia de calor y
transferencia de masa El proceso fundamental de la transferencia iacutempetu existe en las
operaciones unitarias de flujo de fluidos mezclado sedimentacioacuten y filtracioacuten La
transmisioacuten de calor se presenta en la transferencia conductiva y convectiva del calor en
la evaporacioacuten la destilacioacuten y el secado El tercer proceso fundamental de transferencia
esto es la transferencia de masa interviene en la destilacioacuten absorcioacuten secado y
extraccioacuten liquido-liquido Cuando se estaacute trasfiriendo masa de una fase a otra o a traveacutes
de una sola fase el mecanismo baacutesico es el mismo ya sea que se trate de gases liacutequidos
y soacutelidos Esto tambieacuten ocurre en la trasferencia de calor en la cual el trasporte de calor
por conduccioacuten obedece la ley de Fourier en gases liacutequidos y soacutelidos
Se han seleccionado aleatoriamente 2 operaciones unitarias implementadas en la planta
de elaboracioacuten de bebidas no alcohoacutelicas La primera operacioacuten unitaria que se explicara
corresponde a la pasteurizacioacuten de los jugos neacutectares y refrescos donde interviene la
trasferencia de calor y la ley de Fourier
La segunda operacioacuten unitaria hace referencia a la carbonatacioacuten de las gaseosas
indagando el efecto de la temperatura y la presioacuten en la solubilidad del bioacutexido de carbono
ademaacutes de la trasferencia de masa (absorcioacuten) llevada a cabo en el proceso
PROCESO DE PASTEURIZACION DE LOS JUGOS Y NECTARES
Los jugos elaborados en Postobon SA contienen diferentes insumos para su correcta
elaboracioacuten Principalmente se encuentra constituidos por agua azucares y pulpa de fruta
La pulpa es uno de los componentes maacutes importantes de los jugos es la parte comestible
de las frutas o el producto obtenido de la separacioacuten de las partes comestibles carnosas de
las frutas mediante procesos tecnoloacutegicos adecuados
Para garantizar la inocuidad de los jugos se hace necesario llevar a cabo un proceso que
reduzca la cantidad de micro- organismos patoacutegenos que puedan alterar las propiedades
fiacutesicas y quiacutemicas del producto Mediante la implementacioacuten de la pasteurizacioacuten en el
proceso de elaboracioacuten de las distintas variedades de jugos se logra reducir draacutesticamente
los agentes bioloacutegicos e infecciosos que degradan y deterioran los productos La
pasteurizacioacuten es el tratamiento de calor (conduccioacuten) para eliminar micro organismos
presentes y para garantizar la vida de estanteriacutea deseada para la bebida
Para poder llevar a cabo un tratamiento teacutermico sobre un alimento se debe conocer
Las propiedades teacutermicas del propio alimento calor especiacutefico calor latente conductividad
teacutermica los mecanismos de transmisioacuten del calor involucrados en el tratamiento
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
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-
MECANISMO DE TRANSMISION DEL CALOR INVOLUCRADO
El meacutetodo de transmisioacuten del calor empleado en el proceso de pasteurizacioacuten es por
conduccioacuten La conduccioacuten se comprende con mayor facilidad si se considera el flujo de
calor en los soacutelidos homogeacuteneos isotroacutepicos ya que en ellos no hay conveccioacuten y el efecto
de la radiacioacuten es despreciable a menos que el soacutelido sea traslucido a las ondas
electromagneacuteticas
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente entre
el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de Fourier la
cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en un
material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho de que
la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas ecuaciones son
los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
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119898)
El tratamiento de pasteurizacioacuten en POSTOBON SA se lleva a cabo utilizando un
intercambiador de calor tubular Estos intercambiadores estaacuten compuestos por tubos
ciliacutendricos con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa Un fluido circula a traveacutes
del interior de los tubos y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa)
BALANCES DE ENERGIA
El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia del calor se basa en balances
de energiacutea y en estimaciones de las velocidades de trasferencia de calor
En los intercambiadores de calor no hay trabajo de eje y ademaacutes las energiacuteas mecaacutenica
potencial y cineacuteticas son pequentildeas en comparacioacuten con los otros teacuterminos de la ecuacioacuten
del balance de energiacutea Por lo tanto por una corriente que circula a traveacutes de un
intercambiador
119898(119867119887 minus 119867119886) = 119902
Donde 119898 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119902 =119876
119905= 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119889119890119899119905119903119900 119889119890 119897119886 119888119900119903119903119894119890119899119905119890
119867119886 119867119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886119904 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119886119904 119888119900119903119903119894119890119899119905119890119904 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 119910 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
La anterior ecuacioacuten puede plantearse para cada una de las corrientes que fluyen a traveacutes
del intercambiador Las siguientes ecuaciones se relacioacuten con el balance de energiacutea
durante el proceso de pasteurizacioacuten debido a que durante este proceso se lleva a cabo la
trasferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a un cuerpo de menor
temperatura
Ecuacioacuten para el fluido caliente (vapor de agua)
119898ℎ(119867ℎ119887 minus 119867ℎ119886) = 119902ℎ
Ecuacioacuten para el fluido frio (jugos neacutectares refrescos)
119898ℎ(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902119888
Donde
119898119888 119898
ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119891119897119906119895119900 119898119886119904119894119888119900 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119886 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119890119899119905119903119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119867119888119887 119867ℎ119887 = 119890119899119905119886119897119901119894119886 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 119889119890 119897119900119904 119891119897119906119894119889119900119904 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119886 119897119886 119904119886119897119894119889119886 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
119902119888 119902ℎ = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889119890119904 119889119890 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119891119897119906119894119889119900 119891119903119894119900 119910 119888119886119897119894119890119899119905119890 119903119890119904119901119890119888119905119894119907119886119898119890119899119905119890
El signo de qc es positivo pero el qh es negativo debido a que el fluido caliente pierde calor
en vez de ganarlo El calor perdido por el fluido caliente es ganado por el frio y
119902119888 = minus119902ℎ
Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
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Por lo tanto igualando las ecuaciones
119898ℎ(119867ℎ119886 minus 119867ℎ119887) = 119898
119888(119867119888119887 minus 119867119888119886) = 119902
La anterior ecuacioacuten recibe el nombre de balance global de energiacutea de entalpia
Si se admite que los calores especiacuteficos son constantes y solo se trasfiere el calor sensible
el balance global de entalpia para un intercambiador de calor se transforma en
119898ℎ119888119901ℎ(119879ℎ119886 minus 119879ℎ119887) = 119898
119888119888119901119888(119879119888119887 minus 119879119888119886) = 119902
Donde
Cpc= calor especifico del fluido frio
Cph= calor especifico del fluido caliente
CARBONATACION DE LA GASEOSAS
Consiste de manera general en disolver bioacutexido de carbono (CO2) en la bebida en altas
presiones y bajas temperaturas La cantidad de CO2 a diluir variacutea seguacuten el tipo de bebida
y esto es lo que le da el sabor caracteriacutestico Por ejemplo Si comparamos proporciones
iguales en las bebidas un litro de refresco contiene menor cantidad de CO2 que en un litro
de agua mineral y a su vez un vino espumoso contiene menor cantidad de CO2 que un
refresco
El bioacutexido de carbono (CO2) es un gas que se disuelve faacutecilmente en agua (refrescos vinos
cervezas etc) La cantidad de gas disuelta en bebidas se mide en voluacutemenes de
carbonatacioacuten Si un litro de refresco se carbonata con 25 voluacutemenes eso significa que hay
25 litros de CO2 disueltos en la bebida La transferencia de masa es la tendencia de uno o
maacutes componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentracioacuten
del o de los componentes a otra zona donde la concentracioacuten es menor Existen diferentes
teacutecnicas de transferencia de masa tales como la destilacioacuten absorcioacuten de gases
dehumidificacion adsorcioacuten extraccioacuten liquida lixiviacioacuten cristalizacioacuten separaciones con
membranas entre otras
En el caso de la carbonatacioacuten de bebidas se usa la teacutecnica de absorcioacuten de gases donde
las condiciones de presioacuten y temperatura influyen de una manera directa con la operacioacuten
El bioacutexido de carbono es absorbido en el jarabe de los productos anteriormente
mencionados cumpliendo con la funcioacuten de aportar un sabor ldquopicanterdquo a la bebida logrando
asi que esta no se convierta en un simple jarabe
Inicialmente se debe conocer las condiciones de presioacuten y temperatura para que se lleve a
cabo la absorcioacuten del bioacutexido de carbono Las altas presiones incrementan los niveles de
carbonatacioacuten y las presiones bajas lo reducen La correcta cantidad de presioacuten en un
envase (metaacutelico o plaacutestico) mantendraacute el correcto nivel de carbonatacioacuten La temperatura
de la bebida afecta la cantidad de presioacuten necesaria en el envase para controlar el nivel de
carbonatacioacuten A medida que la temperatura se incrementa las burbujas de CO2 se
expanden y ldquosalenrdquo Si la temperatura disminuye el gas se disuelve faacutecilmente
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
La absorcioacuten de gases es una operacioacuten en la cual una
mezcla gaseosa se pone en contacto con un liacutequido al
fin de disolver de manera selectiva uno o maacutes
componentes del gas y de obtener una solucioacuten de
estos en el liacutequido Los valiosos vapores de un
disolvente acarreados por una corriente gaseosa
pueden recuperarse y luego ser reutilizados basta
lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores
Estaacutes operaciones requieren la transferencia de masa
de una sustancia en la corriente gaseosa al liacutequido
Cuando la trasferencia de masa sucede en la direccioacuten
opuesta es decir de liacutequido al gas la operacioacuten se
conoce como desorcioacuten
La solubilidad es una medida de la capacidad de
disolverse una determinada sustancia (soluto) en un
determinado medio (solvente)
La solubilidad de cualquier gas depende de la
temperatura y depende en la forma descrita por la ley
de Vanacute Hoff para el equilibrio moacutevil ldquosi se aumenta la temperatura de un sistema en
equilibrio ocurriraacute un cambio durante el cual se absorberaacute calorrdquo Generalmente pero no
siempre la disolucioacuten de un gas tiene como resultado la evolucioacuten de calor por ello en la
gran mayoriacutea de los casos la solubilidad de un gas decrece al aumentar la temperatura
La oacutesmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor
concentracioacuten hacia zonas de mayor concentracioacuten de soluto El efecto puede pensarse
como una tendencia de los solventes a diluir Es el pasaje espontaacuteneo de solvente desde
una solucioacuten maacutes diluida (menos concentrada) hacia una solucioacuten menos diluida (maacutes
concentrada) cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable La presioacuten
osmoacutetica (π) se define como la presioacuten requerida para evitar el paso de solvente a traveacutes
de una membrana semipermeable y cumple con la expresioacuten
120587119881 = 119899119877119879
n es el nuacutemero de moles de partiacuteculas en la solucioacuten
R es la constante universal de los gases
T es la temperatura en kelvin
Fig1 Variacioacuten de la solubilidad del
CO2 respecto a la temperatura
LEY DE VANacuteHOFF
Si V es el volumen de la solucioacuten que contiene una moleacutecula gramo la presioacuten osmoacutetica w cumple
la relacioacuten
119908119881 = 119877119879
Con R=832 si w se expresa en Nm2
Con R=6230 si w se expresa en cm de Hg
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
EQUILIBRIO LIacuteQUIDO ndash GAS
La diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases que se
transfiere con respecto a la de equilibrio ldquoCuanto maacutes alejado se esteacute de las condiciones
de equilibrio mayor es la trasferencia de materia entre las fasesrdquo
ldquoTodo punto por encima de la curva de equilibrio representa un sistema en el que se realiza
la trasferencia del soluto desde la fase gaseosa a la fase liquida absorcioacutenrdquo
De acuerdo con la ley de Vanrsquot Hoff Si se aumenta la temperatura la solubilidad de un gas
en el liacutequido disminuye
MECANISMO DE ABSORCION
- El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida
- Entre las dos fases existe una delgada zona (interfase) donde se lleva a cabo el
mecanismo de disolucioacuten
- El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases
TEORIA DE LA DOBLE PELICULA
Se supone que la trasferencia de masa en la masa global se realiza por corrientes
convectiva no existiendo gradientes de concentracioacuten dentro de cada fase excepto las
proximidades de la interfase En ambos lados de la interfase existe una delgada peliacutecula
estaacutetica de fluidos (subcapas laminares) a traveacutes de la cual la transferencia de masa se
realiza uacutenicamente por difusioacuten molecular
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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27tC2B4+Hoffamphl=esampsa=Xampei=U_iDU8ySFOTisAT95IAwampved=0CDIQ6AE
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INFOGRAFIA COLGATE PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
Foust Alan Wenzel Leonard Clump Curtis Maus Louis Andersen LBryce
Principios de Operaciones Unitarias Segunda Edicioacuten Deacutecima Reimpresioacuten
Compantildeiacutea Editorial Continental Meacutexico 2006 Paacuteg 463 ndash 464
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p1PovtMp7QjV7gWrngpgoCAamphl=esampsa=Xampei=ZeJ6U6WELsLJsQSPhoGgBA
ampved=0CDQQ6AEwAAv=onepageampq=cilindro20de20separacion20alveo
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calorshtmlmonosearchleynewtixzz32gcmS4YD
httpcentrodeartigoscomarticulos-para-saber-masarticle_46114html
- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
OPERACIONES DE TRANSPORTE EN POSTOBON SA
En el proceso de la elaboracioacuten de los distintos productos se observoacute diferentes
operaciones de transporte que optimizan y automatizan el proceso productivo En este caso
se explicara brevemente el proceso del transporte de las botellas empleando una banda
transportadora tambieacuten el uso de un sistema de tuberiacuteas para el flujo de los jarabes en
caso de las gaseosas o el jugo en caso de los refrescos
BANDAS TRANSPORTADORAS
En el transporte de materiales materias primas minerales y diversos productos se han
creado diversas formas pero una de las maacutes eficientes es la implementacioacuten de bandas
transportadoras Son elementos de una gran sencillez de funcionamiento que una vez
instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecaacutenicos y de mantenimiento
Las bandas trasportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misioacuten es la
de recibir un producto de forma maacutes o menos continua y regular para conducirlo a otro
punto Son aparatos que funcionan solos intercalados en las liacuteneas de proceso y que no
requieren generalmente de ninguacuten operario que manipule directamente sobre ellos de forma
continua En el proceso productivo se usa una banda transportadora para mover las botellas
vaciacuteas hasta cada una de las estaciones de llenado etiquetado y empacado Este sistema
automatizado reduce costos de produccioacuten y es una de las mejores manera para transportar
los envases ademaacutes que garantizan la inocuidad durante el proceso y pueden estar en
funcionamiento en donde los operarios no pueden estar en contacto con los productos tal
es el caso de la pasteurizacioacuten
TUBERIAS PARA EL TRANSPORTE DE FLUIDOS
El meacutetodo maacutes comuacuten para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a traveacutes de
un sistema de tuberiacuteas Las tuberiacuteas de seccioacuten circular son las maacutes frecuentes ya que
esta forma ofrece no soacutelo mayor resistencia estructural sino tambieacuten mayor seccioacuten
transversal para el mismo periacutemetro exterior que cualquier otra forma
El jarabe terminado representa el factor maacutes costoso del proceso productivo asiacute sus
rendimientos deben ser vigilados muy cuidadosamente ya que inciden directa y gravemente
en los costos de fabricacioacuten del producto La elaboracioacuten de jarabe se inicia haciendo uso
del agua tratada que es bombeada haciacutea en el tanque dilutor luego se vierte azuacutecar blanca
industrial en cantidades determinadas para cada sabor y se mezcla uniformemente por el
tiempo necesario
Luego la mezcla es filtrada por varias capas verticales que retienen partiacuteculas extrantildeas
obteniendo jarabe simple que despueacutes es bombeado a otros tanques seguacuten el sabor a
preparar puesto que cada tanque tiene asignado un sabor Despueacutes de reposar el jarabe
es mezclado con esencias colorantes saborizantes etc esto se agita constantemente
Los tanques son de gran tamantildeo debido a la cantidad de produccioacuten requerida teniendo el
de mayor capacidad 3600 gls utilizado para el jarabe del producto con mayor aceptacioacuten
en el mercado Finalmente el jarabe se deja reposar por 12 horas como miacutenimo para luego
ser transportado mediante tuberiacuteas a la liacutenea de embotellado
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
INFOGRAFIA POSTOBON SA
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bebidaspdf
httpeswikipediaorgwikiAbsorciC3B3n_(quC3ADmica)
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
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-
COLGATE ndash PALMOLIVE COMPANY
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 PROCESO UNITARIO ndash SAPONIFICACIOacuteN
iquestEn queacute consiste la saponificacioacuten
El meacutetodo de saponificacioacuten en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en
grandes calderas antildeadiendo lentamente sosa caacuteustica (NaOH) agitaacutendose
continuamente la mezcla hasta que comienza a ponerse pastosa
Esta reaccioacuten se denomina tambieacuten desdoblamiento hidroliacutetico y es una reaccioacuten
exoteacutermica lo que significa que produce calor cuanta maacutes cantidad de jaboacuten hay
maacutes caliente se pone sobre todo en el centro Este calentamiento puede producir
la gelificacioacuten (es el procedimiento mediante el cual se espesan y estabilizan
soluciones liacutequidas emulsiones y suspensiones)
iquestQueacute es el Iacutendice de Saponificacioacuten
El iacutendice de saponificacioacuten es la cantidad en miligramos de una base o aacutelcali
especiacuteficamente de hidroacutexido de potasio que se necesita para saponificar un gramo
de determinado aceite o grasa Este variacutea para cada grasa o aceite en particular
Sin embargo para elaborar el jaboacuten tradicional el aacutelcali maacutes utilizado normalmente
es la sosa (hidroacutexido soacutedico) por lo que seraacute necesario transformar el iacutendice de
saponificacioacuten de cada grasa en otro tipo de iacutendice alternativo que esteacute expresado
en peso de sosa
Para ello bastaraacute con multiplicar el iacutendice de saponificacioacuten de cada grasa concreta
por la masa molar de la sosa (hidroacutexido soacutedico) y dividir por la masa molar del
hidroacutexido potaacutesico
La tabla que se muestra a continuacioacuten es la maacutes utilizada en jaboneriacutea y sus
paraacutemetros estaacuten basados en los valores medios de los iacutendices de saponificacioacuten
reales de cada grasa donde se han convertido algunos paraacutemetros para evitar los
caacutelculos
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
Foust Alan Wenzel Leonard Clump Curtis Maus Louis Andersen LBryce
Principios de Operaciones Unitarias Segunda Edicioacuten Deacutecima Reimpresioacuten
Compantildeiacutea Editorial Continental Meacutexico 2006 Paacuteg 463 ndash 464
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ampved=0CDQQ6AEwAAv=onepageampq=cilindro20de20separacion20alveo
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httpwwwmonografiascomtrabajos18transferencia-calortransferencia-
calorshtmlmonosearchleynewtixzz32gcmS4YD
httpcentrodeartigoscomarticulos-para-saber-masarticle_46114html
- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
Tabla Baacutesica De Valores De Saponificacioacuten (Miligramo De Hidroacutexido De Sodio Por Gramo De Grasa)
Sustancia Iacutendice De
Saponificacioacuten Sustancia
Iacutendice De
Saponificacioacuten
Aceite De Oliva 0134 Aceite De Coco 0190
Aceite De Palma 0141 Aceite De Girasol 0134
Aceite De Ricino 0128 Aceite De
Almendras Dulces 0136
Aceite De
Aguacate 0133 Aceite De Soja 0135
Aceite De Maiz 0136 Aceite De Seacutesamo 0133
Aceite De Jojoba 0069 Aceite De Palmiste 0156
Aceite De Germen
De Trigo 0132 Cera De Abeja 0069
Manteca De
Cacao 0137 Aceite De Kariteacute 0128
Por ejemplo para saponificar totalmente 100 g de aceite de oliva (en la tabla su
paraacutemetro es de 0134) basta multiplicar 100 x 0134 = 134 g de sosa
necesitaremos
En el caso que se vaya a hacer un jaboacuten con diferentes aceites habriacutea que buscar
la cantidad necesaria de sosa para cada tipo de aceite concreto y luego sumarlas
todas
iquestCoacutemo se realizan los procesos de saponificacioacuten en Colombia
En la industria nacional la produccioacuten de jabones para lavar se fundamenta en
procesos discontinuos comuacutenmente realizados en pailas de saponificacioacuten La
tecnologiacutea de punta se orienta hacia la produccioacuten de jaboacuten en procesos continuos
en donde es posible la optimizacioacuten del proceso en teacuterminos de consumo
energeacutetico tiempo de operacioacuten y la calidad del producto
Saponificacioacuten Continua La temperatura es una variable de significativa
importancia que debe ser controlada en los procesos de saponificacioacuten Se
considera que por cada 10 o C de aumento en la temperatura la velocidad de
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
reaccioacuten se incrementaraacute por un factor de 2 En la siguiente tabla establece el
tiempo de saponificacioacuten de acuerdo con las condiciones de temperatura
iquestCoacutemo varia el tiempo de reaccioacuten seguacuten la temperatura
TEMPERATURA (o C) TIEMPO DE REACCION
(minutos)
90 360
100 180
120 45
Por el proceso convencional para la manufactura del jaboacuten es decir el proceso en
batch (proceso por lotes) se logra un mejor control de la reaccioacuten mientras menor
sea la temperatura de operacioacuten (normalmente la etapa se efectuacutea a 90 degC) este
fenoacutemeno implica un mayor tiempo para alcanzar una completa saponificacioacuten y por
tanto incide sobre el aumento en el consumo materias primas energiacutea eleacutectrica
consumo de vapor
Las plantas productoras de jabones que funcionan bajo condiciones de proceso
continuo operan a elevadas condiciones de temperatura y presioacuten ademaacutes el
sistema cuenta con un dispositivo que controla el suministro de materias primas el
cual permite optimizar el proceso en teacuterminos de consumo de materia prima por
unidad de producto elaborado
Se ha estimado que el tiempo de residencia en el reactor de saponificacioacuten desde
cuando se alimenta la materia prima hasta la descarga de la masa jabonosa oscila
en un rango de 30 minutos
PROCESO UNITARIO DE SOPLADO DE BOTELLAS EN COLGATE
PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
En la planta de suavizantes de Colgate Palmolive se emplea una operacioacuten unitaria
de soplado de botellas PET Estas botellas son empleadas como envase para
Soflan Suavitel este producto es empleado como suavizantes de telas
El PET es un tipo de materia prima plaacutestica derivada del petroacuteleo correspondiendo
su foacutermula a la de un polieacutester aromaacutetico Su denominacioacuten teacutecnica es polietileacuten
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
tereftalato o politereftalato de etileno y forma parte del grupo de los termoplaacutesticos
razoacuten por la cual es posible reciclarlo
DESCRIPCION DEL PROCESO DE SOPLADO
El proceso de estirado - soplado se utiliza en la produccioacuten de envases PET
(Tereftalato de Polietileno) para orientar a las moleacuteculas en forma bi-axial Eacuteste
ordenamiento permite mejorar propiedades fiacutesicas como de barrera para los gases
transparencia y claridad con la finalidad de cumplir las exigencias de una botella
empleada en productos liacutequidos alimenticios y bebidas carbonatadas
Para esto las preformas (primera forma de una botella fabricada por inyeccioacuten) son
calentadas aproximadamente 100˚C temperatura a la cual el PET es gomoso
elaacutestico faacutecilmente deformable y en un tiempo determinado crece la altura y
diaacutemetro a traveacutes del estirado ndash soplado aproximadamente a 50 bar adoptando
muacuteltiples formas
TRASFERENCIA DE CALOR Y TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE
LOS TERMOPLASTICOS
La transferencia de calor llevada a cabo en el proceso del calentamiento de la
preforma de PET se realiza mediante conduccioacuten La transmisioacuten de calor por
conduccioacuten es un proceso de transmisioacuten de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos sin intercambio de materia por el que el calor fluye desde un
cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que estaacute en contacto con
el primero
Por lo tanto el proceso de soplado cumple con la ley de conduccioacuten baacutesica de
Fourier
LEY BASICA DE CONDUCCION
La relacioacuten baacutesica del flujo de calor por conduccioacuten es la proporcionalidad existente
entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura Esto se conoce como la ley de
Fourier la cual se utiliza para flujo estacionario unidimensional en la direccioacuten x
119889119902
119889119860= minus119896
119889119879
119889119909
Siendo
119902 = 119907119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119860 = 119886119903119890119886 119889119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119879 = 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
119909 = 119889119894119904119905119886119899119888119894119886 119898119890119889119894119889119886 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119899119900119903119898119886119897 119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890
119896 = 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
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-
Las expresiones generales de la ley de Fourier para flujo en las tres direcciones en
un material isotroacutepico son
(119889119902
119889119860)
119909= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119910= minus119896
119889119879
119889119909
(119889119902
119889119860)
119911= minus119896
119889119879
119889119909
Las derivadas parciales de las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto el hecho
de que la temperatura variacutea tanto como la localizacioacuten como con el tiempo Estas
ecuaciones son los componentes de la ecuacioacuten del vector sencillo
119889119902
119889119860= minus119896nabla119879
Donde
119902 119864119904 119890119897 119907119890119888119905119900119903 119889119890 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119906119899119894119889119886119889 119889119890 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 (119908
1198982)
119896 119890119904 119906119899119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890 119889119890 119901119903119900119901119900119903119888119894119900119899119886119897119894119889119886119889 119897119897119886119898119886119889119886 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119889119886119889 119905119890119903119898119894119888119886 (119908
119898119870)
nabla119879 119864119904 119890119897 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119886119898119901119900 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119890119899 119890119897 119894119899119905119890119903119894119900119903 119889119890119897 119898119886119905119890119903119894119886119897 (119870
119898)
TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA DE LOS TERMOPLASTICOS
El PET pertenece al grupo de los termoplaacutesticos Son compuestos que pueden ser
deformados bajo la influencia del calor y de la compresioacuten conservando su nueva
forma al enfriarse y dejar de actuar la accioacuten pero que pueden ser nuevamente
reblandecidos por el calor y vueltos a moldear El proceso de su moldeo es por lo
tanto reversible
La Temperatura de transicioacuten viacutetrea (Tg) es la temperatura a la que se da una
seudotransicioacuten termodinaacutemica en materiales viacutetreos por lo que se encuentra en
vidrios poliacutemeros termoplaacutesticos y otros materiales inorgaacutenicos amorfos Se
entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el
estado riacutegido del material Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las
moleacuteculas son mucho maacutes deacutebiles que el movimiento teacutermico de las mismas por
ello el poliacutemero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de
deformacioacuten plaacutestica sin fractura
Este tipo de transicioacuten se observa en materiales viacutetreos entre un estado liacutequido (el
material fluye) y otro estado aparentemente soacutelido este estado aparentemente
soacutelido es un estado de no-equilibrio termodinaacutemico el material es considerado un
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
liacutequido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas) con
movimientos en sus segmentos praacutecticamente congelados
Tomando en cuenta la ley de Vogel-Fulcher se
tiene que la temperatura de transicioacuten viacutetrea del
estado liacutequido al estado viacutetreo es un fenoacutemeno
cineacutetico que corresponde al punto de referencia de
un estado de no-equilibrio debido al congelamiento
de la relajacioacuten α
El flujo de calor 120573 =119889119876
119889119905= 119888119901119898119902 donde119902 =
119889119879
119889119905
El anaacutelisis de los resultados requiere de una
anaacutelisis de Fourier con el cual se obtiene un resultado una capacidad caloriacutefica CP
compleja es decir con un componente real y otro imaginario
119888lowast119875 = 119888prime
119875 minus 119894119888primeprime119875
Donde la parte real
Y la parte imaginaria
Para (Aacutengulo de fase del proceso de relajacioacuten del poliacutemero) que son
funciones tanto de la temperatura como de la frecuencia
La temperatura de transicioacuten viacutetrea Politereftalato de etileno PET es de 80degC
CAPACIDAD DE RECUPERACIOacuteN DE LOS TERMOPLAacuteSTICOS
Los plaacutesticos presentan un comportamiento basado en el principio del efecto de
relajacioacuten Se considera un simple tubo de plaacutestico en el que las macromoleacuteculas
esteacuten enmarantildeadas Cuando se procede a calentar el tubo hasta que su
temperatura esteacute dentro del intervalo termoplaacutestico (por encima de la temperatura
de transicioacuten viacutetrea TG pero por debajo del intervalo de temperaturas de flujo TF)
Despueacutes de calentar el tubo se puede doblar con relativa facilidad el tubo hasta
obtener un aacutengulo deseado Este proceso de calentamiento seguido de deformacioacuten
se denomina tambieacuten conformado Despueacutes del conformado se enfriacutea raacutepidamente
el tubo por debajo de la temperatura de TG El tubo queda curvado
Este mismo procedimiento se lleva a cabo para el proceso de soplado de las botellas
PET Se calienta la probeta por encima de su temperatura viacutetrea durante unos
segundos y se procede a introducir en una preforma seguido de un tubo que inyecta
aire a presioacuten constante en la probeta la cual se expande y toma la forma deseada
Si se pudiera observar las moleacuteculas situadas justo en el punto se ha expandido el
PET se observariacutea que ahiacute no se encuentran ya enmarantildeadas sino que maacutes bien
estaacuten estiradas Esto recibe el nombre de orientaciones en el plaacutestico Puesto que
la temperatura es demasiado baja eacutestas no pueden evolucionar hasta su forma
enmarantildeada anterior Se dice en este caso que las orientaciones estaacuten congeladas
Graacutefico de temperatura
de transicioacuten viacutetrea
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
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Principios de Operaciones Unitarias Segunda Edicioacuten Deacutecima Reimpresioacuten
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
INGENIO LA CABANtildeA
El Ingenio La Cabantildea SA es una empresa
Agroindustrial ubicada en el departamento del
Cauca dedicada a la produccioacuten y
comercializacioacuten de azuacutecares y mieles posee
alrededor de 20000 hectaacutereas de terrenos
destinados al cultivo de la cantildea de azuacutecar y alrededor de 200000 metros cuadrados
asignados a la planta fiacutesica de la faacutebrica y aacutereas administrativas Entre su personal
existente dispone alrededor de 1700 personas afiliadas y 1500 contratistas
La planta de produccioacuten estaacute conformada principalmente por los equipos de
molinos turbinas calderas clarificadores calentadores filtros evaporadores
tachos cristalizadores centriacutefugas secadoras transportadores y ademaacutes
elementos teacutecnicos y humanos necesarios para el cumplimiento de la funcioacuten fabril
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
PROCESO DE EVAPORACION
El objetivo de este proceso es concentrar el jugo claro proveniente del clarificador
para obtener un jarabe La estacioacuten de evaporacioacuten consta de un evaporador
principal que recibe el nombre de pre evaporador y cuatro liacuteneas de evaporadores
en arreglo de cuaacutedruple cada liacutenea de evaporacioacuten estaacute provista de instrumentacioacuten
y equipos de control
El jugo clarificado se recibe en los evaporadores con un contenido de soacutelidos se concentra por evaporacioacuten de muacuteltiple efecto y se entrega con una determinada concentracioacuten Este jugo concentrado se denomina jarabe o meladura En este proceso se comienza a evaporar el agua del jugo El jugo claro posee casi la misma composicioacuten del jugo crudo extraiacutedo (con la excepcioacuten de las impurezas eliminadas en la cachaza) Eacuteste proceso se da en evaporadores de muacuteltiples efectos al vaciacuteo que consiste en una solucioacuten de celdas de ebullicioacuten dispuestas en serie El jugo entra primero en el pre evaporador y se calienta hasta el punto de ebullicioacuten comienza a ebullir se generan vapores los cuales sirven para calentar el jugo en el siguiente efecto logrando asiacute un menor punto de ebullicioacuten en cada evaporador En el proceso de evaporacioacuten se obtiene el jarabe o meladura
Entre los factores maacutes importantes que afectan el proceso de evaporacioacuten se
encuentran los factores fisicoquiacutemicos del liacutequido y factores de proceso como
Concentracioacuten Factor fisicoquiacutemico muy importante en el proceso de
evaporacioacuten porque determina dos elementos fundamentales de la
transferencia de calor la capacidad caloriacutefica de la solucioacuten y la elevacioacuten
del punto de ebullicioacuten de la solucioacuten
Elevacioacuten del Punto de Ebullicioacuten Cuando se disuelve un soluto no volaacutetil en un solvente la presioacuten de vapor del solvente decrece y el punto de
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
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-
ebullicioacuten aumenta pues se requiere maacutes energiacutea para que la solucioacuten alcance una presioacuten de vapor igual a la presioacuten del sistema El meacutetodo que se utiliza para la determinacioacuten de estos aumentos puede ser el meacutetodo de Contrell el meacutetodo isoteniscoacutepico o bien por medio de un condensador a reflujo el cual va conectado a un manoacutemetro lo que indica cuando la solucioacuten alcanza la presioacuten atmosfeacuterica
Solubilidad Todo soacutelido posee una solubilidad maacutexima en agua y existe una regioacuten denominada la regioacuten de saturacioacuten Si se pasa de esta zona se llega a la regioacuten de sobresaturacioacuten donde la precipitacioacuten o cristalizacioacuten es casi inevitable
Presioacuten y Temperatura La presioacuten de operacioacuten determinaraacute el punto de ebullicioacuten a trabajar y por ende la temperatura De acuerdo con el modelo experimental de Classius y Clappeyron si se disminuye la presioacuten del sistema la temperatura de ebullicioacuten disminuiraacute de acuerdo a un modelo exponencial negativo
Sensibilidad Teacutermica Determina la temperatura maacutexima a operar y de acuerdo con la regla de fases tenemos dos grados de libertad de modo que al fijar la temperatura y la concentracioacuten se ha definido ya la presioacuten de operacioacuten
Capacidad Caloriacutefica Es la cantidad de energiacutea en Joules (o BTU) que se
requiere para aumentar un grado centiacutegrado (o Fahrenheit) por unidad de
masa
Presioacuten de Vapor La presioacuten de vapor es una propiedad de los liacutequidos que
determina la presioacuten que formaraacute en un sistema cerrado el vapor del liacutequido
a una temperatura establecida
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
MODELO MATEMAacuteTICOS
Balance de masa
Balance de fraccioacuten de soluto (soacutelido)
Balance de entalpiacutea para cada efecto
Donde
A Aacuterea del intercambiador de calor m2
Hf Entalpiacutea de la alimentacioacuten al primer efecto kJkg
Hp1 Entalpiacutea del producto concentrado del ultimo efecto kJkg
Hvs Entalpiacutea del vapor saturado a la temperatura Ts kJkg
Hcs Entalpiacutea del condensado kJkg
mf Flujo maacutesico de la alimentacioacuten al primer efecto kgs
mp Flujo maacutesico del producto concentrado del ultimo efecto kgs
ms Flujo maacutesico de vapor que ingresa al primer efecto kgs
mv1 mv2 mv3 Flujo maacutesico de vapor del efecto 1 2 3 kgs
q Velocidad de transferencia de calor W
Ts Temperatura del vapor que ingresa al primer efecto degC
T1 Temperatura mantenida en la caacutemara del primer efecto degC
Tf Temperatura de la alimentacioacuten al primer efecto degC
U Coeficiente de transferencia de calor Wm2K
xf Fraccioacuten de soluto en el alimento al primer efecto
xp Fraccioacuten de soluto en el producto del ultimo efecto
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
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httpcentrodeartigoscomarticulos-para-saber-masarticle_46114html
- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
Proceso de cristalizacioacuten
Este proceso se realiza a partir de una
solucioacuten (almiacutebar) en la que reacciona
un soluto que seraacute un compuesto
orgaacutenico solido (azuacutecar) y un solvente
liacutequido agua
Consiste en una operacioacuten controlada
simultaacuteneamente por la transferencia
de materia y la transmisioacuten de calor el
procedimiento maacutes habitual es concentrar la disolucioacuten y despueacutes enfriarla en
condiciones controladas De este modo la concentracioacuten de soluto supera el valor
de su solucioacuten a esa temperatura y a partir de la disolucioacuten sobresaturada se
produce la formacioacuten de sus cristales
En el ingenio la cabantildea la cristalizacioacuten de la sacarosa se lleva a cabo en tachos
al vaciacuteo donde se controla y acelera el proceso al introducir al tacho unos gramos
de polvillo de azuacutecar molido para finalmente obtener una mezcla de cristales de
sacarosa y miel
Los cristales de sacarosa se separan de la miel en las centrifugas estas mieles
vuelven a los tachos para ser agotadas y finalmente utilizadas como materia prima
en la produccioacuten de alcohol etiacutelico
El azuacutecar retenido en la mallas de las centrifugas se disuelve con agua caliente y
recibe el nombre de licor el cual se enviacutea a la refineriacutea para continuar el proceso
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
MODELO MATEMAacuteTICO DEL TACHO
La masa cocida (masa total mT) consta de dos fases
Cristales masa de cristales (mC)
Jarabe masa de jarabe( mJ)
El jarabe estaacute formado por agua sacarosa e impurezas disueltas Por lo
tanto para caracterizar el estado del tacho se necesitan cuatro magnitudes las
cantidades de masa de cada especie existente en un momento dado
Relaciones
mSOL = mS + mI (1)
mJ = mA + mSOL = mA + mS + mI (2)
mT = mC + mJ = mC + mA + mS + mI (3)
donde
mC masa de cristales de sacarosa
mI masa de impurezas disueltas
mS masa de sacarosa disuelta
mSOL masa de soluto
mA masa de agua
mJ masa de jarabe
mT masa cocida
En la caacutemara hay una cierta cantidad de masa de vapor de agua (mV) que estaacute en
relacioacuten con la presioacuten y la temperatura
Relaciones empiacutericas de intereacutes
Brix porcentaje en masa del soluto disuelto en la disolucioacuten
119887119909 = 100 119898119904119900119897
119898119895
Pureza de la disolucioacuten porcentaje en masa de la sacarosa disuelta con respecto a la masa total de soluto disuelto
119901119909 = 100 119898119904
119898119904119900119897
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
El contenido de azuacutecar de la masa cocida (WC) tanto por ciento en masa de los cristales de sacarosa respecto del total
119882119888 = 100119898119888
119898120591=
100
100 minus 119887119909 (119887119909119905 minus 119887119909)
Brix total de la masa cocida residuo seco obtenido de 100g de masa cocida
119887119909119905 = 100119898119904119900119897 + 119898119888
119898120591= 119887119909 + (1 minus
119887119909
100) 119882119888
Concentracioacuten de la disolucioacuten gramos de sacarosa disueltos por cada 100g de agua
119862 = 100119898119904
119898119860
Relacioacuten de Impurezas-Agua correccioacuten de la concentracioacuten de saturacioacuten debida a las impurezas
119877119899 =119898119868
119898119860
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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- Empresa 2pdf
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-
ALIMENTOS CARIBE
Alimentos Caribe es una de las maacutes grandes productoras de arroz en Colombia Se
dedican al procesamiento y comercializacioacuten de arroz blanco y productos derivados
de arroz
OPERACIOacuteNES DE TRANSFORMACIOacuteN
1 SECADO (OPERACIOacuteN UNITARIA DE TRANSFERENCIA SIMULTAacuteNEA DE
CALOR Y MASA)
El secado de arroz Paddy influye en la capacidad de almacenamiento y en la masa
final del grano tambieacuten en el consumo de energiacutea y en el porcentaje de granos
enteros al finalizar el proceso
Cuando un soacutelido con humedad es sometido al secado teacutermico dos operaciones
ocurren simultaacuteneamente
Transferencia de calor para aumentar la temperatura del soacutelido mojado y
evaporar el contenido de humedad
Transferencia de masa en forma de humedad interna hacia la superficie del
soacutelido y su subsecuente evaporacioacuten
Humedad
Contenido De Humedad De Un Soacutelido Base Seca
119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119890119899 119890119897 119904oacute119897119894119889119900 (119883119879) =119898119886119904119886 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119898119886119904119886 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Humedad Relativa Definida (HR)
Es el contenido de humedad que posee el aire que entra en un secador
Humedad de Equilibrio (119935lowast)
Es la porcioacuten de agua del soacutelido huacutemedo que no puede ser removida por el aire que
entra Este tambieacuten es el punto final o liacutemite del secado al cual se llega hasta que la
humedad de dicho material esteacute en equilibrio con el aire que le rodea es decir hasta
que la presioacuten de vapor de la humedad del soacutelido iguale a la presioacuten parcial de la
corriente gaseosa
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
La humedad de equilibrio se alcanza cuando un producto se deja un tiempo
relativamente largo expuesto a temperatura y humedad relativa constantes
La figura anterior (Diagrama esquemaacutetico del proceso de simulacioacuten ndash Thompson
1970) representa el paso de aire a una temperatura (T) y humedad relativa (HR) por
una capa delgada de granos de espesor (dx) contenido de humedad (Ch) y
temperatura (Tg) durante en intervalo de tiempo t En este intervalo de tiempo
cierta cantidad de humedad (ΔCh) se evapora de los granos y es llevada por el aire
que pasa a tener mayor humedad absoluta (HR + ΔHR) Al mismo tiempo el aire
disminuye su temperatura (T ndash ΔT) en forma proporcional el aumento de
temperatura del grano que va a incrementarse (Tg + ΔTg) Hay 4 variables dentro
del sistema (T HR Tg y Ch)
El secado se genera principalmente por el equilibrio de las presiones de vapor del
grano y del aire ambiente El contenido de humedad de equilibrio ( 119883lowast) depende
principalmente de la temperatura del aire de secado (T) y la humedad relativa del
aire (HR) Las constantes A B y C se obtienen por experimentacioacuten y dependen del
tipo de grano Las siguientes ecuaciones son las maacutes utilizadas para arroz
Ecuacioacuten de Henderson y Thompson Ecuacioacuten de Chung
119883lowast =(
ln(1 minus 119867119877)minus119860(119879 + 119862)
)
1119861frasl
100
119883lowast = 119861 minus 119860119897119899(minus(119879 minus 119862) ln(119867119877))
Es importante aclarar que en el proceso de manufactura del Arroz Caribe Excelso
el valor maacuteximo permitido de humedad de equilibrio en el arroz con caacutescara seco
es del 14
No alcanzar la humedad de equilibrio generaraacute hongos en el proceso de
almacenamiento por otro lado sobre secar el grano reduce la masa del producto
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
generando peacuterdidas econoacutemicas para la industria molinera Ademaacutes realizar el
proceso con una mayor temperatura fragiliza el grano generando un mayor
porcentaje de granos partidos
Humedad Libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del soacutelido y el contenido de agua
en equilibrio
119867119906119898119890119889119886119889 119871119894119887119903119890 = 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890119897 119878oacute119897119894119889119900 minus 119867119906119898119890119889119886119889 119889119890 119864119902119906119894119897119894119887119903119894119900
119883 = 119883119879 minus 119883lowast
Difusioacuten en Soacutelidos ldquoLey de Fickrdquo
Al secar un soacutelido en el seno de una masa de aire el agua contenida en el soacutelido se
desplaza hacia la interface y posteriormente al seno del gas
En los soacutelidos relativamente homogeacuteneos como los materiales orgaacutenicos fibrosos
la humedad se mueve hacia la superficie por difusioacuten molecular principalmente
Ley de Fick para el transporte de masa
119873119886
119860= minus120071
119889119862119886
119889119909
Doacutende
119873119886 = 119881119890119897119900119888119894119889119886119889 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886 (119898119886119904119886
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
119898119900119897
119904)
120071 = 119863119894119891119906119904119894119907119894119889119886119889 119889119890 119898119886119904119886 (1198711199001198991198921198941199051199061198892
119905119894119890119898119901119900rarr 119878119868
1198982
119904)
119860 = Aacute119903119890119886 119889119890 119879119903119886119899119904119901119900119903119905119890 (1198711199001198991198921198941199051199061198892 rarr 119878119868 1198982)
119889119862119886
119889119909= 119866119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899 119890119899 119897119886 119889119894119903119890119888119888119894119900119899 119889119890 119897119886 119889119894119891119906119904119894oacute119899
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
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dq=cilindro+de+separacion+alveoladoampsource=blampots=hCzDLVg0_fampsig=jGTx
p1PovtMp7QjV7gWrngpgoCAamphl=esampsa=Xampei=ZeJ6U6WELsLJsQSPhoGgBA
ampved=0CDQQ6AEwAAv=onepageampq=cilindro20de20separacion20alveo
ladoampf=false
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- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
El secado estaacute pues limitado por los mecanismos internos de transferencia de masa
Una aproximacioacuten que se usa comuacutenmente en el periacuteodo de velocidad decreciente
es utilizar la difusividad efectiva Def como paraacutemetro que reuacutene o combina todos los
mecanismos internos de transferencia de masa Este valor se determina a partir de
las curvas de secado ajustando estos valores a la ecuacioacuten de difusioacuten en estado
no estacionario que es
119889119883119879
119889119905= 119967119871 (
1205972119883119879
1205971199092)
119967119871 = 119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119889119890 119889119894119891119906119904119894oacute119899 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119886 119886119901119897119894119888119886119887119897119890
119886119897 119898119900119907119894119898119894119890119899119905119900 119886 119905119903119886119907eacute119904 119889119890 119897119886 119891119886119904119890 119904oacute119897119894119889119886
119883119879 = 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905119897119887 119889119890 119897iacute119902119906119894119889119900
119897119887 119889119890 119904oacute119897119894119889119900 119904119890119888119900
Velocidad de Secado
En los caacutelculos de secado debe considerarse la curca de velocidad de secado en
sus secciones principales ya que los factores controlantes difieren a lo largo de las
distintas partes de la curva La velocidad de secado se define como
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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dq=cilindro+de+separacion+alveoladoampsource=blampots=hCzDLVg0_fampsig=jGTx
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httpwwwpisonlineusgranoslimpiezaphp
httpcatarinaudlapmxu_dl_atalesdocumentoslimmazariegos_b_dcapitulo5
httpwwwvirtualunaleducocursossedesmanizales4070035leccionescap7
leccion7_5htm
httpwwwmonografiascomtrabajos18transferencia-calortransferencia-
calorshtmlmonosearchleynewtixzz32gcmS4YD
httpcentrodeartigoscomarticulos-para-saber-masarticle_46114html
- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
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-
119882 =119878
119860(minus
119889119883119879
119889119905)
W = velocidad de secado
A = aacuterea de la superficie expuesta
S = peso del soacutelido seco Si reordenamos la ecuacioacuten anterior se obtiene el valor del Tiempo De Secado
int 119889119905 =minus119878
119860int
119889119883119879
119882
1198832
1198831
119905
0
1198831 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 0
1198832 119862119900119899119905119890119899119894119889119900 119892119897119900119887119886119897 119889119890 ℎ119906119898119890119889119886119889 119886119897 119905119894119890119898119901119900 119905
Curva tiacutepica de secado para condiciones constantes de secado contenido de humedad en funcioacuten del tiempo
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
119898119886119905119890119903119894119886119897 119910 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890 119897119886 119888aacute119898119886119903119886 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119880119896 =
119862119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119905119900119905119886119897 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
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calorshtmlmonosearchleynewtixzz32gcmS4YD
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-
Curva tiacutepica de velocidad de secado en condiciones constante de
secado velocidad de secado en funcioacuten del contenido de humedad
Velocidad Total de Transferencia de Calor
Dado que la cantidad total de calor se transferiraacute con mecanismos de conduccioacuten a
traveacutes del soacutelido conveccioacuten desde el gas y radiacioacuten desde los alrededores
tomados hacia la superficie de evaporacioacuten la velocidad total de transferencia de
calor (qT) es
119902119879 = ℎ119881119860(119879119881 minus 119879119894) = ℎ119888119860(119879119881 minus 119879119894) + ℎ119903119860(119879119908 minus 119879119894) + 119880119896119860(119879119881 minus 119879119894)
Doacutende
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119889119890 119888119886119897119900119903 119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894119900119899 119889119890119904119889119890 119890119897 119892119886119904 ℎ119886119904119905119886 119890119897 119904oacute119897119894119889119900
ℎ119888 =
119888119900119890119891119894119888119894119890119899119905119890 119901119886119903119886 119897119886 119905119903119886119899119904119891119890119903119890119899119888119894119886 119903119886119889119894119886119899119905119890 119889119890 119888119886119897119900119903 119890119899119905119903119890 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890119897
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119880119896 =
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119901119900119903 119888119900119899119907119890119888119888119894oacute119899 119910 119888119900119899119889119906119888119888119894oacute119899 119886 119905119903119907eacute119904 119889119890119897 119897119890119888ℎ119900 ℎ119886119888119894119886 119897119886 119904119906119901119890119903119891119894119888119894119890 119889119890 119890119907119886119901119900119903119886119888119894oacute119899
119879119908 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886119904 119901119886119903119890119889119890119904 119889119890119897 119890119904119901119886119888119894119900 119889119890 119904119890119888119886119889119900
119879119881 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890119897 119892119886119904 119889119890119904119890119888119886119899119905119890
119879119894 = 119879119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 119889119890 119897119886 119894119899119905119890119903119891119886119904119890 119897iacute119902119906119894119889119900 minus 119892119886119904
Ley De Fourier Para El Transporte De Calor por Conduccioacuten
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
119889119909 119892119903119886119889119894119890119899119905119890 119889119890 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886
El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
INFOGRAFIA POSTOBON SA
httpalimentariapetripodcomt-establepdf
httpwwwinfracommxwp-contentuploads201309002-carbonatacion-
bebidaspdf
httpeswikipediaorgwikiAbsorciC3B3n_(quC3ADmica)
httpeswikipediaorgwikiPropiedad_coligativa
httpeducacionescubaeducacumediaspdf2697pdf
httpwwwdspaceespoleduecbitstream123456789614926CAPITULO1doc
httpbooksgooglecomcobooksid=3y9fRxAhYsUCamppg=PA95ampdq=ley+de+Van
27tC2B4+Hoffamphl=esampsa=Xampei=U_iDU8ySFOTisAT95IAwampved=0CDIQ6AE
wAQv=onepageampq=ley20de20VantC2B420Hoffampf=false
INFOGRAFIA COLGATE PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
httpeswikipediaorgwikiColgate-Palmolive
httpssitesgooglecomsitecocina4ingenierosciencia-y-
tecnologiatecnicasgelificacin
httpucvvirtualedupecampusHDVirtual700426354TeorC3ADa7000001
834TecNoAl_08pdf
httpwwwecuredcuindexphpSaponificaciC3B3n
httpwwwscientificpsychiccomfitnessaceites-grasashtml
httpwwwtecnologiaslimpiasorghtmlcentral352302352302_prevhtm
httpwwweisuvaes~macromolcurso05-
06petpropiedades_y_caracteristicashtm
httpwwwjqcomarImagenesProductosPETdtecnicospropiedadeshtm
httpwwwpetpackcomcoenvases-pet-para-llenado-en-caliente
httpeswikipediaorgwikiTemperatura_de_transiciC3B3n_vC3ADtrea
httpeswikiversityorgwikiTermoplC3A1sticos
BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
Foust Alan Wenzel Leonard Clump Curtis Maus Louis Andersen LBryce
Principios de Operaciones Unitarias Segunda Edicioacuten Deacutecima Reimpresioacuten
Compantildeiacutea Editorial Continental Meacutexico 2006 Paacuteg 463 ndash 464
INFOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
httpwwwalimentoscaribecomproductosarroz-caribe
httptiendaicontecorgbriefNTC671pdf
httpesscribdcomdoc4044196operaciones-unitarias
httpwwwscieloorgcoscielophppid=S0120-
62302010000600008ampscript=sci_arttext
httpwwwfaoorgdocrepx5027sx5027S03htm
httpbooksgooglecomcobooksid=44gxKGHjSt4Camppg=PA103amplpg=PA103amp
dq=cilindro+de+separacion+alveoladoampsource=blampots=hCzDLVg0_fampsig=jGTx
p1PovtMp7QjV7gWrngpgoCAamphl=esampsa=Xampei=ZeJ6U6WELsLJsQSPhoGgBA
ampved=0CDQQ6AEwAAv=onepageampq=cilindro20de20separacion20alveo
ladoampf=false
httpwwwpisonlineusgranoslimpiezaphp
httpcatarinaudlapmxu_dl_atalesdocumentoslimmazariegos_b_dcapitulo5
httpwwwvirtualunaleducocursossedesmanizales4070035leccionescap7
leccion7_5htm
httpwwwmonografiascomtrabajos18transferencia-calortransferencia-
calorshtmlmonosearchleynewtixzz32gcmS4YD
httpcentrodeartigoscomarticulos-para-saber-masarticle_46114html
- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
La transferencia espontanea de calor ocurre cuando una regioacuten posee una mayor
cantidad de energiacutea teacutermica que las que se encuentran en una regioacuten vecina parte
de la energiacutea teacutermica se transporta por medio del movimiento molecular aleatorio
desde la regioacuten de mayor a la de menor energiacutea
Ley de Fourier para el transporte de calor
119902
119860= minus119896
119889119879
119889119909
119889119900119899119889119890
119896 119888119900119899119889119906119888119905119894119907119894119889119886119889 119905eacute119903119898119894119888119886 119888119900119899119904119905119886119899119905119890
119890119904 119891119906119899119888119894oacute119899 119889119890119897 119888119886119897119900119903 119890119904119901119890119888iacute119891119894119888119900 119910 119897119886 119889119890119899119904119894119889119886119889 119889119890 119897119886 119904119906119904119905119886119899119888119894119886
119879 119905119890119898119901119890119903119886119905119906119903119886 (deg119862 deg119865)
119902
119860 119891119897119906119895119900 119889119890 119888119886119897119900119903
119889119879
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El signo negativo indica que la energiacutea fluye en la direccioacuten en que la temperatura
decrece o hacia abajo en el gradiente de temperatura y la cantidad dTdx es una
cantidad negativa la temperatura decrece a medida que x aumenta
Ley De Newton Para La Transferencia De Calor Por Conveccioacuten
Newton planteo una ley que plantea que la temperatura cambia en un objeto es
proporcional a la diferencia entre su temperatura y la del medio que le rodea
119876 = ℎ119860(119879119901 minus 119879infin)
En esta ley Q (Js) indica la velocidad de transferencia de calor A (m2) el aacuterea o
superficie de intercambio Tp es la temperatura de la superficie 119879infin es la temperatura
del fluido y h (Wm2 K) es el coeficiente de intercambio caloacuterico superficial
El modo de transferencia de calor por conveccioacuten se compone de dos mecanismos
Ademaacutes de la transferencia de energiacutea debido al movimiento molecular aleatorio la
energiacutea tambieacuten se transfiere por el movimiento del fluido Este movimiento estaacute
asociado con el hecho de que en cualquier instante un gran nuacutemero de moleacuteculas
se estaacuten moviendo colectivamente o en forma de agregados Tal movimiento en la
presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor
Debido a que las moleacuteculas en conjunto conservan su movimiento aleatorio la
transferencia total de calor es debido a la superposicioacuten de transporte de energiacutea
por el movimiento aleatorio de las moleacuteculas y por el mayor movimiento del fluido a
continuacioacuten
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
TRANSPORTES FIacuteSICOS
Cadena
Cangilones Sinfines
BIBLIOGRAFIA POSTOBON SA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
INFOGRAFIA POSTOBON SA
httpalimentariapetripodcomt-establepdf
httpwwwinfracommxwp-contentuploads201309002-carbonatacion-
bebidaspdf
httpeswikipediaorgwikiAbsorciC3B3n_(quC3ADmica)
httpeswikipediaorgwikiPropiedad_coligativa
httpeducacionescubaeducacumediaspdf2697pdf
httpwwwdspaceespoleduecbitstream123456789614926CAPITULO1doc
httpbooksgooglecomcobooksid=3y9fRxAhYsUCamppg=PA95ampdq=ley+de+Van
27tC2B4+Hoffamphl=esampsa=Xampei=U_iDU8ySFOTisAT95IAwampved=0CDIQ6AE
wAQv=onepageampq=ley20de20VantC2B420Hoffampf=false
INFOGRAFIA COLGATE PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
httpeswikipediaorgwikiColgate-Palmolive
httpssitesgooglecomsitecocina4ingenierosciencia-y-
tecnologiatecnicasgelificacin
httpucvvirtualedupecampusHDVirtual700426354TeorC3ADa7000001
834TecNoAl_08pdf
httpwwwecuredcuindexphpSaponificaciC3B3n
httpwwwscientificpsychiccomfitnessaceites-grasashtml
httpwwwtecnologiaslimpiasorghtmlcentral352302352302_prevhtm
httpwwweisuvaes~macromolcurso05-
06petpropiedades_y_caracteristicashtm
httpwwwjqcomarImagenesProductosPETdtecnicospropiedadeshtm
httpwwwpetpackcomcoenvases-pet-para-llenado-en-caliente
httpeswikipediaorgwikiTemperatura_de_transiciC3B3n_vC3ADtrea
httpeswikiversityorgwikiTermoplC3A1sticos
BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
Foust Alan Wenzel Leonard Clump Curtis Maus Louis Andersen LBryce
Principios de Operaciones Unitarias Segunda Edicioacuten Deacutecima Reimpresioacuten
Compantildeiacutea Editorial Continental Meacutexico 2006 Paacuteg 463 ndash 464
INFOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
httpwwwalimentoscaribecomproductosarroz-caribe
httptiendaicontecorgbriefNTC671pdf
httpesscribdcomdoc4044196operaciones-unitarias
httpwwwscieloorgcoscielophppid=S0120-
62302010000600008ampscript=sci_arttext
httpwwwfaoorgdocrepx5027sx5027S03htm
httpbooksgooglecomcobooksid=44gxKGHjSt4Camppg=PA103amplpg=PA103amp
dq=cilindro+de+separacion+alveoladoampsource=blampots=hCzDLVg0_fampsig=jGTx
p1PovtMp7QjV7gWrngpgoCAamphl=esampsa=Xampei=ZeJ6U6WELsLJsQSPhoGgBA
ampved=0CDQQ6AEwAAv=onepageampq=cilindro20de20separacion20alveo
ladoampf=false
httpwwwpisonlineusgranoslimpiezaphp
httpcatarinaudlapmxu_dl_atalesdocumentoslimmazariegos_b_dcapitulo5
httpwwwvirtualunaleducocursossedesmanizales4070035leccionescap7
leccion7_5htm
httpwwwmonografiascomtrabajos18transferencia-calortransferencia-
calorshtmlmonosearchleynewtixzz32gcmS4YD
httpcentrodeartigoscomarticulos-para-saber-masarticle_46114html
- Empresa 1pdf
- Empresa 2pdf
- Empresa 3pdf
- Empresa 4pdf
- Empresa 5pdf
-
2 OPERACIOacuteN UNITARIA DE CLASIFICACIOacuteN
La separacioacuten de las impurezas de los granos se basa en las diferencias que existen
entre las propiedades fiacutesicas de los mismos y las impurezas Cuando estas
propiedades son similares o ideacutenticas la separacioacuten debe basarse en la propiedad
cuya diferencia sea maacutes pronunciada
En Alimentos Caribe el grano es seleccionado por tamantildeo con el fin de obtener el
Arroz Caribe Excelso con bajo porcentaje de granos partidos De alliacute pasa a la
clasificacioacuten electroacutenica donde maacutequinas oacutepticas de uacuteltima tecnologiacutea seleccionan
por color cada grano separando los defectuosos y las impurezas
A Clasificacioacuten por tamantildeo
La longitud de una semilla se examina en cilindros alveolados o dentados Estos
alveolos o dientes tienen forma de bolsillo Cuando el cilindro estaacute en rotacioacuten las
semillas de malezas y granos quebrados caen en los alveacuteolos
El diaacutemetro de los alveacuteolos debe ser tal que retenga solamente granos de diaacutemetro
inferior al de aquellos del producto principal El movimiento de rotacioacuten del cilindro
levanta las semillas que debido a su longitud no se ajustan completamente dentro
de los alveacuteolos Dentro del cilindro hay una cubeta ajustable con un tornillo
transportador que capta las semillas llevadas por los alveacuteolos Las semillas que no
caben en eacutestos caen nuevamente en el cilindro y son descargadas en el extremo
inferior Fijando la altura de la cubeta recolectora es posible controlar queacute tamantildeos
de semillas entre las maacutes largas y las maacutes cortas son admitidas dentro de la cubeta
y cuales caen nuevamente al cilindro
El disentildeo de este clasificador hace posible la separacioacuten eficiente de los granos por
longitud aunque tengan el mismo espesor y peso
Valores determinados por ICONTEC en la norma NTC 671 para el Arroz
elaborado (blanco)
Grande pedazo de grano de arroz elaborado menor de 075 (34) de la longitud
total del grano entero pero mayor que la mitad de la longitud promedio del grano
entero
Medio pedazo de grano de arroz elaborado que mide maacutes de 025 (14) y es
menor o igual a 05 de la longitud promedio total del grano entero
Pequentildeo pedazo de grano de arroz elaborado que mide menos de 025 (14) de
la longitud total de grano entero pero no pasa a traveacutes de un tamiz metaacutelico con
perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Muy menudo o fragmento pedazo de grano de arroz elaborado que pasa a traveacutes
de un tamiz metaacutelico con perforaciones redondas de 14 mm de diaacutemetro
Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
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SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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bebidaspdf
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httpeswikipediaorgwikiPropiedad_coligativa
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httpbooksgooglecomcobooksid=3y9fRxAhYsUCamppg=PA95ampdq=ley+de+Van
27tC2B4+Hoffamphl=esampsa=Xampei=U_iDU8ySFOTisAT95IAwampved=0CDIQ6AE
wAQv=onepageampq=ley20de20VantC2B420Hoffampf=false
INFOGRAFIA COLGATE PALMOLIVE COMPANtildeIacuteA
httpeswikipediaorgwikiColgate-Palmolive
httpssitesgooglecomsitecocina4ingenierosciencia-y-
tecnologiatecnicasgelificacin
httpucvvirtualedupecampusHDVirtual700426354TeorC3ADa7000001
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06petpropiedades_y_caracteristicashtm
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BIBLIOGRAFIA ALIMENTOS CARIBE
Foust Alan Wenzel Leonard Clump Curtis Maus Louis Andersen LBryce
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62302010000600008ampscript=sci_arttext
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httpbooksgooglecomcobooksid=44gxKGHjSt4Camppg=PA103amplpg=PA103amp
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ladoampf=false
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Cilindro alveolado para grano largo y para grano redondo
Modo de operacioacuten del cilindro alveolado el diverso tamantildeo y forma
de los dientes separa las semillas diferentes
B Clasificacioacuten por Color
La maacutequina de clasificacioacuten por color es la maacutequina que da el uacuteltimo toque al
producto Marca la diferencia entre el producto comuacuten y el producto de calidad Se
seleccionan por color los granos maacutes blancos y se rechazan los que no cumplen las
exigencias de arroz caribe
Rechazo Arroz
Integral Aceptado Arroz
Integral
Rechazo Arroz Blanco Largo Aceptado Arroz Blanco Largo
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62302010000600008ampscript=sci_arttext
httpwwwfaoorgdocrepx5027sx5027S03htm
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 2 EDICION AUTOR ROBERT E
TREYBAL EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 968-6046-34-8 MEXICO
OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA 6 EDICION AUTOR MCABE
SMITH HARRIOTT EDITORIAL MC GRAW HILL ISBN 970-10-3648-4
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Foust Alan Wenzel Leonard Clump Curtis Maus Louis Andersen LBryce
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