Manejo de un evaporador de efecto simple

CALIFICACIÓN: ASISTENCIA                         5/5

                   RESUMEN                                   0,5/0,5

                 ABSTRACT                                 0,5/0,5

                 INTRODUCCIÓN                             1/1

             MATERIALES Y MÉTODOS              2,25/3

              RESULTADOS Y DISCUSIÓN          5,75/6

                CONCLUSIONES                                0,75/3

                 REFERENCIAS                                  1/1

                                                                                      17,75

                                                        -1 pto por malas citas

                        16,75

MIS MÁS SINCERAS FELICITACIONES!!! SE NOTA EL ESFUERZO Y LA DEDICACIÓN, LAS GANAS DE HACER LAS COSAS LO MEJOR POSIBLE Y LA BÚSQUEDA POR SER MEJORES PROFESIONALES!!!

Manejo de un evaporador de efecto simple.

Alexis Franco, Ana Gutiérrez, Anabil Marichal, Andreina Caraballo, Ángel Medina, Annelis Blanco, Gabriel Hernández, Gregory Peraza*.^[1]

Operaciones Unitarias I. Departamento e Instituto de Química y Tecnología, Facultad de Agronomía, Universidad Central de Venezuela. Apdo. 4579. Maracay 2101, Aragua. Venezuela. Agosto, 2018.

RESUMEN

En la industria de alimentos un sistema de condensación es fundamental ya que este se encarga de crear las condiciones de temperatura apropiadas en determinado refrigerante para el intercambio calórico y la obtención del producto final. Para estudiar las características de operación del condensador tipo tubo y carcasa 1:1 acoplado a un evaporador de efecto simple, se efectuaron mediciones de los detalles del proceso de elaboración de leche condensada. Consiguientemente, a partir de las ecuaciones de balance de materiales y energía que responden a este tipo de condensador se determinó la economía del condensador, el calor transferido, el coeficiente global de transferencia de calor basado en el área interna,  el flujo másico del agua de refrigeración y el coeficiente de convección del vapor de agua extraído al alimento. Los resultados más relevantes obtenidos demuestran que el condensador  posee una eficiencia del 96 % y un coeficiente global de transferencia de calor de 278,13 kcal/hm2°C, por encima a los límites inferiores de aceptación para valorar su capacidad de operación en ambas variables. Se constató, que bajo las condiciones del procesamiento el equipo opera de forma eficiente y, la importancia de conocer y controlar sus características de operaciones para evitar pérdidas de calor que se traduzcan en un  aumento en los costos de producción.  

Palabras claves: Concentrado, condensador, evaporación, intercambiador de calor.

Operation of a single-effect evaporator.

 ABSTRACT

In the food industry a condensation system is essential because it is responsible for creating the appropriate temperature conditions in a particular refrigerant for heat exchange and obtaining the final product. In order to study the operation characteristics of the 1:1 shell and tube heat exchanger coupled to a single effect evaporator, measurements of the details of the condensed milk processing process were carried out. Consequently, from the balance equations of materials and energy that respond to this type of condenser the economy of the condenser was determined, the heat transferred, the global coefficient of heat transfer based on the internal area, the flow the cooling water mass and the convection coefficient of the water vapor extracted to the food. The most relevant results obtained show that the capacitor has an efficiency of 96 % and a global coefficient of heat transfer of 278.13 kcal/hm2°C, above the lower limits of acceptance to assess its capacity of operation in both Variables. It was found that under the conditions of the processing the equipment operates efficiently and, the importance of knowing and controlling its characteristics of operations to avoid heat losses that are translated in an increase in the production costs.

Key words: Concentrate, condenser, evaporation, heat exchanger.

INTRODUCCIÓN

Existen varias formas en que el calor se puede transferir, como la conducción, convección y radiación; en los fluidos (por fines de la experiencia), la forma de transferencia de calor es la convección (McCabe et. al, 1991). La convección la define Ibarz (2005), como un mecanismo de transferencia de calor a través de un fluido en presencia de un movimiento masivo de éste, pudiendo ser natural (el flujo se mueve por un gradiente de densidad) o forzado (por medios externos, como agitadores). Tales fenómenos se llevan a cabo en equipos llamados evaporadores, donde el líquido pasa a vapor y éste luego puede ser condensado. Saber en qué forma se está transfiriendo el calor en las industrias es de vital importancia para establecer ecuaciones y modelos que permitan  tomar en consideración variables  relacionadas con las dimensiones, materiales, equipo de calefacción y materia prima, además la concentración de un alimento reduce la inversión necesaria en procesos de refrigeración y en el uso de conservantes, también se obtiene una disminución en los costes de transporte dado que disminuye el volumen y su manejo es más fácil (Orrego, 2003). Por tales razones es de trascendencia la realización de este caso de estudio, donde se plantea identificar las partes de un evaporador de un solo efecto, utilizar sus elementos de control que intervienen en el proceso de condensado de la leche y recolectar un acumulado de datos que accedan a conocer las características de operación  del condensador acoplado al evaporador.

MATERIALES Y MÉTODOS

La práctica fue desarrollada en las instalaciones de la planta de vegetales y lácteos del Instituto de Química y Tecnología de la Facultad de Agronomía de la UCV, se elaboró leche condensada siguiendo el esquema de la Figura 1. 

[pic 1]

Figura 1. Esquema tecnológico general para la obtención de la leche condensada.

En primera instancia la leche fue sometida a pasteurización y homogeneización en un tacho (Figura 2).  La concentración de la materia prima se realizó en un evaporador de efecto simple, mostrado en la Figura 3, constituido por manómetro de  Bourdón y válvulas de regulación de presión y de flujo, acoplado además a una bomba de vacío y a un condensador de vapor del solvente extraído del alimento.

[pic 2]

Figura 2. Pasteurización y homogeneización en tacho.

[pic 3]

Figura 3. Evaporador de efecto simple.

Para describir las características del proceso de concentrado de leche en el evaporador se registraron los datos de operación en el Cuadro 1. Se ingresó al evaporador 60 kg de alimento con una temperatura de 62 °C y 25 °Brix se trabajó, posteriormente, a una presión de vacío (Pv, permitió obtener la temperatura de ebullición) de 60 cmHg y se calentó dicho alimento con vapor saturado como medio de calefacción (Pvc) a 3,1 kgf/cm2 por 31 minutos, obteniéndose como producto 20,4 kg de leche condensada con 67 °Brix, con un incremento en el punto de ebullición de 2,6 °C y una masa de vapor de agua destinada al condensador.

Cuadro 1. Datos recolectados durante la condensación de la leche.^[a]

La condensación del vapor de agua extraído de la leche se realizó en un condensador tubo y carcasa 1:1, empleando agua como refrigerante, entrando a 28,9 °C y saliendo a 34,8 °C, obteniéndose 38 kg de masa de agua condensada.

Con los datos de masa de alimentación y producto registrados entre el tiempo de operación en horas (t)  se calculó calcularon los flujos másicos ( de cada uno (^[b]). Se aplicó la relación  entre  (calculado a partir de un balance de materiales en el sistema dos)  para obtener la eficiencia del condensador (. Posteriormente, se empleó la ecuación de calor cuando se presenta incremento en el punto de ebullición: . Se continuó con el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor (U) despejado de la siguiente ecuación:  (basado en el área interna, Ui) y utilizando el calor conseguido en la ecuación anterior, recordando que el condensador cuenta con 54 tubos de hierro galvanizado de  pulg de diámetro nominal (1 pulg para efecto del procesamiento de datos) y BWG=12. Para poder obtener la cantidad de agua necesaria como medio de refrigeración en el condensador se recurrió a la igualdad entre calor cedido y calor absorbido por el agua, siendo la misma: . Por último, se hizo uso de la ecuación de coeficiente de convección interno: ; siendo , donde la temperatura de la pared ( fue supuesta hasta que el calor calculado con la siguiente ecuación fuese muy parecido al calor obtenido con el , (McCabe et. al, 1991; Ibarz, 2005; Matute, 2018).[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]

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