Evaporadores Parte III

Evaporador de tubos horizontales cortos Estos evaporadores están formados por una cámara, cuya parte inferior está atravesada por un banco de tubos horizontales e interiores a través de los cuales circula vapor como fluido de calefacción. Por encima de los tubos está un Vapor espacio que permite la separación por gravedad de las gotas arrastradas por el vapor liberado en la base por un banco de tubos horizontales interiores, por los que circula vapor. Bafles de impacto se acomodan para facilitar la separación de las gotas.

Vapor de agua

Alimentación

Disolución concentrada

condensado

Ya que el banco de tubos dificulta la separación del líquido, estos evaporadores presentan pobres coeficientes de transferencia de calor global. Usualmente se emplean para concentrar líquidos de baja viscosidad.

Evaporador de tubos horizontales cortos Son baratos Requieren poca altura Son de fácil instalación Adecuados a líquidos que no cristalicen

Para líquidos no viscosos Buena transmisión de calor

Medidas

cuerpo diám 0,9x3,6 altura 2,4 x 3,9 m Tubos entre 22 y36 mm

Evaporador de circulación natural El En alimento producto líquido los evaporadores liquido sesevalocaliza concentrando puede retorna circulación al mientras fondo natural antes del se se recipiente produce distribuyen ser introducido la aevaporación través decortos aluna evaporador dentro sección en de La calandria enprecalentarse el fondo del recipiente Cuando seconcentrado calienta eldeproducto éste asciende ade través de lostubos tubos por circulación mediante vertical, los anular tubos central normalmente un cambiador deuno calor ocondensa dos tubular metros normal, deellongitud, situado dentro fuera de delun evaporador cuerpo de natural mientras que eldevapor por exterior de los tubos principal vapor (calandria) Vapor Evaporador Al Condensador Alimentación pre-calentada vapor Pre-calentador

Vapor Salida de producto

Vapor condensado Evaporador de circulación natural Concentrado

Evaporador de circulación natural de tubos cortos verticales El vapor se condensa en el exterior de los tubos verticalmente arreglados dentro de la cámara de evaporación

Vapor

Alimentación

La calandria tiene un gran tubo central de retorno a través del cual un líquido más frío que el líquido Vapor que circula en los tubos de de agua calentamiento ascendente, formando así corrientes de circulación natural

condensado Circulación de fluido

Disolución concentrada

La longitud de los tubos usualmente varían entre 0.5 y 2 m, con un diámetro de 2.5 a 7.5 cm, mientras que el tubo central presenta una sección transversal entre 25 y 40 % de la sección total ocupada por los tubos.

Evaporadores de circulación natural de tubos cortos verticales Estos evaporadores muestran adecuadas velocidades de evaporación para líquidos no corrosivos con viscosidad moderada. Los evaporadores de tubos cortos verticales usualmente se emplean para la concentración de jugos de azúcar de caña y remolacha, así como también en la concentración de jugos de frutas, extractos de malta, glucosa y sal

Evaporadores de circulación natural de tubos cortos verticales (de cesta)

Las unidades pueden ser equipadas con una calandria de cesta que facilita la limpieza, ya que pueden ser fácilmente desmontables.

Evaporadores de circulación forzada Placa de impacto

En estos evaporadores la circulación se realiza mediante una bomba que impele la solución a través de la calandria dentro de la cámara de separación donde el vapor y el concentrado se separan

Evaporador de circulación forzada Los evaporadores de circulación forzada pueden no Para mantener elevadas ser tan económicos, pero son velocidades de circulación se El evaporador de circulación Dentro Los costes del separador, de fabricación se y La diferencia de temperaturas La carga hidrostática necesarios cuando los utilizan bombas de flujo axial forzada consta de un mantiene de operación un presión de este absoluta tipo dede a lo largo de la superficie existente en la parte superior productos involucrados en la ,cambiador alcanzándose velocidades deinferior calor con ligeramente evaporadores son muy a la bajos calentamiento en el de los tubos elimina cualquier evaporación tienen lineales de 2-6 m/s, altas calefacción indirecta en elsi se, de existente en comparación en el haz con de otros tubos cambiador delas calor es del posibilidad de ebullición propiedades incrustantes, comparan con que el liquido a que tal tipos manera de evaporadores. quecircula el liquido generalmente 3-5 ºC liquido altas viscosidades, velocidades de 0,3-1 elevadas velocidades entra al separador se m/s evapora precipitaciones, existentes en los evaporadores instantáneamente cristalizaciones o ciertas de circulación natural características térmicas que imposibilitan una circulación natural

Evaporadores de circulación forzada La bomba hace circular al fluido a velocidades entre 2 y 6 m/s; cuando pasa a través del banco de tubos el fluido gana suficiente calor como para recalentarse, pero el líquido está sujeto a una carga estática que evita la ebullición dentro de los tubos. Sin embargo, cuando el fluido alcanza la cámara, hay una evaporación súbita y la placa de impacto facilita la separación de la fase líquida del vapor Estos evaporadores son capaces de concentrar líquidos viscosos donde la bomba impele al líquido a una velocidad adecuada Si los líquidos presentan baja viscosidad se usan bombas centrífugas. Si el líquido tiene más alta viscosidad, se deberían usar bombas de desplazamiento positivo

Evaporadores de tubos largos Estos intercambiadores consisten en una cámara vertical hecha de un intercambiador tubular y una cámara de separación

El líquido diluido se precalienta antes de entrar a los tubos, hasta casi la temperatura de ebullición

Una vez dentro de los tubos, el líquido comienza a hervir y la expansión debido a la vaporización produce la formación de burbujas de vapor que circulan a alta velocidad y arrastran el líquido , que continua concentrándose mientras se mueve hacia adelante

Evaporadores de tubos largos

La mezcla líquido-vapor entra a la cámara de separación donde los bafles facilitan la separación del vapor El líquido concentrado obtenido puede ser extraído directamente o puede mezclarse con líquido no concentrado y ser recirculado, o puede ir a otro evaporador para aumentar la concentración Los evaporadores de tubos largos pueden ser: •De película ascendente

•De película descendente •De película ascendente-descendente

Evaporadores de tubos largos Evaporadores de película

Generalmente , tienen coeficientes de transferencia de calor altos

El producto no se ve afectado por el calor, por lo tanto, estos evaporadores son útiles para evaporar líquidos sensibles al calor.

Evaporadores de tubos largos Evaporadores de película ascendente

En los evaporadores de película, el tiempo de residencia del líquido tratado en la zona de calentamiento es corta ya que circula a gran velocidad

Evaporadores de tubos largos Evaporadores de película ascendente En los evaporadores de película ascendente el líquido entra por el fondo de los tubos Las burbujas de vapor que ascienden a través del centro del tubo comienzan a formarse, creando una delgada película sobre la pared del tubo que asciende a gran velocidad

EVAPORADORES DE TUBOS LARGOS EVAPORADORES DE LA PELICULA ASCENDENTE

La altura los alimentos tubos es limitada, ya que capacidadlos delcuales vaporhierven en Seprincipio utilizade para líquidos deevaporadores bajalaviscosidad, en El teórico que tienen estos se asimila al 'efecto Para alcanzar una película bien desarrollada esde necesaria una diferencia de arrastrar la película formada hacia la parte superior del equipo no es el interior de tubos verticales de 10-15 metros longitud En esteya tipo evaporadores seyalcanzan elevados coeficientes de tubos sifón', quede cuando la alimentación se pone en contacto con los temperatura entre el producto el medio de calefacción de al menos 14ºC El alimento líquido puede recircularse hasta alcanzar la concentración suficiente y determina la altura máxima posible para el diseño El movimiento ascendente de los vapores produce una película que se transferencia de calor calientes, comienza a producirse la evaporación, en donde el vapor se va deseada si esta no se consigue en el primer paso. mueve rápidamente hacia arriba generando el mismo, presión Los tubos sepaulatinamente calientan con elhasta vaporque existente en elempieza exteriora, ejercer de tal manera hacia los tubos, determinando de estade manera, una película ascendente. que el liquido asciende por el interior los tubos arrastrado por los Esta presión, también una turbulencia en el producto que está vapores formados en lagenera parte inferior siendo concentrado, lo que permite mejor la transferencia térmica, y por AL CONDENSADOR O ende, la evaporación A VACIO VAPOR SALIDA DE PRODUCTO

CONDENSADO ALIMENTACIÓN

Evaporadores de tubos largos Evaporadores de película descendente Los evaporadores de película descendente permiten instalar un mayor número de efectos que el evaporador de El evaporador desuma película descendente Este punto es de película El diseño ascendente. de estos evaporadores es puede procesar líquidos mas viscosos importancia, ya que una Los evaporadores Por complicado ejemplo: siyaelque vapor ladedistribución disponible se el que el de película ascendente, siendo insuficiente mojabilidad de los descendente encuentra depelícula liquido a 110ºC en unay película la temperatura uniforme de sistema mas apropiado para el tubos traeen aparejado posibles sitios desarrollan una fina ebullición fluyendo hacia el último abajo efecto en un tubo es dees 50ºC procesado de productos altamente en donde proceso no se película de dentro , la difícil diferencia deel deliquido temperatura . sensibles allograr calor , como portotal ejemplo de los tubos verticales desarrolla correctamente, lo disponible dese60ºC utilizan unoscual elPara jugolograrlo deesnaranja que desciende por lleva a bajos rendimientos de Teniendo distribuidores ende cuenta especialmente que los El tiempo residencia en un gravedad. evaporadores diseñados denominados de boquillas evaporación, ensuciamiento evaporadores depelícula películaascendente descendente necesitan dees pulverización deotemperatura prematuro dediferencia los tubos, en de una 20-30 s en comparación con de 14ºC solo esal posible disponer eventualmente taponamiento los 3-4 ,minutos necesarios en un 4de efectos evaporadores los mismos de película ascendente Con evaporadores de película descendentes podrían instalarse 10 o incluso más

Evaporadores de tubos largos Evaporadores de película descendente En los evaporadores de película descendente, la alimentación se realiza por la parte superior de los tubos, de manera que el vapor formado desciende a través del centro de los tubos como un jet a gran velocidad Los evaporadores de película descendente son usados ampliamente para concentrar productos lácteos.

Evaporador de película descendente

Evaporadores de tubos largos Evaporadores de película ascendente-descendente Cuando se desean altas velocidades de evaporación, se usan los evaporadores de película ascendentedescendente.

La evaporación de película ascendente se usa para obtener un líquido de concentración intermedia con alta viscosidad. Este líquido se evapora posteriormente en los tubos, cuando circula como película descendente.

Evaporadores de placas

Evaporadores de placas Los evaporadores de placas utilizan los principios de los evaporadores de película ascendente y descendentes, película agitada y de circulación forzada

La configuración en placas le proporciona ciertas características que las hacen mas aceptables que la configuración tubular En este sentido, un evaporadores de placas de película ascendente/ descendente es más compacto, necesitando menos superficie que la unidad tubular, a la vez que pueda inspeccionarse mas fácilmente su superficie de transferencia de calor No es difícil encontrar un evaporadores de placas de película descendente con una capacidad de 25000-30000 kg de agua / hora .

Evaporadores de placa Los evaporadores de placa consisten en un set de placas distribuidos en unidades en las cuales el vapor condensa en los canales formados entre placas. El líquido caliente hierve sobre la superficie de las placas, ascendiendo y descendiendo como una película. La mezcla de líquido y vapor formados va hacia un evaporador centrífugo Estos evaporadores se usan para concentrar productos sensibles al calor, ya que se alcanzan altas velocidades de tratamiento permitiendo buena transferencia de calor y cortos tiempos de residencia del producto en el evaporador.

Evaporadores de placa Los evaporadores de placas ocupan poco espacio sobre el piso y son fácilmente manipulables para la limpieza pues se montan y desmontan fácil y rápidamente

Los evaporadores de placas se emplean para : concentrar café mermeladas dietéticas caldos (sopas)

jugos de cítricos

EVAPORADORES DE FLUJO EXPANDIDO

EVAPORADORES DE FLUJO EXPANDIDO En este aparto diseñado para la concentración de productos lácteos zumos de frutas, etc., el liquido y el vapor fluyen por espacios alternados de forma similar a como ocurre en el evaporador de placas.

Las placas, sin embargo, se sustituyen por delgados conos invertidos de acero inoxidable, provistos de juntas de cierre para evitar fugas. El líquido de alimentación penetra por el eje de giro central situado en la base de la pila de conos y entra a través de boquillas de alimentación en los espacios de los conos calentados, fluyendo hacia arriba y fuera sobre las superficies calentadas por el vapor.

EVAPORADORES DE FLUJO EXPANDIDO Puesto que se opera a vacío, el líquido alcanza rápidamente el punto de ebullición. Del sistema de conos sale tangencialmente, pasando el vapor separado hacia la parte superior por donde sale de la cámara interna a la externa. La alta velocidad que adquiere el líquido en los espacios entre los conos determina la formación de delgadas películas turbulentas del líquido en evaporación que permiten elevadas velocidades de transferencia de calor y cortos tiempos de residencia. La unidad se ha diseñado para su limpieza in situ (en el lugar).

Sistema de evaporador centrifugo

Sistema de evaporador centrifugo

Evaporadores de película agitada La configuración Cuando se utilizancilíndrica alimentosdel sistema menores líquidosproduce muy viscosos , laáreas de de calor porel alimentación se dispersa Latransferencia mayor desventaja de en este unidad volumen de producto interior de la los superficie decostes , sistemade son elevados siendo necesario vapor a calentamiento cilíndrica de fabricación y utilizar mantenimiento, alta presión medio de Se mediante paletas así como la como baja rotatorias. capacidad de calefacción fin de altas obtienen de con esta el manera procesamiento conseguir elevadas temperaturas velocidades de transferencia de en la pared y, por tanto, calor velocidades de vaporación razonables

APLICACIONES INDUSTRIALES Industria Lechera evaporadores verticales de tubos largos Industria de jugos de frutas evaporadores de película descendente y el de Hidrolizados película agitada Extractos Industria frigorífica Industria avícola

LECHE en POLVO

Rodrigo Llorens - Tec. Superior Industrias Alimentarias

LECHE en POLVO Elaboración • Su obtención es a partir del sometimiento de la leche fluida a distintos tipos de procesos en los cuales se extrae parcialmente el agua que esta contiene. A partir de la aplicación de estos métodos el producto tratado muestras grandes cambios en su estructura y apariencia física, pasando de un líquido diluido como agua a un polvo seco.

LECHE en POLVO Procesos • Los procesos más utilizados desde hace varios años hasta la actualidad, son dos, aplicados simultáneamente y conformando un solo proceso con dos etapas: 1. Evaporación 2. Secado por atomización ( spray ).

LECHE en POLVO Evaporación •Evaporadores:

1- Precalentamiento 2- Pasteurización 3- Evaporación

LECHE en POLVO 3-Evaporación • Características de un Evaporador. 1. 2. 3. 4.

Multietapas Trabajo bajo vacío RTV ( recompresión térmica de vahos ) Película descendente.

LECHE en POLVO 3-Evaporación • Multietapas: genera un ahorro de energia tal que por kg de agua evaporada se utiliza 1/4 kg de vapor vivo. ( aplicable a un evaporador de 4 efectos ). • Vacío: hace que la T° de ebullición/evaporación del agua disminuya. En estos equipos el rango de T° va desde los 80°C a 45°C

LECHE en POLVO 3-Evaporación • RTV (recompresión térmica de vahos ): aprovechamiento del vapor de leche remanente de uno de los efectos, para utilizar menos vapor de caldera para la calefacción del 1° efecto. Con este sistema sumamos ahorro de energía utilizada para evaporar: 1 kg de agua / 1/5 kg vapor vivo. • Película descendente: la denominación hace referencia a que el producto es inyectado desde la parte superior del equipo y cae por gravedad formando una fina película sobre toda la superficie del tubo, habiendo mayor contacto con la parte calefaccionada.

Evaporación

Vapor de caldera

Leche estandarizada / pasteurizada

Densimetro

Concentrado a camara spray

Evaporación Cuerpo de calentamiento ( calandria )

Vapor

Evaporación

LECHE en POLVO 3-Evaporación • La extracción del agua de la leche se hace a través de vapor, este vapor se separa del producto en los separadores de vahos, y es reutilizado para calefaccionar el cuerpo siguiente. • Los vahos del último cuerpo son condensados en un condensador, que puede ser de mezcla o de superficie.

Evaporación

Vapor de caldera

Leche estandarizada / pasteurizada

Densimetro

Concentrado a camara spray

Evaporación

LECHE en POLVO 3-Evaporación • Los evaporadores son equipos para procesos continuos. • Generalmente trabajan entre 20 a 28 hs. • Los volúmenes de procesos diarios van desde los 400 a 1000 m3 de leche. • En la actualidad están altamente automatizados e informatizados.

LECHE en POLVO 3-Evaporación • El producto obtenido es un concentrado de leche, con un contenido de sólidos totales de 48 – 50%.

LECHE FLUIDA ( 11,5 – 12% ST ) Agua contenida

( 88.5 – 88 % )

CONCENTRADO ( 48 – 50 % ) EVAPORACION

Agua contenida ( 52 – 50% )

Secado - Spray

CONCENTRADO DEL EVAPORADOR

Instantanizador

ENVASADO