Tipos de Elevadores en La Industria Alimentaria

UNIVERSIDAD NACIONAL

“PEDRO RUIZ GALLO” Facultad de Ingeniería Química e Industrias “INGENIERÍAAlimentarias DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”

-INGENIERÍA DE ALIMENTOS III“TIPOS DE EVAPORADORES EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA”

 DOCENTE

: Ing. Luis Pozo Suclupe

 ALUMNO

: Fernández Chapoñán

Gustavo  CÓDIGO

: 130828 - J

 CICLO

: “VIII”

Lambayeque, 2016

TIPOS DE EVAPORADORES EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA I. INTRODUCCIÓN El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una solución. Se dice entonces, que la solución, Paso del estado líquido al estado de vapor de una sustancia, a temperatura inferior a la de ebullición. Ahí podemos encontrar la máquina que ejerce dicha operación unitaria “el evaporador” que realiza un intercambio de calor, donde hay intercambio de energía térmica desde un cuarto donde se extraerá el flujo o aire a hacia un fluido que se encuentra en el interior de un dispositivo. Durante el proceso de evaporación, el fluido pasa del estado líquido al gaseoso. II.

OBJETIVOS   

III.

Conocer qué es un evaporador. Conocer qué tipos de evaporadores hay en la industria alimentaria. Conocer qué función cumple dichos evaporadores. EVAPORADORES Son unidades encargadas de suministrar la energía necesaria en forma de calor latente para llevar el fluido a su condición de saturación y posterior vaporización. Esto con la finalidad de que el componente más volátil pueda ser retirado en forma de vapor, dejando como resultado una solución más concentrada. Difiere de los generadores de vapor porque la fuente de energía es un vapor y lo que se evapora no necesariamente tiene que ser agua. Se conoce como evaporador, si se evapora agua; como vaporizador, si se evapora un producto que no es agua como: alcohol, éter, gasolina, etc. Entre los ejemplos típicos de procesos de evaporación están la concentración de soluciones acuosas de azúcar, cloruro de sodio, hidróxido de sodio, glicerina, gomas, leche y jugo de naranja (Marcano, 2013).

IV.

TIPOS DE EVAPORADORES

IV.1.

Evaporador de circulación natural

IV.1.1. Evaporador abierto (Marmita abierta o artesana) Son simples, comerciales y económicos. Su depósito o volumen de trabajo puede calcularse directamente, aunque muchas veces están provistos de camisas de calentamiento (externa) o serpentines (internos), a través de los cuales se encuentra el medio que transfiere el calor. La velocidad de evaporación es baja y su economía térmica es mínima. En algunas oportunidades se puede utilizar el vacío, siempre que se puedan cerrar los depósitos. Si no existe una agitación constante se corre el riesgo de sobrecalentar el producto que esté en contacto con la superficie de calentamiento. Para pequeñas cantidades de materia prima en proceso, estos evaporadores son bastante útiles, no ocurre lo mismo cuando se utilizan para una alta capacidad. Son muy utilizados en la industria casera de alimentos para concentrar pulpas, en la preparación de sopas y salsas y en la concentración de mermeladas, jaleas y confites. IV.1.2. Evaporador de tubos cortos horizontales A diferencia del abierto, este evaporador posee en la parte inferior una serie de tubos horizontales que son circulados internamente por vapor de agua. En la parte superior del evaporador queda un gran espacio que ayuda entonces a que se efectúe una separación de las gotas liquidas que son arrastradas por gravedad con el vapor que sale del líquido de la base. Este tipo de evaporador presenta algunas desventajas ya que el banco de tubos obstaculiza la circulación y por lo tanto el coeficiente de calor generado es mínimo. Su utilización en la industria de alimentos es muy escasa, sólo para evaporar líquidos de poca viscosidad (Marcano, 2013). IV.1.3. Evaporador de tubos cortos verticales

En este equipo, el vapor se condensa sobre la superficie externa de los tubos colocados

en

la

parte

inferior

verticalmente. Generalmente

se

equipan

con:

calandrias de cesta que permiten para su

limpieza

ser

fácilmente

desmontadas. La calandria o serie de tubos verticales que atraviesan la cámara de vapor, posee un conducto de retorno central que ocupa menos de la mitad del área de flujo de los tubos de ascenso. En este sistema se logran generar corrientes de circulación natural, puesto que el líquido situado en el conducto de retorno se encuentra a menor temperatura que la de los tubos calentadores de ascenso. Este tipo de evaporador es muy utilizado en la industria y se le llama evaporador normal, alcanza buenas velocidades de evaporación con líquidos que no tiendan a formar costras, de viscosidad moderada y anticorrosiva. En la industria de alimentos se utiliza para concentrar soluciones de azúcar, extracto de malta y jugos de fruta. IV.2.

Evaporador de circulación vertical con calandria exterior Es una optimización del diseño anterior. En él la calandria o serie de tubos se encuentra colocada fuera del espacio separador de vapor o sea es externa. Su construcción es sencilla y de fácil acceso para su limpieza. Se utiliza para concentrar grandes volúmenes de alimentos líquidos a presiones reducidas, especialmente leche, jugos de fruta y emulsiones cárnicas.

IV.2.1. Evaporador de circulación forzada En este tipo de evaporadores de circulación forzada, se utiliza el concepto de recircular grandes caudales a elevadas velocidades dentro de los tubos con cortos

períodos sucesivos de calentamiento, seguidos de enfriamiento por evaporación flash. Las elevadas velocidades dentro de los tubos permiten obtener elevados coeficientes de transferencia térmica, sin ensuciamiento de los tubos. Normalmente se impulsa el producto con bombas centrífugas sanitarias. En los casos que así convienen las bombas son impulsadas por turbinas de vapor. El vapor de escape de éstas es utilizado para calentar el haz tubular del intercambiador del primer efecto térmico. IV.3.

Evaporadores de tubos largos

Dependiendo del tipo de proceso existen varios tipos de evaporadores de tubos largos que se describen a continuación. IV.3.1. Evaporador de película ascendente En general están compuestos de tubos de 3 a 12 mm de diámetro. El alimento líquido que se va a concentrar ingresa por la parte inferior de los tubos precalentados cerca a la temperatura de ebullición, comenzando a hervir al recorrer ascendentemente una corta distancia. El líquido es arrastrado hacia la parte superior debido a que la expansión del vapor hace que las

burbujas

formadas

asciendan

a

alta

velocidad por los tubos y la arrastren; a medida que esto sucede el líquido se va concentrando formando una fina película sobre la pared de los tubos. La mezcla vapor-líquido que asciende entra a un separador, el cual elimina el vapor, de tal manera que el líquido concentrado se puede extraer directamente. Cuando se busca una alta concentración el líquido puede pasar a un segundo evaporador o ser recirculado en el mismo.

El tiempo de residencia en un evaporador de este tipo es relativamente corto y el coeficiente de transferencia de calor es generalmente alto, por ser aparatos bastante utilizados para concentrar productos sensibles al calor. IV.3.2. Evaporador de película ascendente descendente Como su nombre lo indica es una combinación de los dos tipos de evaporadores de película ascendente y descendente. Se busca con este tipo de evaporador que mientras el producto con mayor viscosidad pase a la zona de película descendente, el líquido de alimentación diluido se concentre parcialmente en la zona de película ascendente, lográndose así altas velocidades durante el proceso. IV.3.3. Evaporador de película descendente En su funcionamiento es semejante al de

película

diferencia

ascendente, que

el

con

líquido

la de

alimentación entra por arriba del haz de tubos. Con el transcurrir del proceso de evaporación el vapor formado desciende a gran velocidad por la parte central del equipo, arrastrando el líquido. Se puede controlar en estos equipos, con relativa facilidad el

mantener

la

temperatura

de

ebullición constante, los tiempos de resistencia son cortos. Al operarlo al vacío se logran concentrar jugos de naranja y otros cítricos, los cuales son bastante sensibles al calor, igualmente se utilizan en la Tecnología de Productos Lácteos. IV.3.4. Evaporadores de placas

IV.3.4.1.

Evaporador de película ascendente descendente

Este evaporador está basado para su funcionamiento en los mismos principios que de limitan a la película ascendente-descendente, pero dentro de un intercambiador de calor de placas, dispuestas generalmente en unidades de cuatro. Funciona así: dentro de las placas última y primera (4 - 1) y segunda y tercera (2 - 3), el vapor se condensa en los espacios libres y el líquido precalentado hierve sobre la superficie de las placas, ascendiendo en forma de película por las placas (1 -2) y descendiendo de la misma forma por las placas (3 - 4). Una vez sale la mezcla vapor-líquido del intercambiador de placas, se entra al separador centrifugo. Se utiliza para concentrar productos alimenticios sensibles al calor, ya que al igual que los evaporadores de tubos largos, presenta altas velocidades, lo cual genera una óptima transferencia de calor y un tiempo mínimo de residencia. Además presenta facilidad para su desmonte y aseo por la pequeña superficie que ocupa. IV.3.4.2.

Evaporadores de película descendente

En éstos sólo existe fluidez del líquido en forma descendente sobre las placas mayores que las convencionales. Se evita con este diseño la recirculación interna, lo que permite disminuir los tiempos de permanencia del producto, muy cortos. Es utilizado en la evaporación de productos cítricos. IV.3.4.3.

Evaporador de flujo expandido de conos invertidos

Al igual que en los evaporadores de placas, en este equipo líquido y vapor fluyen a través de los espacios que dejan, conos delgados e invertidos de acero inoxidable, provistos de cierres para prevenir fugas. Posee un eje de giro central por el cual

ingrese el líquido de alimentación. Este eje se encuentra situado en la base de la pila de conos y entra a través de boquillas de alimentación, en los espacios de los conos calentados, ascendiendo sobre las superficies calentadas por el vapor. Este sistema se opera al vacío y en él el líquido alcanza prontamente la temperatura de ebullición. Por otra parte del sistema de conos tangencialmente sale a velocidad una corriente de vapor-líquido, la cual se separa pasando el vapor hacia la parte superior de la cámara por donde se escapa al exterior. El líquido forma películas delgadas, por la alta velocidad que adquieren en los espacios formados entre cono y cono, incrementándose la velocidad de transferencia y disminuyendo por ende el tiempo de residencia (UNAM, 2014). IV.3.5. Evaporadores de película delgada mecánica IV.3.5.1.

Evaporador de superficie rascada horizontal

Poseen una cámara con camisa de calentamiento, en la cual se encuentra ubicado un rotor montado vertical u horizontalmente, con múltiples láminas. El área transversal de las cámaras horizontales suele disminuir en la dirección del flujo, lo cual ayuda a bañar las paredes, reduciendo las posibilidades de sobrecalentamiento del producto. La separación entre la superficie de transferencia y los bordes de las láminas del rotor

oscilan entre los 0,5 y los 1.25 mm, aunque a veces se logran separaciones de 0.25 mm utilizándose el equipo para la producción de pasta de tomate, concentración de leche, suero, café y productos azucarados. Sirve para manejar alimentos de alta viscosidad, pero su alto costo y baja capacidad hace que sólo sea usado como aparato de acabado para lograr especificaciones y normas de calidad en determinados productos. IV.3.5.2.

Evaporador centrífugo (Centri-Therm)

De película delgada mecánica, es similar a la unidad de flujo expandido en el que la pila de conos por acción centrífuga lanza gotas del líquido desde la superficie de calentamiento. Sirve para concentrar productos sensibles al calor y permite lograr óptimas separaciones a elevada velocidad

de

transferencia

permanencia corto (UAM, 2014) .

y

tiempo

de

V.

CONCLUSIONES 

Conocimos qué es un evaporador y para qué sirve.



Conocimos los diferentes tipos de evaporado como evaporador de circulación natural,

evaporador

de

circulación

vertical

con

calandria

exterior

y

evaporadores de tubos largos con sus determinadas clasificaciones. 

Conocimos cómo funcionan y también para qué alimentos se utilizan cada tipo de evaporador.

VI.

BIBLIOGRAFÍA 1. Marcano, R. 2013. “Evaporadores”. Disponible en línea: https://marcanord.files.wordpress.com/2013/06/tema-2-evaporadores.pdf 2. Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa. 2014. “Evaporación de Alimentos”. Folleto educativo. México. Disponible en línea: http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/mlci/evaporacion.pdf 3. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. 2014. “Evaporadores”. Lección de aprendizaje. Disponible en línea: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211618/EXELARNING/leccion_49_evap oradores.html