PRÁCTICA # 1 EVAPORACIÓN

PRÁCTICA # 1 “EVAPORACIÓN”

Sara Abigail Granados Gardea

Marisela Cosío Contreras

Diana Martínez Granda

Rocío Caraveo Castro

Juan Palomares Gutiérrez

Cristian Núñez Madrid

Se utilizó un evaporador de efecto simple de flujo ascendente para concentrar una solución de suero de leche, descremada anteriormente para facilitar su evaporación y evitar problemas con el equipo. Se observó una muy poca condensación de agua aun cuando la configuración del sistema era la correcta, teniendo en cuenta esto la concentración del suero de leche si mostró un aumento.

Introducción

Uno de los procesos más usados en la industria es la denominada evaporación la cual consiste en formar vapor de agua de una solución acuosa, a través de una transferencia de calor, para poder retirarla de nuestro sistema, obtenida por una condensación, y tener una solución más concentrada, siendo ésta nuestro producto deseado y esto para aprovechar de una mejor manera los nutrientes, compuestos, minerales, etc. que nuestra solución contenga.

La concentración de soluciones de leche es un proceso típico de industria. La solución que se desea concentrar determina el tipo de evaporador, la temperatura y la presión que se usarán para obtener una mayor eficiencia y rapidez. La concentración del líquido es bastante diluida para evitar un aumento en la viscosidad y que no se reduzca mucho el coeficiente de transferencia, la solubilidad también deberá tomarse en cuenta así mismo la sensibilidad térmica de los materiales, presión y temperatura.

Evaporación

Para evaporar nuestra solución se necesita administrar calor y para eso se utiliza vapor de agua saturada en un intercambiador de calor y el tipo de equipo usado depende de la configuración de la superficie para la transferencia de calor. Algunos evaporadores se diseñan de tal manera que el producto concentrado sea recirculado para obtener una concentración aún mayor.

Una vez pasa la alimentación al intercambiador de calor junto con el vapor de agua saturada, el agua evaporada de nuestro sistema es retirada haciéndola pasar por un condensador y la solución concentrada es almacenada aparte. Los flujos de alimentación y vapor de agua deben ser vigilados constantemente junto con la presión ya que suele cometerse un error comúnmente en esta área teniendo caídas de presión muy altas haciendo que nuestro evaporador colapse.

Los materiales biológicos, como el suero de leche, son más sensibles al calor, suelen tener una elevación del punto de ebullición muy baja al concentrarse y los equipos deben diseñarse de tal manera que limpiarlos resulte fácil ya que puede ocurrir un crecimiento bacteriano en el interior. La evaporación debe hacerse al vacío, lo que reduce el punto de ebullición de la disolución. Es necesario un tiempo bajo de retención.

El suero de leche es un líquido obtenido en el proceso de fabricación del queso y de la caseína, después de la separación de la cuajada o fase micelar. Sus características corresponden a un líquido fluido, de color verdoso amarillento, turbio, de sabor fresco, débilmente dulce, de carácter ácido, con un contenido de nutrientes o extracto seco del 5,5% al 7% proveniente de la leche. Existen tres clases de suero: el dulce, el ácido y el amargo los cuales dependen de los métodos empleados para la coagulación de la leche.

Las descremadoras generalmente sirven para obtener crema sin contaminantes e impurezas, esto se hace mediante centrifugación.

Se fundamenta en la diferencia de densidades de las partículas como las de grasa una buena extracción de grasa, es necesario tener en cuenta las variables que afectan el

Evaporación

proceso como la temperatura, la presión, el caudal de flujo, el estado de la leche, etc. Es una operación muy sencilla siempre y cuando se trabaje adecuadamente y con los parámetros bajo control.

En este caso no se requería la crema, sino el suero libre de ella para un mejor funcionamiento del evaporador.

Al descremar el suero y ponerlo en un evaporador se pretendía aumentar su concentración, ésta medida en grados Brix (símbolo °Bx) que sirven para determinar el cociente total de sacarosa o sal disuelta en un líquido, es la concentración de sólidos- solubles.

Para los zumos de fruta, un grado Brix indica cerca de 1-2% de azúcar por peso. Ya que los grados Brix son relativos al contenido de sólidos disueltos (sobre todo sacarosa) en un líquido, se refieren a la densidad del líquido. Esta propiedad física de las soluciones de sacarosa también puede evaluarse con un refractómetro.

Los refractómetros de temperatura compensada evitan dependencia de la temperatura en mediciones de la densidad. Para tomar una lectura se requiere una gota de muestra, o tal vez dos.

Material y Equipo  Termómetro  Vasos de precipitado 250 ml  Refractómetro  Descremadora  Evaporador  Suero de leche  Agua  Hielo  Probeta

Evaporación

Un día anterior a la realización de la evaporación, fue necesario descremar los 30 litros de suero de leche para evitar que el evaporador pudiera taparse, así también como para facilitar la limpieza del equipo al término de la práctica.

Antes de empezar a utilizar el evaporador, se prendió la caldera con 1 hora de anticipación.

Posteriormente se añadió el suero de leche al depósito del evaporador y se conectó la bomba del condensador. Se estableció una velocidad de alimentación de 8.5 L/h, una presión de vapor a 0.4 kg/cm2 y una temperatura de alimentación entre 58-69°C.

Cada 30 minutos, se midió el volumen de la solución concentrada, se tomó una muestra, y con la ayuda de un refractómetro se midió la concentración, es decir los grados Brix, así como también se evaluó la temperatura dicha solución (concentrado). Después de una hora con 10 minutos de transcurrido el proceso se cambiaron las condiciones: el proceso se llevó a cabo sin presión de vacío y a una velocidad de alimentación de 7.0 L/h. De igual manera, se siguió midiendo la concentración, volumen y temperatura del condensado.

Evaporación

Figura 1. Diagrama del evaporador

Alimentación Total: 30L Área de contacto: 0.064m2

Presión del evaporador: 0.4 kg/cm2 ;39.2266kPa Presión de vacío: 200 mmhg

Temperatura de entrada: 58-69°c Flujo volumétrico: 8.5 L/h

Evaporación

Tabla 1. Resultados obtenidos cada 30 minutos de evaporación

Tiempo (min) Volumen Concentrado

Volumen

Condensado(ml) Grado Brix (Bx)

30 231 0 6.6

60 275 0 5.0

70 267 98 6.1

Cambio de condiciones: Sin presión de vacío y 7.0 L/h

Tabla 2. Resultados obtenidos después del cambio de condiciones

Tiempo (min) Volumen Concentrado

Volumen Condensado

Grado BrixBx Condiciones

120 414 6 6.1 Sin vacío

150 209 4 6.2 Con vacío

Balance Ideal: Sin elevación del punto de ebullición

Alimentación: 8.5 concentración 5.0%p Concentrado: Concentración 6.1%p Presión del vapor: 200mmhg

Teb: 66.5815°c Tf: 69°c

Tabla 3. Flujos volumétricos deseados en la evaporación

Alimentación Concentrado Condensado

8.5 L/h 6.967 L/h 1.5327 L/h

Presión del vapor del evaporador: 39.2266 KPa λ=2319.1KJ/Kg T=75.9°C Hf: 293.0 KJ/Kg

Hv: 2342.30 KJ/Kg Hl: 278.61 KJ/Kg

Vapor utilizado: 0.65825 Kg/h

Evaporación

Interpretación de resultados

En la tabla 1 se expresan los resultados obtenidos; se puede observar que los valores de los grados Brix disminuye a la segunda lectura esto es debido a posibles contaminantes dentro del evaporador sin embargo es notorio el hecho de que si fue aumentando la concentración de la muestra con respecto al tiempo.

Debido a que durante el proceso de evaporación se tuvieron problemas con el equipo por una posible obstrucción, no fue posible obtener buenos resultados de acuerdo al balance.

Se cambiaron las condiciones del evaporador para observar posibles diferencias pero los resultados continuaron siendo desfavorables.

Discusiones

En la práctica se buscaba evaporar y concentrar una muestra de suero de leche. Al momento de poner en funcionamiento evaporador no se obtuvo la cantidad de volumen condensado esperado debido al mal funcionamiento o falta limpieza del evaporador, así que es posible que el condensador estuviera obstruido y debido a esto no se obtuvieron los resultados esperados.

Conclusiones y Recomendaciones

Se concentró una solución de suero de leche por medio de un evaporador de efecto simple de flujo ascendente, por lo tanto se cumplió el objetivo de la práctica, sin embargo, es importante mencionar que se obtuvo poco volumen de condensado, por lo que se recomienda revisarel equipo antes de trabajar con él.

Evaporación

(Geankoplis, C.J., 1988, Procesos de Transporte y Operaciones unitarias, Capitulo 8 “Evaporación”, p. 545, CONTINENTAL S.A. DE C.V., México)