EVAPORACINDE

ALIMENTOS

La evaporacin es el mtodo por el cul

se elimina una parte del agua contenida

en un alimento fluido,

mediante evaporacin de la misma

(ebullicin)

con objeto de obtener un producto

concentrado

1. POR ELIMINACIN DE AGUA

a) Concentracin por Evaporacin

b) Concentracin por Membranas (Osmosis Inversa)

c) Concentracin por Congelacin (Crio-concentracin)

2. POR ADICIN DE SLIDOS

a) Adicin de azcar (mermeladas, jaleas, ates, fruta cristalizada)

b) Adicin de hidrocoloides (fruta estabilizada)

c) Adicin de sal (carnes y pescados salados)

3. POR ADICIN DE SLIDOS + ELIMINACIN DE AGUA

a) Adicin de azcar + Evaporacin (leche condensada)

Existen diferentes mtodos para concentrar alimentos:

CONCENTRACIN DE ALIMENTOS

Se logra una reduccin de la Actividad de agua (Aw) del

alimento a valores entre 0.6 y 0.8 (humedad intermedia)

Con estos valores de Aw el desarrollo de

microorganismos y la velocidad de las reacciones

qumicas, bioqumicas y enzimticas se reducen, pero

no se inhiben.

Por ello, los productos concentrados requieren tcnicas

coadyuvantes de conservacin:

- Refrigeracin

- Congelacin

-Tratamiento Trmico y Envasado al vaco

- Adicin de conservadores, etc

CONCENTRACIN POR EVAPORACIN

Ventajas:

- Mejora la conservacin del producto ( Aw)

- Permite un ahorro energtico en operaciones

subsecuentes (deshidratacin, congelacin)

- Reduce gastos de almacenamiento, transporte y material

de empaque (reduce volumen)

- Facilita el uso del producto, tanto al consumidor (sopas,

pur tomate) como a la industria (pectina lquida conc., fruta conc.para helados, yogurts, pastelera)

Desventajas:

- Por s sla no conserva al producto. Requiere mtodos

coadyuvantes de conservacin (refrigeracin,

congelacin, tratamiento trmico y envasado al vaco ,etc)

- Puede haber prdida del aroma del producto (si no se

recupera )

EVAPORACIN

Eliminacin de una parte del agua del producto en

forma de vapor, mediante la aplicacin de calor

suficiente para:

1) Elevar la temperatura del

producto hasta su punto calor sensible

de ebullicin

(depende P sistema)

2) Evaporar el agua del calor latente

producto

El calor necesario para efectuar la evaporacin

generalmente es sumistrado por

vapor a alta presin ( alta temperatura),quien cede su calor latente de condensacin.

No se utiliza calefaccin directa o resistencias elctricas

debido a que proporcionan temperaturas locales muy

elevadas, daando al producto.

El agua caliente podra utilizarse cuando la temperatura

de ebullicin del lquido a evaporar es baja, pero los

grandes volmenes de agua caliente requerida son muy

problemticos para el diseo y operacin de los

evaporadores.

EVAPORACIN

DE UN SOLO

EFECTO

ESQUEMA DE UN EVAPORADOR

Balance Global del masa:

mf = mp + mv ................. Ecuacin 1

Balance de slidos:

mf Xf = mp Xp + mv Xv mf Xf = mp Xp ........... Ecuacin 2

0

m = flujo msico (kg/h)

EVAPORACIN

DE UN SOLO

EFECTO

En la evaporacin hay

transferencia de masa

y de calor.

Balance de calor:

a) calor que se requiere administrar al producto para que pueda evaporarse

(calor sensible hasta la temp. de ebullicin + calor latente de evaporacin)

Q = mf Cp (Tb Tf) + mv v Ecuacin 3

b) calor que debe ser suminstrado por la fuente de calentamiento (vapor de

calentamiento)

Q = ms s .............. Ecuacin 4

c) la velocidad de transferencia de calor en el evaporador es:

Q = U A T = U A (Ts Tb) ............. Ecuacin 5

Donde:

Q = velocidad de transferencia de calor (kcal/h)

s = calor latente de condensacin del vapor a Ts (kcal/kg)

v = calor latente de vaporizacin del agua a Tb (kcal/kg)

Cp = calor especfico del producto alimentado (kcal/kg C)

U = coeficiente global del transferencia de calor (kcal/h m2 C)

A = rea de transferencia de calor ( m2 )

Tf = Temperatura del producto alimentado (C )

Tb = Temperatura de ebullicin del producto (depende de Psist.) (C )

Ts = Temperatura vapor de calentamiento (depende de Ps) (C )

m = flujo msico (kg/h)

Subndices:

f = alimentacin

p = prod. concentrado

v = vapor del producto

s = vapor calentamiento

TEMPERATURA DE EBULLICIN

DEL PRODUCTO (Tb)

Temperatura depende Presin

de ebullicin de del Sistema

punto de ebullicin = temperatura a la cul la presin de vapor del lquido se

iguala a la presin que existe alrededor del mismo, en este caso = Presin en el

Sistema (Psist)

cuando

Psist es alta ( atmosfrica) Temp. ebullicion es alta ( 100C)

Psist es = P atmosfrica Temp. ebullicin 100C

Psist es baja ( atmosfrica = vaco) Temp. ebullicion es baja ( 100C)

Mayor vaco Menor Temperatura de ebullicin

ELEVACIN DE LA TEMPERATURA

DE EBULLICIN (Tb)

A medida que el lquido se concentra, su

temperatura de ebullicin aumenta (propiedad

coligativa), por lo que el T disminuye, reduciendo a

su vez la velocidad de transferencia de calor (Q)

La elevacin del punto de ebullicin con el cambio

de concentracin puede determinarse de 2 formas:

a) Mediante los Diagramas de Dhring

b) Mediante estimacin matemtica basada en la

molalidad de la solucin

DIAGRAMA DE DHRING Para Solucines Acuosas de Sacarosa

Elevacin del Punto de Ebullicin en Soluciones

Concentradas

De acuerdo a la 2da Ley de Raoult, el en el punto de ebullicin es

proporcional a la molalidad de la solucin

Estimacin matemtica en base a la molalidad

de la solucin

Tb (C) = 0.51 m

0.51C = constante de proporcionalidad ebulloscpica del agua

m = molalidad de la solucin

m = moles de soluto conc. = g soluto* / PM soluto

1000 g solvente g solvente* / 1000 g

* en 1000 g

EVAPORADORES

Los evaporadores industriales normalmente

constan de:

Un intercambiador de calor para aportar el

calor sensible y el calor latente de evaporacin

del alimento liquido.(En la industria de los alimentos normalmente se utiliza vapor

saturado como medio de calentamiento)

Un separador en el que el agua evaporada del

alimento se separa de la fase lquida

concentrada.

Un condensador para condensar el agua

evaporada del alimento y eliminarla del sistema(a menos que se utilicen mltiples efectos)

EQUIPOS UTILIZADOS PARALA EVAPORACIN DE

ALIMENTOS

DE CIRCULACIN NATURAL

DE CIRCULACIN FORZADA O PELICULA DELGADA

Evaporador de tubos cortos Evaporador de tubos cortos

horizontales verticales

EVAPORADORES DE CIRCULACIN NATURAL

EVAPORADORES DE

CIRCULACIN FORZADA

O

PELICULA DELGADA

Estos evaporadores son mas costosos que los de

circulacin natural, pero son mucho mas eficientes

cuando los productos a evaporar son sensibles al

calor, tienen altas viscosidades o propiedades

incrustantes, como es el caso de los alimentos

Evaporador Verticalde Tubos Largos (Pelcula Ascendente)

deCirculacinForzada

Los evaporadores de Pelcula Descendente, o de

Pelcula Ascendente son muy utilizados en la

industria alimentaria

Estos evaporadores:

-Pueden ser operados con

diferenciales de temperatura

muy bajos entre el medio de

calentamiento y el lquido a

evaporar

-Tienen tiempos de contacto con

el producto muy cortos (unos

cuantos segundos por paso)

-Son especialmente adecuados

para productos sensibles al calor

Evaporador de Placas

Ventajas:

- Alta eficiencia, economa y rendimiento

- Altos coeficientes de transferencia trmica

- Capacidad de trabajar con productos termo-sensibles

- Limpieza rpida y sencilla (CIP)

Los evaporadores de

placas, al igual que los

de pelcula ascendente

o descendente, son

ampliamente

utilizados para la

evaporacin de

alimentos

Evaporador de Superficie Raspada

Pelcula Delgada 0.25 mm

Se utiliza para alimentos viscosos: pulpas fruta, pasta tomate, miel,

extractos carne

Evaporador Centrfugo (Centri-Therm)

EFICIENCIA DE LA

EVAPORACIN

Se requiere un valor determinado de Q (kcal/h), para

evaporar una masa dada de producto, y alcanzar la

concentracin deseada. (Q = mfCp (Tb Tf) + mv v)

Esa Q debe obtenerse en el evaporador:

Q = A U T

Cuando se logra obtener altos valores de Q

con pequeas reas de evaporacin,

entonces puede decirse que la evaporacin

es eficiente.

Factores que influencian la velocidad de

transferencia de calor (Q)

en un evaporador

Q = U A T

Se desea que Q sea grande, pero A sea pequea,

los valores de U y T deben ser grandes

Factores que afectan el valor de U:

a) Pelcula Superficial

b) Depsito de residuos o costras en la

superficie de intercambio de calor

Factores que afectan el valor de T:

a) Temperatura del vapor de calentamiento

b) Temperatura de ebullicin del producto

U = 1 = 1

RT Rvap + Rpared + Rliq

Rvap = Rc + Rs

Rliq = Rd + RL

Rpared = Xpared / kpared

RT = Rc + Rs + Rpared + Rd + RL

a) PELCULA

SUPERFICIAL

Donde:

U = coeficiente global de transferencia de calor

RT = resistencia total a la transferencia de calor

Rvap = resistencia a la transmisin del calor del

lado del vapor de calentamiento

Rc = resistencia a la transmisin de calor por el

condensado del vapor de calentamiento

Rs = resistencia a la transmisin de calor por el

vapor de calentamiento

Rliq = resistencia a la transmisin de calor del

lado del lquidoa evaporar

Rd= resistencia a la transmisin de calor por

los depsitos de producto

RL = resistencia a la transmisin de calor por el

lquido a evaporar

Rpared = resistencia a la transmisin de calor

por la pared del intercambiador calor

Xpared = espesor de la pared del intercambiador

Kpared = conductividad trmica de la pared del

intercambiador de calor

( material de construccin)

En evaporadores bien diseados y que operan eficientemente,

RT est determinada por Rliq

U 1/ Rliq

Rliq depende de:

Grosor de la pelcula de lquido Tipo de Evaporador

Viscosidad del lquido

Presencia de depsitos o costras de producto en la

superficie del intercambiador

Aproximadamente, el coeficiente global de transmisin de calor

para evaporadores es:

Evaporadores de Circulacin Natural U 1000 1500 kcal/h m2 C

Evaporadores de Circulacin Forzada U 2000 2800 kcal /h m2 C

o Pelcula Delgada

b) Depsito de residuos o costras en la superficiede intercambio de calor

Depsito de residuos, formacin de costras o incrustaciones

Caracteristicas del producto:viscosidad, slidos en suspensin,

composicin qumica (prot. ,carboh.)

Temperatura del medio de

calentamiento

Tiempo de permanencia

Tratamiento agua para producir

vapor (eliminar dureza)

Afecta las caractersticas

sensoriales del producto

( calidad)

U y por lo tanto Q

Depende de:

lado

del

lquido

lado

del

vapor

Factores que afectan el T

Q = U A T = U A (Ts Tb)

Altos valores de T altos valores de Q

Altos valores de T Ts y Tb

a) Temperatura del vapor de calentamiento (Ts)

Ts 150C daa al producto

Ts 102C vapor condensado

Ts 105 - 140C (el valor de Ts a utilizar se selecciona en

base al producto a evaporar)

b) Temperatura de ebullicin del producto (Tb)

Tb se logra utilizando vacio

Debe utilizarse la mayor temperaturade vapor de calentamiento que el producto resista y la menor Tb posible, mediante el mayor vaco que el equipo pueda conseguir

EVAPORACIN AL VACO

SI NO- Protege al alimento - Proporciona un

del dao trmico tratamiento trmico

(debe pasteurizarse antes)

- Aumenta la velocidad - Evita la prdida de

de transmisin de aroma

calor (Q) (debe recuperarse el aroma)

ECONOMA DE LA

EVAPORACIN

ECONOMA DE VAPOR DEL SISTEMA

Economa de vapor = ms (kg vapor / kg agua evaporada)

del sistema mv

La evaporacin es el mtodo de eliminacin de agua

ms econmico.

El costo de una operacin de evaporacin depende

directamente de la masa de vapor de calentamiento

utilizada para evaporar una masa dada de producto y

se cuantifica como Economa de Vapor del Sistema

Aspectos importantes de la

evaporacin de alimentos:

1) Calidad del producto evaporado

- mnimo dao trmico evaporacin al vaco

- recuperacin de aromas

2) Eficiencia de la Evaporacin:

- alta velocidad de evaporacin Q con U y A

3) Economa del proceso

- bajo gasto de vapor de calentamiento ms

mv

RESUMEN

RESUMEN

Ecuaciones a utilizar para el clculo de las

operaciones de evaporacin:

Evaporacin de un solo efecto

I. Balance global de masa y slidos

1) mf = mp + mv

2) mf Xf = mp Xp

II. Balances calor

3) Q = mf Cp (Tb Tf) + mv v

4) Q = ms s

5) Q = A U (Ts Tb)

III. Economa de vapor del Sistema

6) ms / mv

Factores de

Diseo

Tipo de

Evaporador

Area de

transferencia

de calor

Factores de

Operacin

. Fijar Ts

Fijar Tb

Mantener

drenada camisa

de calentamiento