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Titlepractica 1. EVAPORACIÓN
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EVAPORACIÓN

I. INTRODUCCIÓN

La evaporación es un proceso de concentración de soluciones, en las que el disolvente se

elimina por ebullición. Uno de los objetivos principales de la evaporación es la reducción

de la cantidad y peso de los fluidos, lo que permite un más eficiente transporte de las

materias y un más adecuado almacenamiento de las mismas. Otro objetivo importante que

se pretende en los procesos de evaporación es la eliminación de grandes cantidades de

agua de las soluciones previo a que el material sea introducido en alguna entapa de

deshidratación, como es el caso de la obtención de leche en polvo. La evaporación

también se utiliza para reducir la actividad de agua aumentando el contenido de solidos

solubles en alimentos, lo que ayuda a la conservación de los mismos, como es el caso de

la obtención de leche condensada o zumos concentrados de frutas. La evaporación se ha

utilizado de forma extensiva en diversas industrias alimentarias, como son las industrias

lácteas de leches concentradas, en las industrias de zumos para obtener zumos

concentrados, en industrias de conservas y mermeladas para obtener soluciones con alto

contenido en azucares. La evaporación también se utiliza para elevar el contenido de

solidos solubles de soluciones diluidas antes de un proceso de deshidratación de líquidos

como la atomización o la liofilización.

Los procesos de evaporación suponen la aplicación de calor para vaporizar agua de la

solución en su punto de ebullición. Debido a que muchas soluciones alimentarias son muy

sensibles a la aplicación del calor, se debe trabajar bajo condiciones de vacío o baja

presión para que el punto de ebullición sea más bajo, y de esta forma perjudiquen en

menor grado el alimento. Los factores básicos que afectan la velocidad de evaporación

son los siguientes: 1) la velocidad a la cual la energía puede ser transferida al líquido, 2) la

cantidad de energía requerida para vaporar cada kilogramo de agua, 3) la temperatura

máxima permitida para que el alimento no quede afectado, 4) la presión a la cual se lleva

a cabo la evaporación, y 5) los cambios que pueden tener lugar en el alimento durante el

curso del proceso de evaporación.

Un evaporador es esencialmente un intercambiador de calor en el que un líquido hierve,

generando una corriente de vapor. Se puede considerar un evaporador como un generador

de vapor a baja presión en el que la corriente de vapor se puede utilizar como fluido

calefactor de otros evaporadores. Cuando dos evaporadores se conectan en serie se

denomina al conjunto evaporación en doble efecto, cuando son tres se les denomina de

triple efecto, y así sucesivamente. La utilización de evaporadores de múltiples efectos

aumenta la eficacia de la energía global del sistema, aunque esta eficacia en el consumo

energético se traduce en un aumento del coste por el número de evaporadores instalados,

ya que n efectos aproximadamente cuestan n veces el coste de un único evaporador. El

diseño óptimo de una planta de evaporación se debe basar en un balance entre los costes

de operación y el capital invertido en la instalación.

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III. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

3.1. TRANSMISIÓN DE MATERIA Y CALOR EN UN EVAPORADOR

Para un evaporador simple el modo de operar es como sigue: en la cámara de

condensación se alimenta una corriente de vapor saturado wV, que posee una

temperatura T, siendo Ĥw su entalpía. El vapor condensa, y el único calor que cede es

el de condensación, por lo que de esta cámara sale una corriente wV de agua líquida a

la temperatura de condensación T, siendo su entalpía ĥw, que se corresponde a la de

agua a su punto de ebullición. El calor de condensación Q es transferido a través del

área de intercambio del evaporador, y es captado por la corriente del alimento en la

cámara de evaporación.

En la cámara de evaporación se alimenta una corriente wA, con una fracción másica

en soluto XA, que se halla a una temperatura tA, siendo su entalpia ĥA. Debido al calor

que cede el vapor condensado (Q), se obtiene una corriente concentrada wC, de

composición XC, cuya temperatura es tC y ĥC es su entalpía. Además, se obtiene una

corriente de vapor V, a una temperatura tV y cuya entalpia es ĤV.



Los balances energéticos que deben realizarse son:

 Cámara de condensación:



 Cámara de evaporación:



 Área de intercambio:



En la que U es el coeficiente global de transmisión de calor y A el área del

evaporador



Mientras que en los balances de materia son:



 Global:



 Soluto:



3.2. AUMENTO EBULLOSCÓPICO

En los procesos de evaporación, la solución que permanece en el evaporador cada vez

se vuelve más concentrada, con lo su punto de ebullición aumenta. El aumento

ebulloscópico que experimenta la solución depende de la naturaleza del material que

se está evaporando y de los cambios de concentración que se producen. Una

expresión general que permite el cálculo del aumento ebulloscópico, considerando

solución ideal, es la ecuación:

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Tabla 1 parámetros α, β, δ y λ

Muestra α x 10
2
β δ λ x 10

2


Sacarosa 3,061 0,094 0,136 5,328

Azucares reductores 2,227 0,588 0,119 3,593

Zumos 1.360 0,749 0,106 3,390

Fuente: Crapiste y lozano, 1988



IV. MATERIALES Y MÉTODOS



4.1. MATERIALES

La parte experimental de esta práctica se llevara a cabo utilizando un evaporador de

simple efecto en planta piloto y un dispositivo experimental de laboratorio, que

consta de:

 Evaporador de simple efecto

 Un matraz de 2 litros con tapón de goma

 Un baño de agua

 Un refractómetro

 Vacuómetro

 Termómetro

 Condensador

 Bomba de vacío

 Solución de sacarosa

4.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL



A. Dispositivo experimental de laboratorio (fig. 3)

a. Medir la concentración inicial de la solución de sacarosa

b. calentar el baño de agua a 95 °C

c. Realizar el montaje de laboratorio

d. Llenar el matraz con un volumen determinado de solución de sacarosa

e. Anotar la temperatura inicial del agua azucarada

f. Operar con unas condiciones determinadas de vacío

g. Cuando se haya llegado a las condiciones estacionarias, anotar la presión de la

cámara de evaporación, la temperatura

h. Anotar la variación de la temperatura de la solución de sacarosa en la cámara de

evaporación cada 5 minutos, observando la variación de la temperatura de

ebullición que experimenta el agua azucarada.

i. Cuando la concentración se empiece a notar, medir el volumen de la solución

de sacarosa y medir su contenido en sólidos solubles.

j. Repetir el proceso a diferentes condiciones de vacío.

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V. RESULTADOS



SOLUCIÓN DE SACAROSA:

°Brix inicial: 21°Bx

Volumen inicial: 500 ml

°T inicial: 30.7 °C



 Medio de Calentamiento 190 °C

Pvacio=200 mbar

Tiempo (min) ° T vapor (°C) ° T liquido (°C)

5 28.6 38

10 33 46

15 36.8 50

20 39.7 53



 medio de calentamiento 250 ° C

Pvacio=200 mbar

Tiempo (min) ° T vapor (°C) ° T liquido (°C)

25 44.5 60

30 49 68

35 52.1 73

Pvacio=300 mbar

Tiempo (min) ° T vapor (°C) ° T liquido (°C)

40 74.5 80



 medio de calentamiento 150 ° C

Pvacio=300 mbar

Tiempo (min) ° T vapor (°C) ° T liquido (°C)

45 70.5 79

50 66.5 76



SOLUCIÓN DE SACAROSA DESPUES DE 50 min:

°Brix final: 25°Bx

Volumen final: 450 ml

°T final: 66.5 °C

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http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

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al valor de la presión de vapor del líquido de forma tal que el líquido se evapora a

una temperatura que es inferior a la temperatura de ebullición normal. como

observamos en los resultados a una presión de vacío de 200 mbar la solución de

sacarosa entro en ebullición casi a los 80 °C, pero al aumentar la presión de vacío a

300 mbar la temperatura de ebullición disminuyo hasta 76 °C que es la temperatura

de la solución de sacarosa. Esto nos indica que mientras mayor sea la presión de

vacío mucho menor será la temperatura de ebullición; lo cual es diferente con la

presión atmosférica el cual cuan mayor es la presión atmosférica mayor es la

temperatura de ebullición. La evaporación en vacío es muy importante ya que no

todos los alimentos soportan temperaturas de ebullición a presión atmosférica por

largo tiempo sin perder o desnaturalizar su composición o su parte proteica, es por

eso que cuando se evapora a presiones de vacío la temperatura de ebullición

disminuye y esto ayuda a no desnaturalizar mucho al alimento.



a. Discutir cómo afecta la viscosidad del zumo al proceso de evaporación. ¿cómo

afectaran los cambios de viscosidad al coeficiente de transmisión de calor durante

el proceso de evaporación?



La viscosidad de las soluciones afectan a la velocidad de evaporación, esto se debe a

que las partículas del agua son atrapadas en la solución, dependiendo al grado de

consistencia. En la práctica lo hemos podido notar cuando la solución se hizo más

consistente.



b. Suponiendo que la fuente de calefacción no cambia, discutir como afectara el

aumento ebulloscópio sobre la velocidad global de transmisión de calor.



Mientras más velocidad de calor sea transmitido al sistema, el punto ebulloscópico va

ser menor. La temperatura de ebullición depende del tipo de fluido, a medida cuando

no cambia la Tº de calefacción el punto ebulloscópico aumenta debido a que la

solución se hace más consistente.



c. Justificar el porqué se utilizan condiciones de vacío en los procesos de

evaporación

La evaporación en vacío, en la industria de alimentos es un proceso en el que la

presión a la que se encuentra un recipiente conteniendo un líquido es reducida a un

valor inferior al valor de la presión de vapor del líquido de forma tal que el líquido se

evapora a una temperatura que es inferior a la temperatura de ebullición normal.

Aunque el proceso puede utilizarse con todo tipo de líquido a cualquier presión de

vapor, por lo general es utilizado para referirse a la ebullición de agua al reducir la

presión dentro del recipiente por debajo de la presión atmosférica con lo cual el agua

ebulle a temperatura ambiente.

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor
http://es.wikipedia.org/wiki/Agua
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica
http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_ambiente

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