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4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los valores de la temperatura de ebullición, tanto de la solución de 65°Brix como la de
80°Brix, se comparan con respecto a la temperatura de saturación de vapor de agua
correspondiente a la misma presión a través de la regla empírica de Dühring y se
observa la diferencia la elevación del punto ebulloscópico de la solución que ambas
presentan a conforme se muestra en la Figura 1.
60.00 65.00 70.00 75.00 80.00 85.00 90.00 95.00 100.00 105.0050
60
70
80
90
100
110
80 Brix 65ºBrix T sat (de Tablas) (°C)
T° Ebullición del Agua
T°
Ebu
llic
ión
de la
sol
ucio
nes
Figura 1 Temperatura de ebullición de una solución de 65°Brix y de una solución de 80°Brix en
comparación con la temperatura de saturación del vapor de agua a distintas presiones.
Existen muchos factores que afectan a la evaporación de un líquido, uno de las más
importantes es la concentración del líquido, ya que no solo determina la elevación del
punto de ebullición sino también la capacidad calorífica de la solución (Franco, 2006).
Se puede observar en la figura 1, se observa que la solución de 80°Brix presenta
mayores puntos de ebullición que la solución de 65°Brix a una determinada presión.
Ello debido a que cuando se disuelve un soluto no volátil, en un solvente, la presión de
vapor del solvente decrece y el punto de ebullición aumenta, pues se requiere más
energía para que la solución, alcance una presión de vapor igual a la presión del sistema.
Es decir, la solución de 80°Brix al tener mayor cantidad de solutos, requiere mayor
energía y por tanto mayor temperatura de ebullición para la evaporación del solvente.
Para disoluciones concentradas, que no se comportan idealmente, la predicción del
punto de ebullición se puede realizar mediante la Regla de Dühring, según la cual el
punto de ebullición de un líquido o de una disolución es una función lineal del punto de
ebullición del disolvente puro, normalmente el agua, a la misma presión (Ibarz &
Barbosa-Cánovas, 2011).
La presión de operación determina el punto de ebullición a trabajar y por ende la
temperatura. Si se disminuye la presión del sistema la temperatura de ebullición
disminuirá (Geankoplis, 1998). Como se observa en la figura 1, las curvas obtenidas,
presentan una tendencia lineal y poseen pendiente positiva, pudiendo apreciarse mejor
en la curva de la temperatura de ebullición obtenida para la solución de 65°Brix. Ello
indica que a medida que aumenta la temperatura de saturación, es decir la presión
absoluta del proceso es mayor, la temperatura de ebullición de cada solución también es
mayor.
Se observó formación de espuma en la solución de 80°Brix que al momento de
calentarla a bajas presiones, debido a que el gas atrapado en la solución al estar
expuesto a una presión de vacío, es arrastrado por el vapor que se está produciendo y se
escapa por la parte superior. Se debe evitar la formación de espuma ya que esta produce
perdidas de material (Geankoplis, 1998) y además puede ser perjudicial para los
equipos (Franco, 2006). Para el control del problema a nivel industrial, en los equipos se
utilizan agitadores.
Al aplicar la expresión general dada por Ibarz (2005) que permite el cálculo del
aumento ebulloscópico, el cual se aplica para soluciones ideales, se muestra en la tabla 1
y tabla 2. Por otro lado, se puede observar en dichas tablas los valores de la elevación
del punto de ebullición para cada caso que se calcularon según la correlación empírica
para soluciones azucaradas de Crapiste y Lozano (1988).
Tabla 1. Valores de EPE obtenidos experimentalmente y por medio de expresiones matemáticas para la solución de
65°Brix.
65°BrixPresión Absoluta
(bar)EPE (°C)
EPE (Expresión General)
EPE (Crapiste y Lozano)
0.41325 2.2677 1.3099 0.50130.45325 3.4743 1.3684 0.50770.51325 3.5154 1.4663 0.51630.61325 4.5804 1.6349 0.52900.71325 4.0888 1.7910 0.54000.81325 5.2190 1.9325 0.5497
0.91325 4.4896 2.0649 0.55841.01325 4.5223 2.1946 0.5664
Tabla 2. Valores de EPE obtenidos experimentalmente y por medio de expresiones matemáticas para la solución de
80°Brix.
80°BrixPresión Absoluta
(bar)EPE (°C)
EPE (Expresión General)
EPE (Capriste y Lozano)
0.81325 4.0190 2.9955 1.24650.91325 5.9896 3.2020 1.26631.01325 7.5223 3.4043 1.2843
Como se aprecia en las tablas anteriores, ambos métodos arrojan valores diferentes. En
este caso, los valores obtenidos por el método general se acercan más a los valores
experimentales. Sin embargo los obtenidos por la correlación empírica para soluciones
con sacarosa tienden a ser más constantes, estos datos fueron calculados en función a la
presión del medio y a la concentración de la solución, y por su parte la ecuación general
hace uso de la temperatura de saturación del agua y del porcentaje de agua en la
solución. En una un investigación hecha por Siche et al. (2012), se determinó el
aumento ebulloscópico en jugo de caña con distintos valores de grados Brix, en donde
se observa que la variación del punto ebulloscópico obtenidos experimentalmente
difieren al compararlos con los valores obtenidos por las ecuaciones de la bibliografía,
siendo la ecuación de Crapiste y Lozano la que arrojó valores más aproximados a los
reales. Cabe mencionar que un factor que influencia en que la Elevación del Punto
Ebulloscópico difiera en cada caso, es que las ecuaciones establecidas en la bibliografía
predicen soluciones ideales y, como se mencionó anteriormente, las soluciones
concentradas no se comportan como soluciones ideales.
Asimismo, Angulo et al. (2013) comparó la elevación de los puntos ebulloscópicos
experimentales tanto en leche de cabra como en leche de vaca con diferentes grados
Brix a distintas presiones y comparó dichos valores con la ecuación general. En ese
estudio se obtuvieron valores de EPE calculados similares a los obtenidos
experimentalmente. Lo que indica que dicha expresión es efectiva al calcular valores de
elevación del punto de ebullición de soluciones de sacarosa con altas concentraciones,
debido a que los resultados arrojados son cercanos a los reales.
Es importante poder contar con otras técnicas, como por ejemplo un sistema
automatizado que capté la temperatura de ebullición de la solución cuando esta se
vuelve constante durante un momento del proceso, ya que el método utilizado es
subjetivo, poco eficiente y esta propenso a un mayor error.
5. CONCLUSIONES
- Se estudió el efecto de la presión en la temperatura de ebullición de soluciones de
sacarosa de 65°Brix y 80°Brix, calculando la elevación del punto ebulloscópico en
cada caso.
- Se graficaron mediante la regla de Dühring, las curvas correspondientes a las
temperaturas de ebullición tanto de la solución de 65°Brix como la de 80°Brix y se
comparó con la curva correspondiente a la temperatura de saturación del agua pura.
- Se comparó la elevación del punto ebulloscópico de cada solución a diferentes
presiones con los valores obtenidos mediante una expresión general dada por Ibarz y
mediante una ecuación empírica de Crapiste y Lozano. Siendo la primera, la que
arrojó cifras más cercanos a las obtenidas experimentalmente.
6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Angulo, R.; Beltrán, P.; Fernández, G.; Fuentes, R.; Leyva, C.; Pardo, F. 2013.
Efecto de concentración de sólidos en la temperatura de ebullición de la leche de
cabra y vaca. Agroindustrial Science, III(2), pp. 101-106.
Franco, J., 2006. Diseño de un Simulador por Computadora de Procesos de
Evaporación en una linea de Evaporadores de múltiple efecto., Guatemala: s.n.
Geankoplis, C., 1998. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Tercera ed.
México: Compañía Editorial Continental, S.A.
Ibarz, A. & Barbosa-Cánovas, G., 2011. Operaciones unitarias en la Ingeniería de
Alimentos, Madrid-México: Mundi-Prensa.
Siche, R., Armas, V., Lezama, R. & Iparraguirre, R., 2012. Aumento ebulloscópico
de extracto de jugo de yacón (Smallanthus sonchifolius) y determinación de
gráficas de Dühring.. Agroindustrial Science, II(2), pp. 146-152.