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Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 CONCEPTOS BASICOS DE EVAPORACION Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Definicin:LaEvaporacinentrminosgeneralesconsisteenla separacin de un disolvente voltil de un soluto no voltil por vaporizacin deldisolvente.Paranuestrasaplicacionesenparticular,eldisolventea separar es el agua de la leche. EnnuestrasinstalacioneslaEvaporacinseutilizaparafabricacinde precondensadoscomoproductosterminadosocomounpasointermedio de eliminacin agua en la fabricacin de productos en polvo. ElprincipiogeneralrelacionadoconlaEvaporacindelalecheesel mismoqueseaplicaenlageneracindevaporapartirdelagua.Sin embargo,en laEvaporacindelagua delaleche,latemperaturadesta debemantenerselosuficientementebajaparaevitarsu sobrecalentamiento,locualatentarafinalmentesobresucalidad.Adems, esta temperatura depende del tiempo de exposicin a que estar expuesta esta leche. El desprendimiento de agua de la leche por ebullicin a baja temperatura, se logra manteniendo un vaco en el recipiente que la contiene. Conceptos bsicos Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Vaco en mm de Hg Presin absolutaKp/cm2Temperatura C755,4 0,0062 0754,8 0,0070 1,67753,7 0,0086 4,44751,2 0,012 10,0746,8 0,018 15,6740,9 0,026 21,1733,5 0,036 26,7724,0 0,049 32,2710,7 0,067 37,8693,8 0,090 43,0645,2 0,156 54,0568,0 0,261 66,0450,3 0,421 77,0276,6 0,657 88,029,4 0,993 99,00 1,033 100,0PUNTO DE EBULLICION DEL AGUA EN FUNCION DE LA PRESION Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Evaporacin con vaco Evaporacin en Estanques bajo vaco: Mtodoempleadoparalquidosviscososejemplo:Leche CondensadaAzucarada. Enestemtodolalecheprecalentadasehaceentraraun recipientebajovacoyatravsdelasuperficiedecalefaccin circulavapor,queproveeelcalornecesarioparalaevaporacin del agua. El funcionamiento puede ser como Batch(masa de operacin) o en flujo continuo. Lasdesventajasdeestemtodoson:largostiemposde exposicindelproductoaaltastemperaturas,ladiscontinuidad del proceso y la ineficienciaCurso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Evaporacin con vaco Evaporacin en Plantas de Simple Efecto: Mtodo empleado especialmente en operaciones continuas.El msutilizadodeelloseseltipoEvaporadordePelcula Descendente,elcualconsistede1unidadenlaqueuna delgada pelcula de producto es alimentada directamente dentro detubosverticales,enpresenciadevacoycalentadospor vapor por el lado exterior de los tubos. Susventajasson:continuidaddelproceso,cortosperodosde exposicindelproductoatemperaturasmasmoderadasy elevados coeficientes detransferencia de calor. Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Evaporacin con vaco Evaporacin en Plantas de Mltiple Efecto: Mtodoempleadonormalmentesloenoperacionescontinuas;secaracterizaporunaelevadaeficienciatrmica,esdecir,un reducido consumo especfico de vapor de calefaccin. Consisteenvariasetapasdesimpleefecto,enlascualesseva aumentandopaulatinamentelaconcentracindellquidoylos vapores(vahos)provenientesdel1er.efectoseutilizancomo medio de calefaccin del efecto siguiente. Adems,seconservanlasventajasdelsimpleefectoconcortos perodos de exposicin y elevados coeficientes de transferencia de calor. Seanexaesquematpicode1EvaporadordeDobleEfectode PelculaDescendente,conTermocompresin,Precalentadores tubulares , Pasteurizador, DSI, Condensador indirecto y Eyectores de vaco. Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Comovaloresindicativosdeconsumosespecficos"E"sepueden anotar: 1Simple Efecto sin Termocompresiny sin Flash E=1 1Doble Efecto sinTermocompresiny sin FlashE=0,5 1Simple Efecto con Termocompresin y sin Flash E=0,33 1Doble Efecto con Termocompresiny sin FlashE=0,25 1Triple Efecto con Termocompresiny sin FlashE=0,14 Evaporacin TOTALEVstMME == Kg de vapor de calefaccin suministrado / Kg de agua evaporada del producto.Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 TERMOCOMPRESIONEl clculo terico de este proceso es complejo, pues deben considerarsesimultneamente las 3 siguientes relaciones para flujo compresible:1.Conservacin de la cantidad de masa2.Conservacin de la energa3.Conservacin de la cantidad de movimiento11vstMMM = = o2 1T T = AOCurso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Diagrama T,S.Proceso en TermocompresorCurso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 TRANSMISION DE CALOR.Desde este punto de vista, 1 Evaporador es esencialmenteun Intercambiador de Calor Tubular y por ello la cantidadde Calor -Qde intercambio a travs de sus paredes ser:donde:U= Coeficiente de Transferencia de calorA= Superficie de intercambiot A=Diferenciadetemperaturaentreladovahosylado producto( )2 1t t t A U Q A =-. .Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Unesquemasimplificadodel procesodeTransferenciade Calor que se desarrolla para este caso, es el siguiente: Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 2 11 1 1o o+ + =xxUA su vez el valor del Coeficiente de Transferencia U se define como: donde: = Coeficiente de conveccin lado Vahos = Espesor de la pared de transferencia x =Conductividad trmica de la pared =Coeficiente de conveccin lado Producto Resistividad Trmica Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 En forma simplificada puede anotarse que el valor de 1o es funcin de:||.|

\|A = 414141414141411, , , , , , H t g r fw w w odonde:r= Calor latente de condensacin del vapor de agua.w = Densidad del condensado de aguag = Aceleracin de gravedadw= Conductividad trmica del condensado de aguaw= Viscosidad Cinemtica del condensado de aguat A= Diferencia de temperatura entre el vapor y la pared "tw1".H = Altura de la paredResistividad Trmica Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Ejemplo de clculo del valor U Parael1erEfectodeunEvaporadordePelculadescendente,procesandolecheaunatemperatura de aprox. 69 C , con temperatura lado calefaccin de 76 C, con unTc deentradade9%ydesalidade15%,contubosdeaceroinoxidableAISI304de48/51mmdedimetro,unclculodelcoeficientedetransferenciaglobalUnosdaravalores del orden de:000 . 81 = o | | c h m kcal/5 , 1 = x | | mm13 =x | | c mh kcal /200 . 32 = o | | c h m kcal 2/3200113 * 10005 , 180001 1+ + =U = 0,000125 + 0,0001154 + 0,00031250005529 , 01=Uluego:| | C h m kcal U =2/ 810 , 1Resistividad Trmica Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 Para este ejemplo se aprecia que el valor de resistividad trmica del film de lecheesaprox.3veceselvalorderesistividaddelvapordeagua condensndose o de resistividad del espesor del tubo. A medida que suban los valores de Tc de la leche en los efectos siguientes, estevalorderesistividadcrecerapreciablemente,mientraslosotros2 valores se mantendrn aproximadamente constantes. Aumento similarseproduciralmomentodeformacindeincrustaciones, dondeelvalordeUdisminuirnotoriamenterespectodelasituacin cuando los tubos estaban limpios, de ah la importancia de conocer todas las condicionesdeoperacindelEvaporadorcuandosteestlimpioy hermtico con el fin de evaluar su operacin en el transcurso del tiempo. Clculos ms exactos y completos de valores de transferencia los entrega el programaEVAPCALC,contenidosenelManualdeNestecTMC-364.30de marzo1994FallingFilmEvaporatorCalculationanddesignquese estudiar por separado. Resistividad Trmica Curso Capacitacin Evaporacin y Secado de Leche, Cayambe Septiembre 3-5 2.001 GRACIAS POR SU ATENCION