UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO
FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
LIOFILIZACION
Congelación y Refrigeración de Productos Agroindustriales
LIOFILIZACION
Congelación y Refrigeración de Productos Agroindustriales
LIOFILIZACION 2 ETAPAS
CONGELACIONSUBLIMACION
Rápida, cristales de
hielo pequeño, estado amorfo
Presión baja
Congelación y Refrigeración de Productos Agroindustriales
Planta de liofilización diseñada y construida por INVAP en la provincia de Chubut.
Congelación y Refrigeración de Productos Agroindustriales
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PROCESO DE LIOFILIZACION
PREPARACION CONGELACION DESECACION PRIMARIA
DESECACION SECUNDARIA
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CONGELACION
Congelar el agua libre
T° entre -20 y -40 °C
Conocer la T° maxima
solidificacion, velocidad optima de
enfriamiento, T° minima de fusion
incipiente
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F 1: ETAPA CONDUCTIVA
F 2:PRIMERA ETAPA DIFUSIVA
F 3: SEGUNDA ETAPA DIFUSIVA
ETAPAS DE SECADO POR
SUBLIMACION
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SECADO PRIMARIO
Hielo se retira mediante sublimación, desde la fase solida o la gaseosa.
El proceso de secado continuara hasta que se agote el hielo presente.
La fuerza impulsora es el gradiente de presión de vapor entre la superficie congelada del producto y el condensador
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Para suministrar
el calor requerido
Calor por radiacion,
desde la placa calefactora
superior
Conduccion desde la placa inferior, por la
delgada pelicula de aire
Conduccion a travez de la
capa seca del material hasta
la interfase solida
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A) Sublimación del hielo con el vapor de agua retirándose por canales de la estructura.
B) Difusión de moléculas de agua hasta el frente de secado de la matriz.
C) Vapor de agua escapándose por fracturas de la matriz, desarrolladas durante el proceso de secado.
D) Pérdida de la estructura en el frente desecado por colapso
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Si hay canales en la estructura escapa por ellos y, al hacerlo, se propicia la aparición de nuevos poros o canales.
Si no hay disponibles canales las moléculas de agua se difunden hasta llegar a los poros generados en la zona seca
Si la matriz sólida tiene una alta resistencia a la difusión se produce una sobrepresión del vapor de agua
El vapor de agua se retira de la
matriz de diferentes formas
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SECADO SECUNDARIO
Las porciones remanentes de agua no congelada, que no subliman en la primara etapa del secado, lo hacen por evaporación en la segunda etapa al incrementarse la temperatura de la matriz del alimento.
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POROSIDAD DEL
PRODUCTO
La difusividad de vapor
aumenta con la porosidad
La lenta velocidad de
conge. provoca rapida
veloc.secado
Ya que los cristales son
voluminosos y se transforman
en poros
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CONOCIMIENTOS PARA LA LIOFILIZACION
HOMOGONEOS O
HETEROGENEOS SON LOS
COMPONENTE
CONTENIDO DE AGUA
COMPOSICION DEL
PRODUCTO
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QUE CONSERVA LA LIOFILIZACION
SABOR, VITAMINAS, MINERALES Y AROMAS
PRODUCTO NATURAL, LIBRE DE ADITIVOS Y CONSERVANTES
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VENTAJA
S
LARGA VIDA
ANAQUEL
ALMACENAMIENTO
A T° AMBIENT
E
PROCESO IDONES PARAR
SUSTANCIAS
TERMOLABILES
FACILIDAD DE
MANEJO
REHIDRATACION
INSTANTANEA
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DESVENTAJAS
PROCESO CARO
ELVADO GASTO
ENERGETICO
OPERACIÓN DE LARGA DURACION
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Diagrama de flujo de la liofilización
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ECUACIONES DE DISEÑO Y MODELOS MATEMATICOS DE
LA LIOFILIZACION
JUAN SEBASTIAN RAMIREZ NAVAS, LIOFILIZACION DE ALIMENTOS, COLOMBIA 2006, C.J. GEANKOPLIS 1992
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FLUJO DE CALOR (q)
𝒒=𝒉 (𝑻𝒆−𝑻 𝒔 )= 𝒌∆𝑳 (𝑻 𝒔−𝑻 𝒇 )
DONDE:q : Flujo especifico de calor (W)h : Coeficiente externo de transferencia externa de calor (W/m2.K)Te : Temperatura externa del gas °CTs : Temperatura de la superficie del solido seco °CTf : Temperatura del plano de sublimación o capa congelada °CK : Conductividad térmica del solido seco W/m.KL : Espesor de la capa seca en m
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M. Jacob (1949) señaló que el perfil de temperatura a través de la interface hielo-líquido no es lineal.
La nueva capa de hielo puede ser obtenida a partir de la ecuación (T. A. Jennings, 1993)
𝝀=∆𝑯𝟎
𝝆𝒊𝒄𝒆 𝑨∆𝑯 𝒇
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La velocidad de formación de hielo puede ser expresada por la ecuación. (T.A. Jennings, 1993):
𝒅 𝝀𝒅𝒕
= 𝟏𝝆 𝒊𝒄𝒆𝑨∆𝑯 𝒇
𝒅 (∆𝑯𝟎 )𝒅𝒕
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El tamaño del cristal de hielo formado (B. Woinet, J. Andrieu, M. Laurent y S.G.Min 1998) se obtiene mediante la ecuación
𝒅𝒑=𝑺 .√𝟏𝟔 .𝑫𝒂❑
𝒌 .𝒂𝟐
𝑻 𝑰𝑰−𝑻𝒎
𝑻𝒎−𝑻 𝑰
.𝑭| √𝑲𝟐𝜸 √𝑫𝒂
|.𝑭| √𝑲𝟐𝜸 √𝒂𝟐
|−𝟏
2
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D. Chevalier, A. Le Bail, M. Ghoul (2000), presenta el modelo para calcular el tiempo de congelación en liofilización, mediante la ecuación
𝒕𝒄=∆𝑯 .𝝆 .𝑴𝒑𝒍𝒂𝒏𝒌
𝑵 . (𝑻 𝒂−𝑻 𝒇 ) [ 𝟏𝒉 ÷𝑴 𝒑𝒍𝒂𝒏𝒌
𝟒 𝝀𝒇𝒇]
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El tiempo de liofilización se puede calcular mediante varios modelos: Modelo presentado por C. J. Geankoplis (1983). (Citado por: M. R. Okos, et al1992; C. J. Geankoplis 1999) el tiempo de liofilización se obtiene mediante la ecuación
𝑳𝟐
𝟏𝑴 𝑨𝑽 𝑺
(−𝒅𝒙𝒅𝒕 )( 𝟏𝒌𝒈+𝑹𝑻 (𝟏−𝑿 )𝑳
𝟐𝑫´ )=(𝝆 𝒇𝒘−𝝆𝒆𝒘 )
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Cuando h es muy grande (resistencia externa despreciable) (C. J. Geankoplis 1983), el tiempo de liofilización se obtiene mediante la ecuación
𝒕=𝑳𝟐 .𝜟𝑯𝑺
𝟒 .𝑲 .𝑴 𝑨 .𝑽 𝑺 . (𝑻 𝒆−𝑻 𝒇 ) (𝑿𝟏−𝑿𝟐−𝑿𝟏
❑
𝟐+𝑿𝟐
❑
𝟐 )22
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Modelo presentado por Karel (1974) (citado por: Fellows 2000), el tiempo de liofilización se obtiene mediante la ecuación
𝒕𝒅=𝑿𝟐 .𝝆 . (𝑴𝟏−𝑴𝟐 )𝜸𝑺
𝟖 .𝑲𝒅 . (𝜽𝒔−𝜽 𝑰 )
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GRACIAS
POR SU ATENCION
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