ECONOMIZACIÓN DEL PROCESO DE EVAPORACIÓN

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1 ECONOMIZACIÓN DEL PROCESO DE EVAPORACIÓN

2 El mayor gasto económico en una operación de evaporación, está dado por el consumo de vapor de calentamiento necesario para evaporar el producto en cuestión Economía de vapor del Sistrema = ms /mv Para reducir el consumo de vapor de calentamiento puede aprovecharse el calor contenido en el vapor extraído del alimento durante la evaporación, utilizándose como medio de calentamiento para evaporar mas agua del mismo alimento, siempre que exista una diferencia de temperatura ( T) suficiente entre este vapor y el líquido a evaporar.

3 Existen métodos para aprovechar este vapor en el mismo sistema de evaporación: ) Re-compresión del vapor ) Evaporación de Múltiples Efectos

4 RE-COMPRESIÓN DEL VAPOR

5 RE-COMPRESIÓN DEL VAPOR El vapor desprendido por el producto que se esta evaporando, se comprime para aumentar su Presion ( y por ende su Temperatura) con objeto de volverlo a utilizar como medio de calentamiento del mismo producto. La Re-Compresión del vapor puede ser: ) Re-compresión Mecánica ) Re-compresión Térmica

6 ) RE-COMPRESIÓN MECÁNICA - Evaporación del agua del alimento mv = masa de vapor del producto a P y T - RE-COMPRESIÓN MECÁNICA DEL VAPOR - saturación del vapor (mezcla con el condensado ) condensación del vapor al ceder su, para evaporar producto vapor sobrecalentado (no recomendable como medio de calentam.) vapor saturado a P y T3 (puede servir como medio de calentam.)

7 RE-COMPRESIÓN MECÁNICA DEL VAPOR

8 RE-COMPRESIÓN MECÁNICA DEL VAPOR LIMITANTES: ) El volúmen del vapor a ser comprimido resulta excesivo para los compresores normales, por lo que únicamente una fracción de dicho vapor puede ser re-comprimido. Presión del vapor Temp.ebulición. Volumen específico 0 mmhg 00 C.7 m 3 / kg ) Con la compresión mecánica se logran T bajas (del orden de 5-8 C) que únicamente sirven para la evaporación de soluciones diluídas y no viscosas. 3) Los costos de adquisición y mantenimiento de los compresores son muy altos comparados con el resto del sistema de evaporación.

9 ) RE-COMPRESIÓN TÉRMICA DEL VAPOR Eyector De Vapor o Termocompresor

10 RE-COMPRESIÓN TÉRMICA DEL VAPOR El Eyector de Vapor hace efecto Venturi, con lo que aumenta la Presión del vapor del producto, a costa de perder Presión del vapor procedente de la caldera. Para el funcionamiento del Eyector de Vapor es necesario que la Presión de Alta sea de al menos 8 atm (P absoluta) 7 kg/cm (P manométrica) y esto limita su aplicación práctica. Este método de Re-Compresión del vapor requiere menos capital de inversión, pero produce una menor recuperación del calor (menor economia de vapor del sistema)

11 Evaporador de doble efecto con termocompresor para concentración de alimentos líquidos Los termocompresores son bombas a chorro de vapor que utilizan vapor de alta presión que se expande para arrastrar y comprimir vapor de baja presión a una presión intermedia. Los termocompresores son ampliamente empleados en evaporadores de leche y alimentos para captar y recomprimir vapores perdidos.

12 EVAPORACIÓN DE MÚLTIPLES EFECTOS

13 Evaporador de Placas Sigmastar de 5 efectos para la concentración de jugos de fruta con recuperación de aroma

14 Evaporador de Película Descendente de 3 Efectos

15 Evaporación de Múltiples Efectos con alimentación hacia adelante (concurrente) Condición Indispensable: P P... Pn y T T... Tn

16 El Sistema de Evaporación de Múltiples Efectos con alimentación hacia delante, es el más común para la evaporación de alimentos. En este Sistema, la viscosidad del líquido que está siendo evaporado aumenta durante su paso a través de los efectos debido al aumento en su concentración y a la disminución progresiva de temperatura entre un efecto y otro. Esto provoca una ligera disminución en el valor de U con cada efecto. Sin embargo, la menor temperatura de evaporación en los últimos efectos, protege al alimento del daño térmico, por lo que incrementa la calidad del producto concentrado.

17 EVAPORACIÓN DE MÚLTIPLES EFECTOS BALANCES DE MASA: Balance Global de masa: mf = mp + mv Balance Global de sólidos: mf Xf = mp Xp mv = mv + mv mvn Balances de masa y sólidos por efecto: er. Efecto: mf = mp + mv mf = mf mf Xf = mp Xp Xf = Xf do Efecto: mf = mp + mv mp = mf mf Xf = mp Xp Xp = Xp n Efecto: mfn = mpn + mvn mpn = mp (último efecto) mfn Xfn = mpn Xpn Xpn = Xp

18 BALANCES DE CALOR ) Calor transmitido al producto er. Efecto: Q = mf Cp (T T f ) + mv do Efecto: Q = mf Cp (T T ) + mv Efecto n: Q n = mf n Cp n (T n- T n ) + mv n n ) Calor proporcionado por el vapor de calentamiento er. Efecto: Q = m s s do. Efecto: Q = mv 3er. Efecto: Q 3 = mv Efecto n : Q n = mv n- n- 3) Calor transferido en el evaporador er. Efecto: Q = A U T = A U (T s T ) do. Efecto: Q = A U T = A U (T T ) Efecto n: Q n = A n U n T n = A n U n (T n- T n ) En los Evaporadores de Múltiples Efecto A = A = A3 = = An

19 CALCULO DE EVAPORADORES DE MÚLTIPLES EFECTOS: ) Se considera el calor sensible - Método Algebraico - Método Iterativo ) Se desprecia el calor sensible - Método Simplificado

20 MÉTODO ALGEBRAICO Es el mas exacto ya que permite tomar en consideración: -La elevación en el punto de ebullición -Todo el calor transferido durante la evaporación Sin embargo el cálculo es complicado, sobre todo a partir de 3 o más efectos

21 METODO ALGEBRAICO Balances de Calor: EVAPORACIÓN DE DOBLE EFECTO er. Efecto Calor transmitido al producto Q ( f mv mfcp T T ) Calor proporcionado por el vapor de calentamiento Q m s s do Efecto Q Q mv mf Cp( T T ) mv Igualando Q las ecuaciones pueden escribirse: er. Efecto m s s mf Cp T Tf ) ( mv do Efecto mv mf Cp T T ) ( mv

22 METODO ALGEBRAICO Evaporación de Doble Efecto: Conociendo las temperaturas de: vapor calentamiento (Ts), alimentación (Tf) y en cada efecto (T y T) y sus calores latentes de evaporación ( ) m s mv mf s mf Cp T Tf ) ( mv mf Cp T T ) pero mv ( mv mv mv mp mf mv. 3 ecuaciones y 4 incógnita (mf y mv se calculan del balance global de masa) que sustituyendo en la ecuación da: m mv s s mf Cp T Tf ) ( mv mf mv) Cp( T T ) ( mv mv mv mv. 3 ecuaciones y 3 incógnitas

23 MÉTODO ALGEBRAICO Evaporación de Triple Efecto: Conociendo las temperaturas de: vapor de calentamiento (Ts), alimentación (Tf) y en cada efecto (T,T y T3) y sus calores latentes de evaporación ( ) m mv s s mf Cp T Tf ) mf Cp T T ) mv ( mv ( mv mf3cp3 T3 T ) mv3 mv mv mv mv3 ( 3 4 ecuaciones y 6 incógnitas pero mf mp mf mv mf 3 mp mf mv mf 3 ( mf mv) mv que sustituyendo en las ecuaciones y da: ms s mf Cp( T Tf ) mv mv ( mf mv) Cp( T T ) mv mv ( mf mv mv) Cp3( T3 T ) mv mv mv mv mv3 (mf y mv se calculan del balance global de masa) 4 ecuaciones y 4 incógnitas y así sucesivamente para n efectos

24 A partir de 3 efectos, el método algebraico se vuelve cada vez mas complicado, por lo que es preferible recurrir al MÉTODO ITERATIVO: Evaporación de Triple Efecto: Conociendo las temperaturas de: vapor calentamiento (Ts), alimentación (Tf) y en cada efecto (T, T y T3) y sus calores latentes de evaporación ( ), así como el balance global de masa (mf, mp y mv) m mv mv s s mf Cp( T Tf ) mv mf mv) Cp( T T ) mv mf mv mv) Cp3( T3 T ) mv mv mv mv3 ( ( mv Procedimiento: ) Suponer un valor de ms y calcular mv con ) Calcular mv con y mv 3 con 3 3 3) Con los valores calculados, comprobar el valor de mv en 4) Si mv obtenido mv del balance global, suponer otro valor de ms y volver a empezar

25 METODO SIMPLIFICADO En la evaporación de alimentos, frecuentemente ocurre lo siguiente: ) El producto se alimenta a la temperatura de evaporación o cercana a ésta (ya que proviene de operaciones como escaldado, pasteurización) er. Efecto : (T T f ) 0 ) La diferencia de temperaturas ( T) entre los efectos no es muy grande (T -T ), (T 3 -T ),,(T n- -T n ) muy pequeña 3) La elevación en el punto de ebullición no es significativa m mf mv er. Efecto: s mv s do Efecto: Cp T Tf ) ( mv mf Cp T T ) Efecto n: ( mv n n mf ncpn( Tn Tn ) n mv n DESPRECIAR EL CALOR SENSIBLE Entonces se puede: Y UNICAMENTE CONSIDERAR EL CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN EN CADA EFECTO

26 METODO SIMPLIFICADO: BALANCES DE CALOR ) Calor transmitido al producto (se desprecia calor sensible) er. Efecto: do Efecto: Efecto n: Q = mfcp (T Tf) + mv Q = mv Q = mv Qn = mvn n ) Calor proporcionado por Q = Q = = Qn el vapor de calentamiento er. Efecto: do. Efecto: 3er. Efecto: Efecto n : Q = ms s Q = mv Q3 = mv Qn = mv(n-) (n-) 3) Calor transferido en el evaporador er. Efecto: Q = A U T = A U (Ts T) do. Efecto: Q = A U T = A U (T T) Efecto n: Qn = An Un Tn = An Un (T(n-) Tn) 0

27 METODO SIMPLIFICADO Como Q = Q = = Qn A U T = A U T = = An Un Tn y como A = A = = An entonces U T = U T = = Un Tn Además se tiene que: T total = T + T Tn T total = (Ts T) + (T T) + T total = (Ts Tn) + (Tn- Tn)

28 Consumo de vapor en instalaciones de evaporación con Múltiples Efectos y Re-Compresión del vapor No. Efectos Economía de vapor del Sistema (kg vapor / kg de agua evaporada) Sin recompresión del vapor Con recompresión del vapor

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