DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES TERMODINAMICAS DE UN DESTILADOR

TRABAJO ENCARGADO

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HYO - PERÚ 2015

Cátedra: INGENIERIA DE ALIMENTOS IICatedrático: M.Sc. Edgar Rafael Acosta López

Alumnos: ARROYO VILCAHUAMAN,VeronicaBALBIN CHUQUILLANQUI,YulisaMUNIVE MUÑICO,RUTCASTRO,JULI

Semestre: VII

I.- OBJETIVOS:

Determinar las propiedades termodinámicas del mosto (jugo de caña de azúcar) para la separación de (etanol- agua).

Realizar el balance de energia en el sistema refrigerante del almbique.

II.FUNDAMENTO TEÓRICO:

La destilación es una operación que tiene por objeto separar mediante el calor las partes más volátiles de un mezcla, transformándolas en vapores que para recogerlos se condensan por enfriamiento. Generalmente los productos de los que parte para la elaboración de bebidas destiladas, son alimentos dulces en su forma natural como la caña de azúcar, la miel, leche frutas maduras, etc. Y aquellos que pueden ser transformados en melazas y azucares.

El principio de la destilación es bastante simple, el aspecto más importante de este proceso es la separación de un líquido (jugo de caña de azúcar que viene a ser el mosto), que contiene alcohol, el alcohol se evapora a partir de los 78°C y el agua a 100°C.El resultado de cualquier destilación se divide en tres fracciones en el siguienteOrden cabeza-corazón-colas.La mejor parte de la destilación es el corazón y entra en ebullición a partir de los 78 a 82°C a una concentración de 45 a 65 % de alcoholLas sustancias más volátiles son las primeras en salir por cuanto tienen puntos de ebullición más bajos, son conocidos como cabezas, se trata de sustancias como la acetona, metanol, y varios ésteres pues tales productos pueden producir ceguera y muerte si son consumidos por el hombre.

Para evitar que las cabezas contaminen el resto del destilado se debe controlar la temperatura, pues estas entran en ebullición a partir de los 55°C, normalmente tienen un sabor amargo.Los corazones son reconocidos por el destilador a través de su color ampliamente transparente.Las colas o rabos tienen alcoholes con un punto de ebullición más elevado como son los furfurales que producen en el destilado un mal sabor.

Dependiendo de lo que se vaya a destilar se obtendrá a partir del proceso de destilación una mezcla de diferentes sustancias químicas, ejemplo:

Acetona 56,5 °C Metanol (alcohol de la madera) 64°C Acido etílico 77,1 °C Etanol 78 °C

Agua 100°C Butanol 116 °C Alcohol amilico137,8 °C Furfurol 161 °C

Las lecturas de la temperatura de una destilación son hechas en la cámara de vapor del alambique, normalmente en el casco donde los vapores se acumulan antes de seguir para la lentilla de refinamiento o para el recipiente de condensación.Esta es también la razón por la que se recomienda la utilización de un termómetro en la destilación de alcohol: cuando la temperatura ya no ascienda de forma visible, comienza el corazón del destilado.En la fermentación y destilación fácilmente pueden producirse sustancias derivadas no deseables como propanol, acetona, acetato o alcohol metílico.Afortunadamente en gran parte se pueden separar estas sustancias nocivas ya que su punto de ebullición está por debajo del que posee el alcohol potable.Por esto se separan las primeras gotas del destilado esta es también la razón por la que se recomienda la utilización de un termómetro en la destilación de alcohol: cuando la temperatura ya no ascienda de forma visible, comienza el corazón del destilado.Quien trabaje sin termómetro y quiera estar seguro, deja simplemente unas gotas más en las cabezas antes de recoger el destilado fino (aunque el aguardiente justo después de las cabezas es el mejor). Normalmente se trata sólo de unas pocas gotas de cabezas. El alcohol metílico se puede separar también en parte si tras la destilación se mantiene el destilado durante una hora a 30ºC y se deja enfriar después. Cuidado con no calentarlo demasiado porque si no se evapora también el alcohol.

En un proceso de destilación existen pérdidas de calor, y es importante conocer los diferentes mecanismos que existen de transferencia de calor para poder realizar los cálculos que nos son necesarios para aumentar la eficiencia de un equipo.

El ALAMBIQUE (del árabe al - ambiq, y este a su vez del griego ambicos = vaso), es el sistema de destilación más utilizado.Técnicamente el término alambique se aplica al recipiente en el que se hierven los líquidos durante la destilación, pero a veces se aplica al aparato entero, incluyendo la columna fraccionadora, el condensador y el receptor en el que se recoge el destilado.

Fig. N° 01: Esquema de un alambique.

Fuente: tesis -para obtener el título de ingeniero químico

El alambique es una herramienta utilizada para destilar mezclas de líquidos mediante un proceso de calentamiento y posterior enfriamiento.Como el alcohol hierve a una temperatura inferior al agua, se consigue destilar una bebida con alto grado alcohólico. Los alambiques se fabrican normalmente de cobre, porque no proporciona sabor al alcohol, resiste los ácidos y conduce bien el calor.El equipo consta de una caldera de cobre de capacidad variable, un condensador prolongado en un cuello de cisne (o trompa de elefante), un condensador refrigerante cilíndrico provisto en su interior de un serpentín de cobre, conectable al cuello de cisne y con salida para el destilado en su parte inferior y una base para el condensador refrigerante lleva dos orificios de entrada y salida de agua (grifo), que se mueve a contracorriente de los vapores en el serpentín. En el orificio de salida del destilado hay normalmente un dispositivo para colocar el alcoholímetro, para permitir controlar la graduación de salida y separar las distintas fracciones del destilado.En la caldera se calienta el bien a destilar llevándolo a ebullición. El vapor asciende por el cuello de cisne del alambique y se condensa en la cuba refrigerante, eso es todo.

III.MATERIALES Y METODOS: 3.1.- MATERIALES:

Cuatro termómetros Dos vasos de precipitación 500 ml Manguera de goma Una rejilla Un refractómetro Un alcoholímetro Un manómetro de agua

3.2.- EQUIPOS: Una cocinilla eléctrica Una refrigerante en serpentín Un equipo de destilación (Alambique)

3.3.- MUESTRA: La presente guía de prácticas se realizó con el jugo de caña de azúcar

con 17 grados brix se colocó en un recipiente con tapa de 4 litros donde tendría lugar el proceso fermentativo.

Tabla N°1: CONTROL GRADOS BRIX DE LA MATERIA PRIMA

°BRIX Temperatura °C

MOSTO FRESCO 17 13

MOSTO FERMENTADO 5-6 16

Fuente: elaboración propia

3.4.- MÉTODO EXPERIMENTAL:A.- Montaje del equipo:

Colocar el alambique sobre la cocinilla. Conectar la tubería del intercambiador de calor (refrigerante) con el grifo

de agua. Colocar un vaso de precipitación para recepcionar el vapor condensado. Colocar 4 litros de jugo fermentado de la caña de azúcar (melaza) en el

alambique. Cerrar el sistema con los tornillos.

Fig. N° 02: Montaje del equipo de destilación

FUENTE: Laboratorio de Ingeniera de Alimentos

B.-Realización del proceso de destilación Verificar que todo el sistema este correctamente instalado. Una vez colocado el alambique sobre la cocina, encenderla.

Recepcionar el vapor condensado en un vaso de precipitación Controlar la temperatura de ebullición del etanol (75-78 °C), y los demás

variables de la cabeza y la cola. Anotar las variables termodinámicas (tiempo, temperatura, presión etc.)

encontradas en el proceso de destilación.

IV.- RESULTADOS Y DISCUSIONES

Reporte Temperatura(°C) TiempoCabeza(metanol, esteres)Corazón (etanol)Cola (furfurales)

Anotar la presión cuando el etanol empieza a salir en forma líquida a 78-79 ªC.

Realizar el balance de energía del refrigerante del destilador:

Fig. N° 03: sistema refrigerante

FUENTE: Laboratorio de Ingeniera de Alimentos

Calor Entrada = Calor Salida

V.- CUESTIONARIO

5.1.- ¿Cuál es la función del refrigerante en la destilación?

5.2.- Mencione todos los cambios físicos involucrados en el proceso y explique detalladamente

5.3.- ¿Qué parámetros termodinámicos se deben controlar para obtener un buen producto?

VI.-BIBLIOGRAFIA

Fernández, A. Productos de la descomposición de la sacarosa. Material Curso

de Tecnología de Alimentos II. (2000).

Roberto Rodríguez Área De Tecnología De Los Alimentos

Universidad Técnica Del Norte-Escuela De Ingeniería Agroindustrial

“Obtención De Pisco Utilizando Un Alambique De Destilación” Autores:

Cristian Jaramillo Loaiza, Xavier Soria Parra- Director De Tesis:Ing.

Marcelo Miranda

http://www.mezcalpedia.com/index.php?

option=com_content&view=article&id=114:quinta-etapa&catid=51:5-pasos-

basicos&Itemid=62

http://www.una.ac.cr/fisica/index2.php?

option=com_docman&task=doc_view&gid=6&Itemid=43.

EL ALCOHOL QUE TOMAMOSEl alcohol de vino, alcohol etílico o etanol, de fórmula C2H5OH, es un líquido transparente e incoloro, con sabor a quemado y un olor agradable característico. Es el alcohol que se encuentra en bebidas como la cerveza, el vino y el brandy. Debido a su bajo punto de congelación, ha sido empleado como fluido en termómetros para medir temperaturas inferiores al punto de congelación del mercurio, -40 °C, y como anticongelante en radiadores de automóviles.Normalmente el etanol se concentra por destilación de disoluciones diluidas. El de uso comercial contiene un 95% en volumen de etanol y un 5% de agua. Ciertos agentes deshidratantes extraen el agua residual y producen etanol absoluto. El etanol tiene un punto de fusión de -114,1 °C, un punto de ebullición de 78,5 °C y una densidad relativa de 0,789 a 20 °C. Desde la antigüedad, el etanol se ha obtenido por fermentación de azúcares.Todas las bebidas con etanol y casi la mitad del etanol industrial aún sefabrican mediante este proceso. El almidón de la patata (papa), del maíz yde otros cereales constituye una excelente materia prima. La enzima de lalevadura, la cimasa, transforma el azúcar simple en dióxido de carbono. Lareacción de la fermentación, representada por la ecuaciónC6H12O6 ? 2C2H5OH + 2CO2

es realmente compleja, ya que los cultivos impuros de levaduras producen una amplia gama de otras sustancias, como el aceite de fusel, la glicerina y diversos ácidos orgánicos. El líquido fermentado, que contiene de un 7 a un 12% de etanol, se concentra hasta llegar a un 95% mediante una serie de destilaciones. En la elaboración de ciertas bebidas como el whisky y el brandy, algunas de sus impurezas son las encargadas de darle su característico sabor final. La mayoría del etanol no destinado al consumo humano se prepara sintéticamente, tanto a partir del etanal (acetaldehído) procedente del etino (acetileno), como del eteno del petróleo. También se elabora en pequeñas cantidades a partir de la pulpa de madera. La oxidación del etanol produce etanal que a su vez se oxida a ácido etanoico. Al deshidratarse, el etanol forma dietiléter. El butadieno, utilizado en la fabricación de caucho sintético y el cloroetano, un anestésico local, son otros de los numerosos productos químicos que se obtienen del etanol. Este alcohol es miscible (mezclable) con agua y con la mayor parte de los disolventes orgánicos. Es un disolvente eficaz de un gran número de sustancias, y se utiliza en la elaboración de perfumes, lacas, celuloides y explosivos. Las disoluciones alcohólicas de sustancias no volátiles se denominan tinturas. Si la disolución es volátil recibe el nombre de espíritu.

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