ECONOMIZACIÓN DEL

PROCESO DE

EVAPORACIÓN

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.

Existen 2 métodos para aprovechar este

vapor en el mismo sistema de

evaporación:

1) Re-compresión del vapor

2) Evaporación de Múltiples Efectos

RE-COMPRESIÓNDEL

VAPOR

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:

1) Re-compresión Mecánica

2) Re-compresión Térmica

1) RE-COMPRESIÓN MECÁNICA

- Evaporación del agua del alimento

mv1 = masa de vapor del producto a P1 y T1

- RE-COMPRESIÓN MECÁNICA DEL VAPOR

vapor sobrecalentado (no recomendable como medio de calentam.)

- saturación del vapor (mezcla con el condensado )

vapor saturado a P2 y T3 (puede servir como medio de calentam.)

condensación del vapor al ceder su , para evaporar producto

RE-COMPRESIÓN MECÁNICA DEL VAPOR

RE-COMPRESIÓN MECÁNICA DEL VAPOR

LIMITANTES:

1) 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 100 °C 1.7 m3 / kg

38 82 3.2

25 56 9.0

2) 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.

2) RE-COMPRESIÓN TÉRMICA DEL VAPOR

Eyector

De Vapor

o

Termo-

compresor

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/cm2 (P manométrica)

y esto limita su aplicación práctica.

Este método de Re-Compresión del vaporrequiere menos capital de inversión, pero

produce una menor recuperación del calor (menor economia de vapor del sistema)

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.

EVAPORACIÓN DE MÚLTIPLES EFECTOS

Evaporador de Placas Sigmastar® de 5 efectos para la

concentración de jugos de fruta con recuperación de aroma

Evaporador de Película

Descendente

de 3 Efectos

Evaporación de Múltiples Efectos con alimentación hacia adelante (concurrente)

Condición Indispensable: P1 P2 ........ Pn

y T1 T2 ....... Tn

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.

BALANCES

DE MASA:

Balance Global de masa: mf = mp + mv

Balance Global de sólidos: mf Xf = mp Xp

mv = mv1 + mv2 +... + mvn

Balances de masa y sólidos por efecto:

1er. Efecto: mf1 = mp1 + mv1 mf1 = mf

mf1 Xf1 = mp1 Xp1 Xf1 = Xf

2do Efecto: mf2 = mp2 + mv2 mp1 = mf2

mf2 Xf2 = mp2 Xp2 Xp1 = Xp2

n Efecto: mfn = mpn + mvn mpn = mp

(último efecto) mfn Xfn = mpn Xpn Xpn = Xp

EVAPORACIÓN DE

MÚLTIPLES EFECTOS

BALANCES DE CALOR

1) Calor transmitido al producto

1er. Efecto: Q1 = mf1 Cp1 (T1 – Tf ) + mv1 1

2do Efecto: Q2 = mf2 Cp2 (T2 – T1) + mv2 2

Efecto n: Qn = mfn Cpn (Tn-1 –Tn) + mvn n

2) Calor proporcionado por el vapor de calentamiento

1er. Efecto: Q1 = ms s

2do. Efecto: Q2 = mv1 1

3er. Efecto: Q3 = mv2 2

Efecto n : Qn = mvn-1 n-1

3) Calor transferido en el evaporador

1er. Efecto: Q1 = A1 U1 T1 = A1 U1 (Ts – T1)

2do. Efecto: Q2 = A2 U2 T2 = A2 U2 (T1 – T2)

Efecto n: Qn = An Un Tn = An Un (Tn-1 – Tn)

En los Evaporadores de Múltiples Efecto

A1 = A2 = A3 = …… = An

CALCULO DE

EVAPORADORES

DE MÚLTIPLES EFECTOS:

1) Se considera el

calor sensible

2) Se desprecia el

calor sensible

- Método Algebraico

- Método Iterativo

- Método Simplificado

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

11111 )( mvTTCpmfm fss

22122211 )( mvTTCpmfmv

METODO ALGEBRAICO

EVAPORACIÓN DE DOBLE EFECTO

Balances de Calor:

Calor transmitido al producto Calor proporcionado por el

vapor de calentamiento

111111 )( mvTTCpmfQ f ssmQ 1

2212222 )( mvTTCpmfQ 112 mvQ

1er. Efecto

2do Efecto

Igualando Q las ecuaciones pueden escribirse:

1er. Efecto

2do Efecto

METODO ALGEBRAICO

Evaporación de Doble Efecto:

Conociendo las temperaturas de: vapor calentamiento (Ts), alimentación (Tf) y

en cada efecto (T1 y T2) y sus calores latentes de evaporación ()

221221111 )()( mvTTCpmvmfmv

21 mvmvmv

…

…

……….

3 ecuaciones y

3 incógnitas

1112 mvmfmpmf que sustituyendo en la ecuación da:

… 11111 )( mvTTCpmfm fss

22122211 )( mvTTCpmfmv

21 mvmvmv

…

……….

3 ecuaciones y

4 incógnita

(mf1 y mv se calculan del

balance global de masa)

11111 )( mvTTCpmfm fss

pero

MÉTODO ALGEBRAICO

Evaporación de Triple Efecto:

Conociendo las temperaturas de: vapor de calentamiento (Ts), alimentación (Tf)

y en cada efecto (T1,T2 y T3) y sus calores latentes de evaporación ()

que sustituyendo en las ecuaciones y da:

4 ecuaciones y

6 incógnitas

(mf1 y mv se calculan del

balance global de masa)

4 ecuaciones y

4 incógnitas

2113 )( mvmvmfmf

… 11111 )( mvTTCpmfm fss

22122211 )( mvTTCpmfmv

321 mvmvmvmv

…

… 33233322 )( mvTTCpmfmv

……

...

1112 mvmfmpmf pero

2223 mvmfmpmf

… 11111 )( mvTTCpmfm fss

221221111 )()( mvTTCpmvmfmv …

3323321122 )()( mvTTCpmvmvmfmv

321 mvmvmvmv …… y así sucesivamente para ´”n” efectos

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 (T1, T2 y T3) y sus calores latentes de evaporación (), así

como el balance global de masa (mf, mp y mv)

… 11111 )( mvTTCpmfm fss

221221111 )()( mvTTCpmvmfmv …

3323321122 )()( mvTTCpmvmvmfmv

321 mvmvmvmv …

…

1) Suponer un valor de ms y calcular mv1 con

2) Calcular mv2 con y mv3 con

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

Procedimiento:

En la evaporación de alimentos,

frecuentemente ocurre lo siguiente:

1) El producto se alimenta a la temperatura

de evaporación o cercana a ésta (ya que

proviene de operaciones como escaldado,

pasteurización)

2) La diferencia de temperaturas (T) entre

los efectos no es muy grande

3) La elevación en el punto de ebullición no

es significativa

DESPRECIAR EL CALOR SENSIBLE

Y UNICAMENTE CONSIDERAR EL

CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN

EN CADA EFECTO

METODO SIMPLIFICADO

1er. Efecto : (T1 – Tf ) 0

(T2-T1), (T3-T2),…,(Tn-1-Tn) muy pequeña

Entonces

se puede:

11111 )( mvTTCpmfm fss

22122211 )( mvTTCpmfmv

nnnnnnnn mvTTCpmfmv )( 111

1er. Efecto:

2do Efecto:

Efecto n:

METODO SIMPLIFICADO: BALANCES DE CALOR

1) Calor transmitido al producto(se desprecia calor sensible)

1er. Efecto: Q1 = mf1Cp1 (T1 – Tf) + mv1 1

Q1 = mv1 1

2do Efecto: Q2 = mv2 2

Efecto n: Qn = mvn n

2) Calor proporcionado por Q1 = Q2 = … = Qn

el vapor de calentamiento1er. Efecto: Q1 = ms s

2do. Efecto: Q2 = mv1 1

3er. Efecto: Q3 = mv2 2

Efecto n : Qn = mv(n-1) (n-1)

3) Calor transferido en el evaporador

1er. Efecto: Q1 = A1 U1 T1 = A1 U1 (Ts – T1)

2do. Efecto: Q2 = A2 U2 T2 = A2 U2 (T1 – T2)

Efecto n: Qn = An Un Tn = An Un (T(n-1) – Tn)

0

Además se tiene que:

T total = T1 + T2 + ..... + Tn

T total = (Ts – T1) + (T1 – T2) + + (Tn-1 – Tn)

T total = (Ts – Tn)

Como Q1 = Q2 = = Qn

A1 U1 T1 = A2 U2 T2 = = An Un Tn

y como A1 = A2 = = An

entonces U1 T1 = U2 T2 = = Un Tn

METODO SIMPLIFICADO

No. Efectos Sin re-

compresión del

vapor

Con re-

compresión del

vapor

1 1.1 0.6

2 0.6 0.4

3 0.4 0.3

4 0.3 0.22

Economía de vapor del Sistema

(kg vapor / kg de agua evaporada)

Consumo de vapor en instalaciones de evaporación

con Múltiples Efectos y Re-Compresión del vapor