RESUMEN En el presente proyecto se propone el diseño de un liofilizador a escala de planta piloto para el laboratorio de operaciones unitarias de la Universidad de La Sabana. El equipo diseñado consta de una cámara de liofilización con capacidad de 5 Kg de materia prima, dos condensadores internos, 5 placas intercambiadoras de calor donde se pondrá el producto para su congelación y suministro de calor para la sublimación, una bomba de vacío, un sistema de refrigeración para los condensadores y para la congelación del producto y el sistema de calefacción. Finalmente se hizo una comparación entre los costos que implican la fabricación nacional del equipo y su importación llegando a la conclusión que resulta más económico construirlo.
INTRODUCCION Uno de los problemas que siempre ha preocupado a los investigadores y científicos, es la característica que presentan gran número de productos biológicos, químicos y alimenticios que, al ser fácilmente desnaturalizables, no permiten su conservación sin que sus cualidades originales sean alteradas. El presente proyecto, por lo tanto, busca ser un aporte para la investigación de nuevos procesos y contribuir en el análisis de métodos tradicionales para la conservación de productos perecederos, presentando una propuesta de diseño de un equipo de liofilización para el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad de La Sabana. Este equipo podrá emplearse como herramienta de experimentación, y de análisis de los fenómenos de transferencia de calor y de masa, en operaciones de refrigeración y secado, favoreciendo que los estudiantes conozcan más a fondo los diferentes principios que rigen el proceso, así como el funcionamiento de los diferentes sistemas que componen el equipo. De igual manera, se espera que el desarrollo del presente proyecto constituya una herramienta valiosa para los investigadores, de tal manera que sea una fuente generadora de nuevos productos y nuevas tecnologías aplicables a la agroindustria. Con el fin de establecer a futuro una comparación entre los métodos de conservación basados en la reducción de la actividad de agua, este proyecto se enfocará en el diseño de un equipo para la liofilización a escala de planta piloto de productos agroindustriales, proporcionando la posibilidad de variar los parámetros que rigen la operación como son la temperatura y la presión dentro de la cámara. La ejecución del proyecto se basa principalmente en la aplicación de los principios teóricos en áreas como resistencia de materiales, termodinámica, transferencia de calor y transferencia de masa; así como también en las investigaciones realizadas sobre equipos existentes, consultas y comparación de costos de equipos importados y asesoría de ingenieros especializados en refrigeración industrial. En el desarrollo del presente trabajo, se detallan las especificaciones de cada uno de los componentes que conforman el liofilizador, y se justifica su diseño y selección según los requerimientos de la operación. El diseño y los cálculos de los sistemas componentes del equipo se ajustan adecuadamente con el fin de que todos los dispositivos que se utilicen se encuentren estandarizados, de manera que comercialmente sean fáciles de adquirir. Al finalizar el diseño se presentan los costos de construcción y comparación con algunos equipos de características similares existentes en el mercado. Posteriormente se presentan las recomendaciones necesarias para la correcta construcción, puesta en marcha, implementación y automatización del equipo.
JUSTIFICACION
Dentro de las líneas de investigación del programa de Ingeniería de Producción Agroindustrial, la correspondiente a SECADO es una de las que actualmente se encuentra más adelantada por los trabajos realizados en el estudio de las operaciones de secado por aire caliente y deshidratación osmótica. Lo que se pretende ahora es profundizar con otra operación de deshidratación que proporciona características diferentes al producto final y que permitirá contrastar los diferentes parámetros estudiados en las otras operaciones. El diseño del equipo es la parte inicial del proyecto de investigación “DISEÑO, PUESTA EN MARCHA Y CONTROL DE PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE UN EQUIPO DE LIOFILIZACIÓN, PARA COMPARAR LOS EFECTOS EN EL PROCESAMIENTO Y CONSERVACIÓN DE FRUTAS TROPICALES, CON RESPECTO A OTRAS OPERACIONES DE DESHIDRATACIÓN”, aprobado para su realización al interior del programa de Producción Agroindustrial, con recursos del Fondo Patrimonial Especial. El propósito general es poder complementar los equipos que conforman el laboratorio de operaciones unitarias y que permiten, principalmente, estudiar los fenómenos de transferencia de calor y transferencia de masa relacionados con los procesos de deshidratación, los cuales constituyen una parte esencial de la formación por fundamentos del ingeniero de producción agroindustrial. Posteriormente, el estudio del equipo permitirá la profundización en una operación de alta tecnología, presente en la industria agroalimentaria. En conjunto, este proyecto apoyará la docencia del programa y permitirá continuar con trabajos en la línea de investigación en secado.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL Plantear el diseño detallado de un equipo de liofilización para el Laboratorio de Operaciones Unitarias de La Universidad de La Sabana. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1) Realizar una recopilación bibliográfica básica en cuanto las características, tanto de la operación de liofilización como del equipo necesario para llevarla a cabo. 2) Comparar entre si, con base en la información disponible, las características de los equipos para laboratorio y a nivel de planta piloto e industrial, que se encuentran en el mercado. 3) Identificar los parámetros que controlan el proceso y definir los rangos de trabajo para cada uno de estos, teniendo en cuenta que se van a procesar materiales agroindustriales, principalmente frutas tropicales. 4) Elaborar la propuesta de diseño detallada, de cada uno de los componentes del equipo. 5) Evaluar el costo de la construcción del equipo de liofilización.
CAPITULO I REVISION BIBLIOGRAFICA LIOFILIZACION 1.1. INTRODUCCION Y CARACTERISTICAS
La liofilización es un proceso que consiste en deshidratar un producto previamente congelado, lográndose la sublimación del hielo a baja presión, de una solución, suspensión o coloide, generalmente acuosos. En este método el producto se deseca congelándolo primero y sublimando después el hielo desde el estado congelado (BRENNAN, 1980). La sublimación se realiza creando un gradiente de presión de vapor entre el entorno inmediato al producto y el frente de hielo del interior del producto. La completa desecación tiene lugar en tres fases (BRENNAN, 1980). Inicialmente, mediante la congelación, se separa el agua de los componentes hidratados del producto mediante la formación de cristales de hielo o mezclas eutécticas. Subsiguientemente, al sublimar estos cristales, se elimina el agua del seno del producto. Cuando se ha eliminado todo el hielo, los sólidos remanentes todavía tendrán una cantidad de agua absorbida en el interior de la estructura de sus componentes. Este agua residual se elimina por evaporación. Este tipo de secado se introdujo inicialmente a gran escala en la década de 1940 para la producción de plasma seco y productos de sangre (REY, 1975). Después, antibióticos y materiales biológicos se prepararon a escala industrial por liofilización. Enfriando y congelando el sistema a liofilizar, manteniendo un alto vacío y una velocidad adecuada en el suministro de calor, se pueden tener las condiciones necesarias para que el agua exista sólo en las fases hielo-vapor. En tales circunstancias la deshidratación se produce en la fase hielo, que se retrae constantemente dentro del sistema. El volumen final de sólido es prácticamente igual al de la solución inicial congelada, obteniéndose, debido a ello, que el producto seco sea poroso, de gran superficie de contacto y de fácil rehidratación.
