SISTEMA DE EVAPORACION EN SOLUCION DE SACAROSA INTRODUCCION De acuerdo con las propiedades coligativas de las disoluciones diluidas de un soluto no volátil, la presión de vapor de la disolución es menor que la del disolvente puro a la misma temperatura, y, por tanto, hay un aumento en el punto de ebullición respecto al que tendría el agua pura. Por lo tanto, para una presión de trabajo dada, y una solución acuosa, no sólo sería preciso saber la temperatura de ebullición, (saturación), del agua a esa presión, sino que habría que calcular la elevación del punto de ebullición de la disolución (Westphalen y W olf, 2000). En el caso de disoluciones concentradas, que no se comportan idealmente, la predicción del punto de ebullición se puede realizar mediante una ley empírica conocida con el nombre de Regla de Dühring, según la cual, el punto de ebullición de un líquido o de una disolución es una función lineal del punto de ebullición de una sustancia de referencia, normalmente el agua, referidos ambos a la misma presión. Para distintas concentraciones se obtienen distintas líneas rectas, no necesariamente paralelas. El trazado de estas rectas se puede realizar fácilmente si se dispone de dos temperaturas de ebullición de la disolución a dos presiones distintas. Para predecir ciertas temperaturas de ebullición, se utilizan ecuaciones planteada en literatura, pero solo predicen soluciones ideales, y no tiene validez para la mayoría de procesos industriales. Por ejemplo en evaporación, se desea aumentar el contenido de sólidos de un determinado licor hasta valores donde una solución nunca podría ser considerada diluida. De esta forma, se hace necesario el uso de datos experimentales de la elevación de la temperatura de ebullición en función de la concentración de sólidos y la presión (Westphalen, 1998).
Para el caso de soluciones azucaradas, existen correlaciones empíricas quepermite n obtener el incremento ebulloscópico de las soluciones. Así, una de estasexpresiones es (Crapiste y Lozano, 1988):
en la que C es la concentración de la disolución expresada en °Brix, P es lapresión en mbar, y α, β, δ y γ son constantes empíricas, cuyos valores dependendel soluto. En la Tabla 1 se dan valores para estos parámetros para soluciones desacarosa, de azucares reductores y zumos de frutas.
OBJETIVOS
Conseguir una familiarizacion con los procesos de evaporacion, realizando la concentracion de un zumo de frutas en un evaporador simple, y realizar todos los balances masicos y energeticos correspondientes Estudiar el efecto de la presion externa y de solidos solubles en el punto de ebullicion de un zumo de fruta.
MATERIALES Y METODOS MATERIALES La parte experimental de este capitulo se llevara a cabo utilizando un evaporador de simple efecto en planta piloto y un dispositivo experimental de laboratorio, que consta de: Evaporador de simple efecto Un matraz de 2 Litros con tapon de goma Un baño de agua Un refractometro Condensador Bomba de vacio Solucion de sacarosa (54°Bx)
RESULTADOS Y DISCUSION Tabla1. Datos obtenidos del EPE solución de sacarosa 54°Bx Presion vacío (Bar) 800 700
T° sat
T° ebullicion
epe
epe 1
epe2
61.45 70.09
48.5 65.6
-12.95 -4.49
4.468285 4.387872
1.301606 1.698412
600 500 400
76.64 81.96 86.48
300
90.45
76.8 82.8 88 93.2
0.16 0.84 1.52 2.75
4.29684 4.191607 4.066313
2.035291 2.331958 2.60034
3.91029142
2.84849769
Tabla1. Datos obtenidos del EPE solución de sacarosa 61.5°Bx Presion vacío (Bar)
T° sat
T° ebullicion
epe
epe 1
epe2
800
61.45 70.09 76.64 81.96 86.48 90.45
62.5 73.5 80.5 86.2 90.8 95.5
1.05 3.41 3.86 4.24 4.32 5.05
2.96414363 2.91079982 2.85041159 2.78060261 2.69748578 2.59398521
1.30160551 1.69841202 2.03529096 2.33195809 2.60034037 2.84849769
700 600 500 400 300
Tabla2. Datos obtenidos del EPE solución de sacarosa de 69°Bx Presion vacio (Bar) 800 700 600 500 400
T° sat
T° ebullicion
epe
epe 1
epe2
61.45 70.09 76.64 81.96 86.48
64.9 75.1 83.1 88.5 93.3
3.45 5.01 6.46 6.54 6.82
4.468285 4.387872 4.29684 4.191607 4.066313
1.301606 1.698412 2.035291 2.331958 2.60034
En la tabla 1, 2 y 3 se muestran las temperaturas de ebullición de las soluciones de sacarosa a 50, 61.5 y 69°Bx pues son superiores a la Temperatura de saturacion, siendo mas notorio que al aumentar la concentracion su elevación del punto de ebullicion es mayor, Segun Vanaclocha y Requena (1999), este efecto se debe a que cuando un soluto se encuentra disuelto en agua, la presencia de las moleculas del soluto, alteran la presion de vapor de la solucion, afectando de tal manera el punto de ebullicion. En la Tabla 1, 2 y 3 se muestran los resultados obtenidos desarrollando los diversos métodos para poder obtener la elevación del punto de ebullición (EPE) con las diferentes presiones y diferente concentración a la que fue sometido la solucion de sacarosa. Se representan los valores de aumento del punto de ebullición obtenidos a partir de las diferentes ecuaciones, obteniendo datos semejantes, siendo los resultados más cercanos a los valores obtenidos experimentalmente los de la ecuación de Crapiste y Lozano (1988). Figura1. Relación entre la temperatura de saturación y la temperatura de ebullición de solución de sacarosa de 54, 61.5 y 69ºBrix
120 e d n ó i c u l
o s a e s d o r n a c ó i a c i s l l u b e e d ° T
y = 1.1207x - 5.7404 R² = 0.9984
100 80
T° sat 60
61.5°Bx
40
69°Bx
20
54°Bx
0 60
65
70
75
80
85
90
95
T ° de saturación
Las variaciones observadas en el punto de ebullición, para solucion de sacarosa a diferentes concentraciones, se pudo deber; según Pereda et al (1998); a su viscosidad, el cual puede alterar el coeficiente de transferencia de calor y la velocidad de circulación del líquido, puesto que, normalmente, la viscosidad de una solución aumenta con su concentración, a medida que avanza la evaporación disminuye la velocidad de transferencia de calor. En la figura 1 observamos que a medida que aumenta la concentración de la solución de sacarosa la temperatura de ebullición también aumentan generándose así una recta más distante respecto a la del punto de ebullición del agua la cual es tomada como Referencia, generándose así el aumento Ebulloscópico, lo cual concuerda con lo dicho por Ibarz (2005) que no solo va a depender de la presión en el sistema sino también de la presencia de soluto hace que la temperatura de ebullición aumente. Según WILLIAM B. et al (1997). Los procesos de evaporación, son típicos en la industria alimentaria, donde una materia prima o producto semiterminado, requiere pasar de un estado de una concentración menor a una mayor, ya sea para la preservación del mismo, o para la cristalización posterior, por medio de la eliminación del solvente en el cual se encuentran disueltos. Como se puede observar en los resultados experimentales es cierto que la solución de sacarosa se encontraba en una concentración inicial de solidos solubles de 54 °Bx, lo cual pasado un tiempo y mediante a diferentes Presiones de vacio y temperatura de ebullicion que se daba, se iba generando la Temperatura de saturacion. Según WILLIAM B. et al (1997). Los procesos de evaporación se nos es útil para concentración de materia prima y también para la preservación del mismo, un ejemplo claro son las leches evaporadas y condensadas. Para poder concentrar debemos eliminar una parte de solvente en el cual se encuentran disueltos los sólidos solubles totales. Podemos observar los resultados en el cual la concentración aumento, pero también podemos notar que una parte del solvente en este caso el agua fue eliminada para poder darse dicha concentración.
Cuando se realiza un proceso de evaporación muchas características de la materia prima cambian como son: la viscosidad, color, etc.; en cuanto a color podemos observar en los resultados en la que después del proceso de evaporación la solución de sacarosa es más oscura que antes del proceso, este cambio de color también nos indica que en dicho proceso si hubo concentración; los cual también se puede observar en las leches que pasa de blanco a blanco cremoso. CONCLUSIONES
Se logró observar que para un rango de presión de 0.2, 0.3, 0.4, 0.6 y 0.8 bar de presiones absolutas en la solucion de sacarosa a diferentes concentraciones de 11.5, 20, 30 y 54 °Brix, la relación entre la temperatura de ebullición de la solución y la temperatura del agua pura, es lineal, lo cual se representa a través del diagrama de Dühring. Los resultados obtenidos presentan una tendencia lógica, ya que al reducir la presión en el evaporador, disminuye el punto de ebullición de la temperatura de ebullición para las diferentes concentraciones de zumo de yacón. Se puede comparar las medidas obtenidas experimentalmente con datos reportados. Se familiarizó con los diferentes equipos para un sistema de evaporación simple piloto utilizando soluciones de sacarosa a diferentes concetraciones (54, 61.4 y 69°Bx) y llevado a cabo a diferente presiones de vacio.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Vanaclocha, C. y Requena, J. (1999) “Procesos De Conservación De Los Alimentos”, ediciones A. Madrid Vicente, España, Pág. 136-138, 408. Ibarz, A. (2005). Operaciones unitarias en la ingeniería de alimentos. Ediciones Mundi- Prensa. Madrid, España. Geankoplis, C. (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias. CECSA, Mexico D.F. Crapiste, G. H. y Lozano, J. E. 1988. Effect of concentration and pressure on theboiling point rise of apple juice and related sugar solutions.J. Food Sci ., 53 (3),865-868 Barbosa-Cánovas, G. V., Ma, L y Barletta, B. 1997. Food Engineering Laboratory Manual . Technomic Publishing Co., Inc. Lancaster, Pennsylvania McCabe W., Smith J.; Harriott P. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química Cuarta edición. McGraw-Hill.España.1991 Manohar, B., Ramakrishna, P. y Udayasankar, K. 1991. Some physicalproperties of tamarind (Tamarindus indica L.) juice concentrates. J. Food Eng .,13, 241-258
CUESTIONARIO Discutir cómo afecta la viscosidad del zumo al proceso de evaporación. ¿cómo afectaran los cambios de viscosidad al coeficiente de transmisión de calor duranteel proceso de evaporación? La viscosidad de las soluciones afectan a la velocidad de evaporación, esto se debe aque las partículas del agua son atrapadas en la solución, dependiendo al grado deconsistencia. En la práctica lo hemos podido notar cuando la solución se hizo másconsistente. Suponiendo que la fuente de calefacción no cambia, discutir como afectara elaumento ebulloscópio sobre la velocidad global de transmisión de calor. Mientras más velocidad de calor sea transmitido al sistema, el punto ebulloscópico vaser menor. La temperatura de ebullición depende del tipo de fluido, a medida cuandono cambia la Tº de calefacción el punto ebulloscópico aumenta debido a que lasolución se hace más consistente. Justificar el porqué se utilizan condiciones de vacío en los procesos de evaporación En la industria de alimentos es un proceso en el que lapresióna la que se encuentra un recipiente conteniendo un líquido es reducida a unvalor inferior al valor de lapresión de vapor del líquido de forma tal que el líquido seevapora a una temperatura que es inferior a la temperatura de ebullición normal.Aunque el proceso puede utilizarse con todo tipo de líquido a cualquier presión devapor, por lo general es utilizado para referirse a la ebullición deaguaal reducir lapresión dentro del recipiente por debajo de lapresión atmosférica con lo cual el aguaebulle a temperatura ambiente.
