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Crioconcentración de jugos, Resúmenes de Calor y Transferencia de Masa

diseño de una planta para Crioconcentración de jugos

Tipo: Resúmenes

2019/2020

Subido el 30/01/2020

usuario desconocido
usuario desconocido 🇨🇴

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Facultad de Ingeniería
Departamento de ingeniería química y ambiental
CRIOCONCENTRACIÓN DE JUGO
Gerson Edrey Gonzalez Conde1, Valentina Medina Moreno2
Introducción
El procesamiento de alimentos líquidos implica la combinación de procedimientos que permiten
cambios en sus condiciones iniciales. La concentración de soluciones acuosas es una de las
principales operaciones unitarias en la industria alimentaria. El proceso consiste en la eliminación
de agua del fluido alimenticio con el fin de aumentar el contenido de sólidos solubles.
De los procesos de concentración, la crioconcentración es la técnica más conveniente para eliminar
el agua de los alimentos líquidos con mínimos cambios en la calidad del producto. La
crioconcentración es una operación unitaria que tiene como finalidad concentrar fluidos mediante
la disminución de la temperatura. La principal ventaja del método en comparación con la
evaporación es la conservación de los componentes volátiles y la reducción de la degradación del
alimento por efecto de las bajas temperaturas utilizadas durante el proceso, esto hace que la técnica
sea muy atractiva para el procesamiento de zumos de fruta. Sin embargo, se ha considerado que la
técnica no ha alcanzado su potencial debido a los complicados requerimientos operativos.
Diagrama de proceso
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Departamento de ingeniería química y ambiental CRIOCONCENTRACIÓN DE JUGO Gerson Edrey Gonzalez Conde^1 , Valentina Medina Moreno^2 [ 1 ][email protected] [ 2 ][email protected] Introducción El procesamiento de alimentos líquidos implica la combinación de procedimientos que permiten cambios en sus condiciones iniciales. La concentración de soluciones acuosas es una de las principales operaciones unitarias en la industria alimentaria. El proceso consiste en la eliminación de agua del fluido alimenticio con el fin de aumentar el contenido de sólidos solubles. De los procesos de concentración, la crioconcentración es la técnica más conveniente para eliminar el agua de los alimentos líquidos con mínimos cambios en la calidad del producto. La crioconcentración es una operación unitaria que tiene como finalidad concentrar fluidos mediante la disminución de la temperatura. La principal ventaja del método en comparación con la evaporación es la conservación de los componentes volátiles y la reducción de la degradación del alimento por efecto de las bajas temperaturas utilizadas durante el proceso, esto hace que la técnica sea muy atractiva para el procesamiento de zumos de fruta. Sin embargo, se ha considerado que la técnica no ha alcanzado su potencial debido a los complicados requerimientos operativos. Diagrama de proceso

Departamento de ingeniería química y ambiental

Procedimiento

Para empezar, se asume una concentración inicial (°Brix) de fructosa en agua y se propone llevarlo a una concentración final mayor. También se asumen los diámetros del intercambiador de calor, en este caso un intercambiador de superficie raspada, y un caudal de entrada tanto de solución como de fluido de enfriamiento (refrigerante R- 134 ª) con el fin de calcular la longitud del intercambiador. También se asume una velocidad promedio para el cálculo posterior de el número de Reynolds. Posteriormente se fijan las temperaturas de entrada de ambos fluidos. Se procedió a calcular el peso molecular promedio con la siguiente ecuación: 𝑃𝑀𝑝𝑟𝑜𝑚 = 𝑃𝑀𝑓𝑟𝑢𝑐𝑡 ∗ 𝑋𝐹+ 𝑃𝑀𝐴𝑔𝑢𝑎 ∗ 𝑋𝐴 La densidad se calculó con el modelo de la ecuación: 𝜌 = 𝑎 + 𝑏𝑇 + 𝑐𝐶 + 𝑑𝐶^2 con valores de a=998.5, b=-0.251, c=4.25 y d= 1.17x10-^2 , T expresada en °C y C en °Brix La viscosidad se calculó con el modelo de la ecuación: μ= 𝐾 0 𝑒 (𝐸 𝑅𝑇𝑎) Con valores de K 0 =0.11, Ea=11.94, R=8.314 y T=298K El calor específico de la mezcla se halló con ayuda de la siguiente ecuación: Cp = 1,424𝑋𝐶𝐻 + 4,187𝑋𝐴 Donde 𝑋𝐶𝐻 es la concentración de carbohidratos en la solución, en este caso fructosa. Con los datos anteriormente calculados se hallan el número de Schmidt y el número de Prandtl. El número de Schmidt se halló con la ecuación: 𝑆𝐶 = μ ρ 𝐷𝐴𝐵 Donde DAB es el coeficiente de transferencia de masa. Y el número de Prandtl se halló con: 𝑃𝑟 = 𝐶𝑃 μ k Donde k es la conductividad térmica de la fructosa

Departamento de ingeniería química y ambiental El flux de calor se determinó mediante la siguiente ecuación: 𝑞′^ = 𝑈(𝑡 1 − 𝑡 0 ) Luego se procedió a calcular el flux de masa Donde NB =0, ya que la fructosa no se transfiere a los cristales Finalmente, la temperatura final de la solución se calculó de la siguiente manera: Iterando entre esta ecuación y la de flux de calor con el coeficiente global se obtiene la temperatura final. Conclusiones

  • Los resultados no fueron satisfactorios debido a que fue complicado encontrar una correlación para hallar el coeficiente de transferencia de calor del fluido de enfriamiento por medio del número de Nusselt. Esto dificultó el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor y los cálculos que lo implican.
  • Se utilizaron las constantes termofísicas de la fructosa para facilitar los cálculos por ende la mezcla se toma como una solución de azúcar en agua. A pesar de esto para algunos casos no se encontraban ecuaciones específicas para esta solución y fue necesario utilizar las más cercanas como es el caso del calor específico. Esto también pudo tener un impacto negativo en los resultados. Referencias

1. Adnan, A., Mushtaq, M., & ul Islam, T. (s.f.). Fruit Juice Concentrates. Lahore: Government

College University.

  1. CABRALES, R. A. (2014). RECUPERACIÓN DE SOLUTOS DEL HIELO PROVENIENTE DE UN. Barcelona: Universitat Politècnica de Catalunya.
  2. Incropera, F. P. (1999). Fundamentos de transferencia de Calor. Prentice Hall.
  3. Treybal, R. E. (1981). Mass Transfer Operations. McGraw-Hill Book Company.