Elaboración de Mosto Concentrado

Universidad Austral de Chile
Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICYTAL)
Asignatura : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
Profesor : Elton F. Morales Blancas

MÉTODOS DE CÁLCULO PARA EVAPORADORES DE EFECTO SIMPLE

Balances de Calor y de Materiales para Evaporadores
La expresión básica para determinar la capacidad de un evaporador de efecto simple
es la siguienteecuación:
q =U A ΔT

(1)

donde ΔΤ K (ºF) es la diferencia de temperatura entre el vapor de agua que se condensa y el
líquido a ebullición en el evaporador. Para resolver la Ec. (1) es necesario determinar el valor
de q en W (btu/hr) llevando a cabo un balance de calor y materiales en el evaporador de la
Fig. 1 6.4-1. La alimentación al evaporador es F kg/hr (lbm/hr) con un contenido de sólidos dexF fracción de masa, una temperatura TF y una entalpía hF J/kg (btu/lbm). La salida consiste de
un líquido concentrado P kg/hr (lbm/hr) con un contenido de sólidos xP, una temperatura T1 y
una entalpía hP. El vapor V kg/hr (lbm/hr) se desprende como disolvente puro con un contenido
de sólidos yV = 0, una temperatura T1 y una entalpía hV. La entrada de vapor de agua saturado
S kg/hr (lbm/hr)tiene una temperatura de TS y una entalpía hS. Se supone que el vapor de
agua condensado S kg/hr sale a TS, esto es, a la temperatura de saturación, y con una
entalpía de hSc. Esto significa que el vapor de agua sólo transfiere su calor latente, λ, que es

λ = hS − hSc

(2)

Puesto que el vapor V está en equilibrio con el líquido P, las temperaturas de ambos
son iguales. Además, lapresión P1 es la de vapor de saturación del líquido de composición xP
a su punto de ebullición T1 (Esto supone que no hay elevación del punto de ebullición).
Para el balance de materiales, y puesto que se trata de estado estable, la velocidad de
entrada de masa = velocidad de salida de masa. Entonces, para un balance total,
F=L+V

(3)

Para un balance con respecto al soluto (sólidos) solamente,FxF = PxP

(4)

Para el balance de calor, y puesto que calor total de entrada = calor total de salida,
calor en la alimentación + calor en el vapor de agua = calor en liquido concentrado +
calor en el vapor + calor en el vapor de agua condensado

(5)

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Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICYTAL)
Asignatura : Ingeniería de Procesos III (ITCL234)
Profesor : Elton F. Morales Blancas

Fig. 1 – Balance de calor y de masa para un evaporador de efecto simple

Esto supone que no hay pérdidas de calor por radiación o convección. Sustituyendo en la Ec.
(5),
FhF + ShS = PhP + VhV + ShSc

(6)

Sustituyendo la Ec. (2) en la (6),
FhF + Sλ = PhP + VhV

(7)

Entonces, el calor q transferido en el evaporador es
q = S(hS – hSc) = Sλ(8)

En la Ec. (7) el calor latente λ del vapor de agua a la temperatura de saturación TS puede
obtenerse con la tablas de vapor. Sin embargo, generalmente no se dispone de las entalpías
de la alimentación y de los productos. Estos datos de entalpía-concentración sólo existen para
unas cuantas sustancias en solución. Por tanto, se establecen algunas aproximaciones para
determinar elbalance de calor, como las siguientes:

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Asignatura : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
Profesor : Elton F. Morales Blancas

1. Puede demostrarse en forma aproximada, que el calor latente de evaporación de 1 kg de
masa de agua de una solución acuosa se calcula con las tablas de vapor mediante latemperatura de la solución a ebullición (temperatura de la superficie expuesta) en lugar de
la temperatura de equilibrio del agua pura a P1.
2. Si se conocen las capacidades caloríficas CpF de la alimentación líquida y CpP del
producto, estos valores son útiles para calcular las entalpías. (Esto desprecia los calores
de dilución, que en la mayor parte de los casos se desconocen).

EJEMPLO....