tecnologia en alimentos

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL)
/
ASIGNATURA : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
PROFESOR
: Elton F. Morales Blancas

UNIDAD 8:EVAPORACION DE SOLUCIONES ALIMENTICIAS
GUIA DE PROBLEMAS RESUELTOS II: Evaporadores de múltiple efecto.

1.- Un evaporador de efecto triple con alimentación hacia adelante esta evaporando una soluciónde
azúcar desde 25% de sólidos. El EPE puede estimarse de la siguiente expresión: EPE (ºC) = 1,78 +
6,22X2. se esta usando vapor de agua saturado a 205KPa. La presión en el espacio de vapor del
tercer efecto es de 13,65Kpa. La velocidad de alimentación alcanza 22680kg/hr y la temperatura es de
300K. la capacidad calorífica del liquido puede calcularse mediante la siguiente expresión: Cp =4,19
– 2,35X, donde Cp esta en kJ/kg K y X es la fracción en peso. Los coeficientes de transferencia de
calor son U1 = 3123, U2 = 1987 y U3 = 1136 W/m2 K. calcular el área de cada uno de los efectos cuando
todos ellos tiene la misma área, así como la misma velocidad de vapor de agua. Calcular también el
suministro de agua y la economía de vapor.

V1=F-P1
T1'

V2=P1-P2
T2'

V3=P2-P3
T3'TF,
XF= 0,05
1
(U1)

2
(U2)

3
(U3)

S
TS,
205Kpa

SC3
P1,X1, T1'

P2,X2, T2'
P3,X3, T3'

FIGURA 1. Efecto triple con alimentación hacia delante
Solución:
PASO 1. Se interpolan las presiones dadas en el problema para calcular sus respectivas temperaturas.
Presión de 205Kpa la temperatura de saturación es de TS= 121 ºC
Presión de 13,65KPa la temperatura de saturación delefecto 3 es de 51,91 ºC

PASO 2: Balance de materiales
Balance total de materiales y de sólidos, para calcular la cantidad de producto concentrado y el caudal
másico del vapor.

Balance total = F

+ S

= V1

+ V2

+ V3

+ P + Sc

Balance de sólidos = F * X F = V1 * X V 1 + V2 * X V 2 + V3 * X V 3 + P * X P1
1

……(1)

….(2)

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
INSTITUTO DECIENCIA Y TECNOLOGIA
DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL)
/
ASIGNATURA : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
PROFESOR
: Elton F. Morales Blancas

Como la fracción de sólidos en el vapor es igual a cero la ecuación (2) se reduce a la expresión siguiente:

Balance de solidos = F * X F = P3 * X P 3

…(3)

Remplazando en (3) los valores conocidos obtenemos:

22680 * 0,05 = P3 * 0,25

P3 = 4536⎛ kg⎞
⎜ hr ⎟
⎝
⎠
Ahora con los valores de F y P podemos calcular el total vaporizado:

F

= V1

+ V2

+ V3

P3

F

− P3

= V1

+ V2

+ V3

22680 − 4536 = V1
18144 = V1

+ V2

+ V2

…..(4)

+ V3

+ V3

V1 = 6048⎛ kg ⎞
⎜ hr ⎟
⎝
⎠
V2 = 6048⎛ kg ⎞
⎜ hr ⎟
⎝
⎠
V3 = 6048⎛ kg ⎞
⎜ hr ⎟
⎝
⎠
Suponiendo que V1 , V2 y V3 son iguales se realiza un balance demateriales en los dos efectos y
obtenemos las siguientes ecuaciones:
Efecto 1: F = P + V1
1
Efecto 2: P = V2 + P2
1

P1 = 22680 + 6048 = 16632⎛ kg ⎞
⎜ hr ⎟
⎝
⎠

….(5)

P2 = 16632 + 6048 = 10584⎛ kg ⎞ ….(6)
⎜ hr ⎟
⎝
⎠

Efecto 3: P2 = V3 + P3

P3 = 10584 + 6048 = 4536⎛ kg ⎞ …..(7)
⎜ hr ⎟
⎝
⎠

Balance de sólidos en cada efecto:

Balance de sólidos = F * X F = P * X P1
1
22680 *0.05 = 16632 * X P1

Balance de sólidos = P * X P1 = P2 * X P 2
1

….(8)

X P1 = 0,068
….(9)

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL)
/
ASIGNATURA : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
PROFESOR
: Elton F. Morales Blancas

16632 * 0.068 = 10584 * X P 2

X P 2 = 0,1

Balance de sólidos = P2 * X P 2 = P3 * X P 3
10584 * 0.1 =4536 * X P 3

….(10)

X P 3 = 0,25

PASO 3. Cálculo de EPE en cada efecto con la ecuación dada en los datos:

EPE (º C ) = 1,78 X + 6,22 X 2

….(11)

Siento X la concentración de los líquidos, se remplaza en la ecuación (11) y se obtiene:
Efecto 1:

EPE (º C ) = 1,78 * 0,068 + 6,22 * 0,068 2 = 0,15º C

Efecto 2:

EPE (º C ) = 1,78 * 0,1 + 6,22 * 0,12 = 0,24º C

Efecto 3:...