Transferencia de Masa: Evaporación, Condensación, Secado y Liofilización en la Industria Alimentaria
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Transferencia de Masa
Evaporación
La evaporación es la eliminación de agua de una solución acuosa mediante la acción de una fuente de calor. Los equipos más comunes para llevar a cabo este proceso son:
- Marmita abierta o artesa
- Evaporador de tubos horizontales con circulación natural
- Evaporador vertical con circulación
- Evaporador con tubos largos
- Evaporador de circulación natural con calandria exterior
Balance de Materia
El balance de materia en un proceso de evaporación se puede expresar mediante las siguientes ecuaciones:
Balance global:
F = L + V
Donde:
- F: Flujo de alimentación
- L: Flujo de líquido concentrado
- V: Flujo de vapor
Balance respecto al sólido:
F * Xf = L * X
Donde:
- Xf: Fracción másica de sólidos en la alimentación
- X: Fracción másica de sólidos en el líquido concentrado
Condensadores para Evaporadores
Los vapores del último efecto en los evaporadores de efecto múltiple salen al vacío, es decir, a presiones menores o inferiores a la atmosférica. Para condensar estos vapores se utilizan condensadores, que pueden ser de dos tipos:
- Condensadores de superficie: El líquido de enfriamiento está separado del vapor por una pared metálica.
- Condensadores de contacto directo: El líquido de enfriamiento entra en contacto directo con el vapor.
Secado
Objetivo
El secado tiene como objetivo la eliminación de agua de un material. En la industria alimentaria, es un método de conservación que evita la proliferación de microorganismos y la putrefacción al extraer el agua de los alimentos.
Métodos de Secado
Los métodos de secado se pueden clasificar según el tipo de proceso:
- Proceso por lotes
- Proceso continuo
También se pueden clasificar según las condiciones físicas usadas para adicionar el calor:
- Secado por conducción
- Secado por convección
- Secado por radiación
Equipos para Secado
- Secado en bandejas
- Secado indirecto al vacío con anaqueles
- Secado continuo de túnel
- Secadores rotatorios
- Secado de tambor
- Secado por aspersión
Presión de Vapor del Agua y Humedad
La presión de vapor es la presión a la que se encuentra en equilibrio el vapor de agua con el agua líquida a una temperatura dada. La presión de vapor aumenta con la temperatura.
La humidificación es la transferencia de H2O de una fase líquida a una mezcla gaseosa de aire y vapor de agua. Ocurre solo cuando existe la ebullición.
La deshumidificación es la transferencia inversa de vapor de agua del estado gaseoso al estado líquido.
Estado Físico del Agua
- AB: Coexistencia de fase líquida y vapor
- AC: Coexistencia de fase líquida y sólida
- AD: Coexistencia de fase vapor y sólida
Ebullición
Se denomina ebullición cuando la presión del vapor de agua es igual a la presión total por encima de su superficie.
Humedad
La humedad en una mezcla de aire y vapor de H2O se define como los kg de vapor de agua por kg de aire seco.
Liofilización
La liofilización es un proceso en el que se congela el producto y, una vez congelado, se introduce en una cámara de vacío para que se separe el agua por sublimación. De esta manera, se elimina el agua desde el estado sólido al gaseoso del ambiente sin pasar por el estado líquido.