GUIA DE EJERCICIOS CONCENTRACION FUNDAMENTOS DE PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS II PROFESOR: RAUL P. MOLINA CASTRO 1) En un evaporador de simple efecto se desea concentrar 1000 (lb./hr) de leche, desde un 12 hasta un 36 % de sólidos. Como medio de calefacci6n se utiliza vapor de Agua a 30 (psig) y la presión absoluta existente en el espacio de vapor es de 10 (psia). El coeficiente global de transferencia de calor presenta un valor de 300 (BTU/hr ft2 ºF), y la temperatura del flujo de Alimentación es de 70(ºF). Asumiendo que la elevación del punto de ebullición es despreciable, Calcular: el consumo de vapor, la Economía y la superficie de calentamiento necesaria. 2) Se desea concentrar 500 (lb/hr) de un Alimento liquido en un evaporador de simple efecto, desde un 10 hasta un 30 % de sólidos. Si la presión en el evaporador es de 10 (psia) y el vapor de calefacción se encuentra a 30 (psig), calcule el flujo de vapor de calefacción y el Area de transferencia de calor. El coeficiente global de transferencia de calor es igual a 250 (BTU/hr ft2 ºF). Suponga que la temperatura de alimentación es de 65 (ºF), y que el punto de ebullición de la solución a la presión que existe en la cámara es de 195 (ºF). El calor específico de la solución se puede considerar constante e igual a 1 (BTU/IbºF). 3) En un evaporador de simple efecto han de concentrarse 20.000 (kg/hora) de una solución a 20 (ºC), desde el 10 % hasta el 40 % de sólidos. El medio de calefacción es vapor de Agua saturado a 1,8 (kgf /cm2) absoluto, que sale como liquido saturado. El vapor procedente de la solución condensa a 50 (ºC). La solución no presenta aumento apreciable en el punto de ebullición y su capacidad calorífica puede considerarse igual a la unidad para todas las concentraciones. Al comenzar a operar el evaporador se determinó experimentalmente el coeficiente global de transferencia de calor, obteniéndose un valor de 3000 (kcal/hr m2 ºK). Después de un tiempo de uso del evaporador se ha comprobado que para mantener la misma concentración final, es necesario aumentar la presión del vapor de calefacción a 2,4 (kgf/cm2). ¿Determine la resistencia de incrustaciones?. 4) Se ha de concentrar jugo de tomate desde un 12 % hasta un 28 % de sólidos en un evaporador de película ascendente de 3 (mtrs) de altura y 4 (cms) de diámetro. La temperatura máxima permisible para el jugo de tomate es de 56 (ºC). Como medio de calefacción se utiliza vapor de Agua a una presión absoluta de 1,72 (kgf/cm2). Si el coeficiente global de transferencia de calor es de 5000 (kcal/hrm2 ºC), calcule el flujo de jugo de alimentación. Asuma que la temperatura de alimentación del jugo es de 20 (ºC). 2 5) En un evaporador de simple efecto se desea concentrar un jugo de naranja desde un 10 % hasta un 50 % de sólidos. El Area de transferencia de calor del evaporador es de 5 (m2) y el vacío producido en la cámara de evaporación es tal que el producto hierve a 70 (ºC). El jugo entra a 20 (ºC) y como fluido calefactor se utiliza vapor a 2 (kgf/cm2). El coeficiente global de transferencia de calor se estima en 1500 (kcal/hrm2 ºC). ¿Determinar la máxima cantidad de jugo a tratar en (kg/hr)?. 6) En un evaporador Doble efecto con alimentación en corriente directa a 50 (ºF), se concentran 10.000 (lb/hr) de un jugo desde el 10 % hasta un 32,24 % en peso. Como medio calefactor se utiliza vapor de Agua saturado a presión atmosférica. La temperatura de ebullición en el segundo efecto es de 60 (ºF) y no existe aumento en el punto de ebullición. Sin embargo, en el primer efecto - en el que el jugo se concentra hasta un 15 % - existe una elevación de 10 (ºF) en la temperatura de ebullición del solvente. Algunos datos de diseño son: U1 = 274 (BTU/hr ft2 ºF) U2 = 634 (BTU/hr ft2 ºF) A2 (Area de calefacción segundo efecto) = 129,7 (ft2) Los valores de calor específico para el jugo son: % peso 10 15 32,24 Cp (BTU/lbºF) 1 0,95 0,95 Calcular: a) Area de transferencia de calor y temperatura de ebullición en el primer efecto. b) Consumo de vapor vivo. c) Economía del sistema. 7) 10.000 (lb/hr) de jugo de tomate (10 % peso de sólidos) se concentran en un evaporador doble efecto de corriente directa. Los datos de operación son los siguientes: Alimentación : 10.000 (lb/hr) ; 60 (ºC) ; xF = 0,1. Vapor Vivo : Saturado a 20 (psia). 3 Efecto I : P = 10 (psia); EPE = 30 (ºC); A = 300 (ft2); U = 500 (BTU/hrft2 ºF). Efecto II : P = 0,256 (psia); EPE = 5 (ºC); U = 500 (BTU/hrft2 ºF). Economía del sistema: E = 1,1. Cp Solución : Constante e igual a 0,9 (BTU/lbºF) para todas las concentracíones. Determinar: a) Cantidad de vapor de calefacción. b) Flujo de concentrado y composición en ambos efectos. c) Cantidad de Agua Evaporada. d) Area de calefacción en el segundó efecto. 8) Se desea concentrar 1000 (kg/hr) de leche descremada desde un 10 hasta un 30 % de sólidos en un evaporador doble efecto de corriente directa. Como medio de calefacción se dispone de vapor de Agua saturado a una presión de 2 (kgf/cm2). La presión en el segundo efecto es tal que el punto de ebullición es de 68 (ºF). Asumiendo que el flujo de Alimentación entra a 45 (ºC) y que la EPE es despreciable, determine el Area de transferencia de calor para cada efecto (son iguales) y la Economía del vapor. Los coeficientes globales de transferencia de calor son 2500 y 1500 (kcal/hrm2 ºC) en el primer y segundo efecto respectivamente. 9) Se desea diseñar un evaporador de triple efecto con alimentación en corriente directa, para concentrar 2700 (kg/hr) de un jugo de fruta desde un 8 % hasta un 45 % de sólidos totales. Como medio de calefacción se utiliza vapor de Agua saturado a una presión absoluta de 6,3 (kgf/cm2). En la cámara de evaporación del tercer efecto se mantiene un vacío tal que la presión absoluta es de 0,715 (kgf/cm2). El calor específico del jugo puede estimarse según: cp = 0,9215 - 0,27x en que: x = fracción en peso de sólidos y cp viene dado en (kcal/kgºC). Los coeficientes globales de transferencia de calor son 1547, 1118 y 860 (kcal/hrm2 ºC) para el primer, segundo y tercer efecto respectivamente. Si la temperatura de Alimentación es de 25 (ºC) y la EPE despreciable, calcule el Area de transferencia de calor para cada uno de los efectos. 4 10) Se esta concentrando un jugo de naranja en un evaporador de triple efecto desde un 10 hasta un 50 % de sólidos. El Area de transferencia de calor de cada efecto es de 100 (m2). En el tercer efecto se mantiene un vacío tal que la temperatura de ebullición es de 70 (ºC). Se dispone de vapor de calefacción a 2 (kgf/cm2). Asuma que el jugo esta entrando a 20 (ºC) y que la elevación del punto de ebullición es despreciable. Los coeficientes globales son 1200, 1000 y 500 (kcal/hrm2 ºC) en el primer, segundo y tercer efecto respectivamente. Si la alimentación al evaporador es en corriente directa, determine el flujo de entrada de jugo.
