Este documento describe un ejercicio de evaporación en un evaporador de doble efecto. La alimentación con un 5% de sólidos se introduce al efecto 2 a 40°C y se concentra hasta un 30% de sólidos. Se calcula el área promedio requerida para los evaporadores, la cantidad de vapor necesaria y la economía de vapor del proceso.

1. Ejercicio de Evaporación
• CALVANAPÓN SALAS, Victor Hugo

2. EJERCICIO 3:
Una alimentación que contiene 5% en peso de sólidos orgánicos disueltos en
agua se introduce a un evaporador de efecto doble con alimentación en
retroceso. La alimentación entra a 40ºC y se concentra hasta 30% de sólidos. La
elevación del punto de ebullición puede estimarse de la expresión:
EPE ºC = 1,78 X + 6,22 X2
y el calor específico de la solución puede calcularse
de la siguiente expresión: Cp kJ hrK = 4,19 + 2,35 X ; donde X es la fracción
de sólidos en peso.
La alimentación, 12𝟎00 kg/hr,se introduce al efecto 2 y en el efecto 1 se
alimenta vapor de agua a 784,54KPa. La presión en el efecto del vapor de efecto 2
es 6,86 KPa. Los coeficientes de transferencia de calor son U1 =
3000 y U2 = 4000 W/m2 − K.
Calcular:
a) El flujo del producto de salida del efecto 1
b) El área de los evaporadores, asumiendo que ambos tienen la misma área
c) La economía de vapor

3. La evaporación es el método por el cuál se
elimina una parte del agua contenida en
un alimento fluido,
mediante evaporación de la misma
(ebullición)
con objeto de obtener un producto
“concentrado”
EVAPORACIÓN

4. 1. EVAPORADORES DE EFECTO MÚLTIPLE CON ALIMENTACIÓN
EN RETROCESO.
La alimentación entra al último efecto, que es el más frío,
continua hacia atrás hasta que el producto concentrado sale
por el primer efecto. Es necesario usar bombas en cada efecto,
pues el flujo va de baja a alta presión.
CONCEPTOS IMPORTANTES

5. Aplicaciones típicas de la evaporación en la industria de
los alimentos
FRUTAS
LACTEOS
AZUCAR
SAL
VEGETALES
Jugos de frutas concentrados que se obtienen por evaporación a bajas
temperaturas para proveer estabilidad al producto, minimizar los volúmenes de
transporte y de almacenamiento.
A partir del procesos de evaporación de las frutas se obtienen mermeladas y
jaleas.
La evaporación se usa en la industria de los lácteos para concentrar leche,
suero y lactosa previo al secado.
El azúcar refinado a partir de remolacha o de caña de azúcar se realiza por
extracción del azúcar con agua caliente, evaporando el agua hasta la obtención
del jarabe concentrado, y luego por evaporación controlada se genera la
sobresaturación necesaria para el proceso de cristalización.
Los jarabes de malta y glucosa se evaporan después de la hidrólisis enzimática de
la cebada o el almidón de maíz.
En algunos países el agua fresca se produce por evaporación del agua de
mar, que da sal como subproducto. Se concentra y cristaliza de manera
similar al azúcar.
Se extrae el agua de los jugos de vegetales para obtener una determinada
textura como en los purés y pastas.

6. 2. ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN
En la mayoría de los casos de evaporación, las soluciones no son tan diluidas
por tanto, las propiedades térmicas de las soluciones que se evaporan
pueden ser muy diferentes a las del agua. Las concentraciones de las
soluciones son bastante altas por lo cual los valores de capacidad calorífica y
punto de ebullición son muy distintos de los del agua.

7. 3. CONDENSADORES PARA EVAPORADORES
El condensador puede ser de superficie, donde el vapor por condensar y el
líquido de enfriamiento están separados por una pared metálica, o de contacto
directo, donde el vapor y el líquido de enfriamiento se mezclan directamente.
Existen dos tipos de condensadores de superficie y de contacto directo.

8. Objetivos de la evaporación:
Concentración de los alimentos
jugos, leche y café antes de su deshidratación, congelación o
esterilización
reduce gastos de almacenamiento, transporte y distribución
La remoción parcial de agua reduce la masa y el volumen de líquido reduciendo así el costo de
transporte, de almacenamiento y en algunos casos de empaquetamiento.

9. jarabes caramelizados para panadería y pastelería
Objetivos de la evaporación:
Mejorar la conservación de los alimentos
mermeladas y melazas
reducción de la actividad de agua
Suministrar un producto de uso más cómodo
concentrados de frutas para diluir, sopas, pasta de tomate
Cambiar aroma y/o color de los alimentos
Esto es muy conveniente para el consumidor o para el fabricante ( pectinas líquidas, concentrados
para el uso en helados o productos de panadería)

10. DIAGRAMA DE FLUJOS CON DATOS DEL EJERCICIO

12. Balance Global del masa:
mf = mp + mv................. Ecuación 1
Balance de sólidos:
mf Xf = mp Xp + mv Xv entonces mf Xf = mp Xp........... Ecuación 2
Balance de calor:
a)Calor que se requiere administrar al producto para que pueda evaporarse (calor
sensible hasta la temp. de ebullición + calor latente de evaporación)
Q = mf Cp (Tb –Tf) + mvλv………… Ecuación3
b)calor que debe ser suminstradopor la fuente de calentamiento (vapor de
calentamiento)
Q = ms λs.............. Ecuación 4
c)la velocidad de transferencia de calor en el evaporador es:
Q = U A ∆T =U A (Ts–Tb) ............. Ecuación 5

13. Vapor del efecto 1 Vapor del efecto 2
M11 (kg/h) 5000 M21 (kg/h) 5000
T'1(ºC) 95.45ºC T'2(ºC) 39.63ºC
Vapor Saturado Alimentación
Presión (kPa) 784.5 M(kg/h) 12000
Ts (ºC) 169.6 Xs 0.05
S (Kg/hr) 6755.81 T(ºC) 40
Cpf (KJ/hr.k.) 4.31
hf (KJ/kg) 172.3
94.35ºC 39.44ºC
Concentrado
M1 (kg/h) 2000 M2 (kg/h) 7000 Presión(kPa) Tsaturación (ºC)
U1 (W/m2-K.) 3000 X1s 0.3 X2s 0.0857 784,54 169,6
U2 (W/m2-K) 4000 T'1(ºC) 95.45ºC T'2(ºC) 39.63ºC 6,86 38.54
Cp1(KJ/hr.k.) 4.90 Cp2(KJ/hr.K.) 4.39
hp1(KJ/kg) 467.21 hp2(KJ/kg) 174.05
Coeficientes de
Transferencia de calor
DatosTablasde Vapor
EVAPORADOR DE DOBLE EFECTOEN CONTRACORRIENTE
2
V2
P1
P2
V1
1

14. • Cálculo de EPE en cada efecto con la ecuación dada en los
datos
• Estimación de la caída de temperatura en cada efecto.
∑∆T= 129.77 ºC
• Cálculo de los valores de ∆T1 y ∆T2
• Calculo T1' y T2'
Efecto 1: EPE 1.094 ºC
Efecto 2: EPE 0.198 ºC
∆T1 74.15 ºC
∆T2 55.61 ºC
T1' 95.45 ºC
T2' 39.63 ºC
TS2 94.35 ºC
condensado
TS3 39.44 ºC

15. • Cálculo de las capacidades caloríficas de los líquidos
• Cálculo de las entalpías, de alimentación, producto 1 y 2 con
su respectiva capacidad calorífica
• Cálculo de las entalpías h para las corrientes de vapor con
respecto al agua a 0 ºC como base (tablas)
•
CPF (KJ/hrk.) 4.31
CP1 (KJ/hrk.) 4.90
CP2 (KJ/hrk.) 4.39
hf (KJ/kg) 172.3
hp1 (KJ/kg) 467.21
hp2 (KJ/kg) 174.05
hs(169,6) 2767.50
hsc (169,6) 717.455
hv1(95.45) 2670.40
hv1sc(95,45) 399.915
hv2(39,63) 2573.25

16. • Cálculo del vapor requerido por el evaporador realizando un
balance de energía.
• vapor requerido para el proceso.
• Cálculo del calor q transferido en el equipo y área de
transferencia de calor
• Cálculo del área de los evaporadores mediante la siguiente
ecuación.
V1 (Kg/hr) 5292.698702
V2 (Kg/hr) 4707.301298
S (Kg/hr) 6755.805224
q1 (W) 13849704.72
q2 (W) 12016993.01
A1 (m2) 62.26
A2 (m2) 54.02
El área promedio es: 58.14

17. • Cálculo de los nuevos valores de ΔT
• Cálculo de la economía de vapor, velocidad de alimentación y
de producto:
∆T1^ 79.41
∆T2^ 51.67
∑∆T^= 131.08
E.V 1.48