OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Subtítulo

OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR

•Cristalización,

•Secado

•Liofilización

Cristalización:Formación de partículas sólidas cristalinas en elseno de una fase homogénea. Desde el punto devista industrial la cristalización más importantea llevar a cabo es la de formación de cristales apartir de disoluciones líquidas sobresaturadas.

Las características que una sustancia debe cumplir para

formar cristales son:

• Un cristal es una estructuratridimensional de formageométrica que está formadopor una sola molécula desustancia, por ejemplo: el cristalde sal está formado por unamolécula de cloruro de sodio

• Su estado natural debe ser sólido.

ETAPAS DE LA CRISTALIZACION

-Nucleación:

• Formación de los primeros iones apartir de los iones o moléculas quese encuentran en el seno de ladisolución. Puede ser que estosprimeros cristales que se forman, sedestruyan debido a un procesoinverso a la nucleación. Dentro de lanucleación podemos distinguir entreNucleación primaria y nucleaciónsecundaria.

-Crecimiento:

• Etapa del proceso desolidificación donde losátomos del líquido se unen alsólido formando las grandesestructuras cristalinas.

TIPOS DE CRISTALES

• Un cristal puede ser definido como un sólido compuesto de átomos arregladosen orden, en un modelo de tipo repetitivo.

• La distancia interatómica en un cristal de cualquier material definido esconstante y es una característica del material. Debido a que el patrón o arreglode los átomos es repetido en todas direcciones, existen restricciones definidasen el tipo de simetría que el cristal posee.

• La forma geométrica de los cristales es una de las características de cada salpura o compuesto químico, por lo que la ciencia que estudia los cristales engeneral, la cristalografía, los ha clasificado en siete sistemas universales decristalización:

Sistema Cúbico

• Las sustancias que cristalizan bajo estesistema forman cristales de formacúbica, los cuales se pueden definircomo cuerpos en el espacio quemanifiestan tres ejes en ángulo recto,con “segmentos”, “látices”, ó aristas”de igual magnitud, que forman seiscaras o lados del cubo. A esta familiapertenecen los cristales de oro, plata,diamante, cloruro de sodio.

Sistema Tetragonal

• Estos cristales forman cuerpos con tresejes en el espacio en ángulo recto, con dosde sus segmentos de igual magnitud,hexaedros con cuatro caras iguales,representados por los cristales de oxidode estaño.

Sistema Monoclínico

• Presentan tres ejes en el espacio,pero sólo dos en ángulo recto, conningún segmento igual, como es elcaso del bórax y de la sacarosa.

Sistema Triclínico

• Presentan tres ejes en el espacio, ninguno en ángulo recto, con ningún segmento igual, formando cristales ahusados como agujas, como es el caso de la cafeína.

Sistema Hexagonal

• Presentan cuatro ejes en el espacio,tres de los cuales son coplanares enángulo de 60°, formando unhexágono bencénico y el cuarto enángulo recto, como son los cristalesde zinc, cuarzo, magnesio, cadmio,etc.

Sistema Romboédrico

• Presentan tres ejes de similar ánguloentre si, pero ninguno es recto, ysegmentos iguales, como son loscristales de arsénico, bismuto ycarbonato de calcio y mármol.

VENTAJAS•

• El factor de separación es elevado (producto casi sin impurezas). En bastantes ocasiones sepuede recuperar un producto con una pureza mayor del 99% en una única etapa de cristalización,separación y lavado.

• Controlando las condiciones del proceso se obtiene un producto sólido constituido por partículasdiscretas de tamaño y forma adecuados para ser directamente empaquetado y vendido (elmercado actual reclama productos con propiedades específicas).

• Precisa menos energía para la separación que la destilación u otros métodos empleadoshabitualmente y puede realizarse a temperaturas relativamente bajas.

DESVENTAJAS

• En general, ni se puede purificar más de un componente nirecuperar todo el soluto en una única etapa. Es necesarioequipo adicional para retirar el soluto restante de las aguasmadres.

• La operación implica el manejo de sólidos, con losinconvenientes tecnológicos que esto conlleva. En la prácticasupone una secuencia de procesado de sólidos, que incluyeequipos de cristalización junto con otros de separaciónsólido-líquido y de secado (ver esquema general).

Secado:

Reducción del contenido de líquido en un sólido. El líquido suele ser agua.

La velocidad de secado se controla con los siguientes equipos:

Control de entrada: Filtro, válvula reductora de presión, secador de aire (opcional) y by-pass regulado por una válvula solenoide.

Higrómetro: Con él se humidifica el aire si es necesario.

Servomotor: Controla la apertura y cierre de las válvulas de entrada de aire seco y salida de aire húmedo.

Termostato: Controla la temperatura del aire a su entrada al secadero.

Válvula neumática: Regula la entrada del flujo de agua caliente al sistema de calefacción del secadero.

Componentes de un secador

Generador de aire: los secadores de aire debende contar con un sistema que permita la entradade aire a diferentes velocidades de flujo, por esose utilizan ventiladores o motores que seutilizan en los sistemas de refrigeración ytambién extractores de aire los cuales sonpolarizados de manera inversa para trabajarcomo generadores de aire.

Calefactor: En calefactores directos el aire escalentado cuando se combina con gases decombustión de escape.En calefactores indirectos elaire o producto es calentado a través de placas deresistencias eléctricas.El costo de los calentadoresdirectos es mas bajo que los indirectos, pero algunosproductos se llegan a dañar o contaminar debido a losgases.

Alimentador: los alimentadores o"feeders" más comunes utilizadosen los secadores para sólidoshúmedos son los transportadoresde tornillo, mesas rotantes ybandejas vibratorias.

TIPOS DE SECADEROSa) Equipos discontinuos: el aire entra por lotes y el sólido no se mueve.

Secaderos de bandejas con corriente de aire: son hornos con diferentes niveles de bandejas, el secado se produce por la circulación de aire caliente sobre bandejas contienen material húmedo, se diseñan en función de la cantidad de sólido que se quiera secar.

Secaderos de lecho fluidizada: El que fluidiza se suspende, no se transporta.La suspensión, introducida por medio de la tobera de pulverización en la cámara de producto, da lugar a la formación de las partículas fluidizadas hasta que se vuelven a caer en el lecho fluidificado debido a su peso.

b) Equipos continuos: no cesa el flujo de aire.

Secaderos de túnel: Consiste en un túnel que puede tener hasta un poco mas de 20 m de longitud con una sección transversal rectangular de, mas o menos, hasta 2 por 2 m.

Secadores sprays o por atomización: El secado por atomización es una operación básica especialmente indicada para el secado de disoluciones y suspensiones.

Secadores rotatorios: Consiste en una coraza cilíndrica sostenida sobre engranes, de manera quepueda girar sobre su propio eje. Tiene una tubería que impulsa a los sólidos alimentados para quefluyan hasta la salida del secador al mismo tiempo que los remueve para lograr un mejor secado delos mismos.

Secaderos horizontales: Se utiliza para productos que no pueden verse sometidos a fuertesincrementos de temperatura y que no pueden desmenuzarse ni trocearse, ni recibir unamanipulación violenta. Consisten en un arrastrador metálico encerrado en un túnel por el que seintroduce el fluido térmico de secado.

Secadero de flujo transversal: La corriente de aire caliente fluye desde los costados del túnel. Loshay que proveen calor desde un solo lateral, no son los mas convenientes, y los que suministrancalor desde ambos lados del túnel y a lo largo del recorrido.

Parecido al secado pero la eliminación del líquido se realiza por sublimación.

La liofilización viene a ser un conjunto de procesos, no solamente el secadocuyo resultado será la obtención de un producto seco pero manteniendo lascaracterísticas iniciales del mismo como son la textura, el color, aroma, ysabor, es lo que lo hace diferente de los procesos de deshidratación.

Liofilización:

PARTES DE UN LIOFILIZADORES DE UN LIOFILIZADOR

Éste tiene tres componentes principales: la cámara de secado, elcondensador y el sistema de vacío. La función básica delliofilizador es crear el entorno necesario para el proceso deliofilización. Esta sección, en general, no se ocupará de laoperación de este equipo, sino del efecto que diversoscomponentes en los secadores pueden tener sobre el proceso.

Cámara del liofilizador: La cámara del secador sirve al proceso de liofilización mediante las siguientes funciones:(a) proporcionar un entorno limpio y a veces estéril para el proceso; y (b) proporcionar lastemperaturas y presiones necesarias para congelar y secar el producto.

Condensador: La principal función del condensador es eliminar los vapores condensables antes de queentren en el sistema de bombeo de vacío.

Sistemas de vacío: El sistema de vacío, está conectado a la cámara del condensador y su función es proporcionar las presiones necesarias para las fases desecado primario y secundario. Los dos rasgos principales de un sistema de vacío que requieren consideración son la tubería de comunicación con el condensador y lanaturaleza de la bomba de vacío.

Instrumentación: La instrumentación asociada con liofilizador es de gran importancia. El logro de un óptimo producto requiere un sistema de control que reproduzca el proceso de liofilización,siempreque esté dentro de los límites del equipamiento y de un sistema de recolección de datos que verifique la consistencia del proceso.

1. Productos inestables

2.Sustancias termolábiles

3.Cuando se requieran condiciones de

asepsia

4.Resolución rápida y completa

5.Productos de elevado costo

CARACTERÍSTICAS DE LOS PRODUCTOS A LIOFILIZAR

VENTAJAS Se obtienen productos de redisolución rápida

La forma y característica del producto final son esencialmente originales

Es un proceso idoneo para sustancias termolábiles

Contenido muy bajo de humedad final

Compatible con la elaboración en medio séptico

Pérdida mínima de constituyentes volátiles

Empleo de temperaturas muy bajas, circunstancia que permite aumentar la estabilidad del producto y disminuir la pérdida de sustancias volátiles

Ocupa poco volumen y poco peso

DESVENTAJAS

Costo elevado de los equipos. Por lo tanto solo se somete a ellos, alimentos de valor en los que interesa conservar integros los aromas(como café, hierbas aromáticas, especias) o que van a ser destinadas a un fin determinado.

Elevado gasto energético.

Proceso largo (24 horas), por lo cual es muy elevado su coste.

Alimentos que son muy ricos en agua (sandías, algunas verduras) por lo cual no pueden someterse a este proceso

Durante el almacenamiento se puede producir oxidaciones con mas facilidad