LECCION EVALUATIVA DOS TRANSFERENCIA MASA

Cristalización

Es la formación de sólidos cristalinos a partir de soluciones sobresaturadas, cuál podría darse a partir de un gas. La cristalización es un proceso que se emplea en química con bastante frecuencia para purificar una sustancia sólida. Se han desarrollado diferentes técnicas al respecto. Algunas de ellas son: 

Enfriamiento de una disolución concentrada

La mayoría de los sólidos son más solubles a temperaturas altas que a bajas. Si se prepara una disolución concentrada a alta temperatura y se enfría, se forma una disolución sobresaturada, que es aquella que tiene, momentáneamente, más soluto disuelto que el admisible por la disolución a esa temperatura en condiciones de equilibrio.

Cambio del disolvente

Preparando una disolución concentrada de una sustancia en un buen disolvente y añadiendo un disolvente que es miscible con el primero, el componente principal del sólido disuelto empieza a precipitar, y las aguas madres se enriquecen relativamente en las impurezas. Por ejemplo, puede separarse ácido benzoico de una disolución de éste en acetona agregando agua.

Evaporación de disolvente

De manera análoga, evaporando el disolvente de una disolución se puede conseguir que empiecen a cristalizar los sólidos que estaban disueltos cuando se alcanzan los límites de sus solubilidades. Este método ha sido utilizado durante milenios en la fabricación de sal a partir de salmuera o agua marina.

Sublimación

En algunos compuestos la presión de vapor de un sólido puede llegar a ser lo bastante elevada como para evaporar cantidades notables de este compuesto sin alcanzar su punto de fusión (sublimación). Los vapores formados condensan en zonas más frías ofrecidas por ejemplo en forma de un "dedo frío", pasando habitualmente directamente del estado gaseoso al sólido, (sublimación regresiva) separándose, de esta manera, de las posibles impurezas. Siguiendo este procedimiento se pueden obtener sólidos puros de sustancias que subliman con facilidad como la cafeína, el azufre elemental, el ácido salicílico, el yodo, etc.

Figura 1. Cristalización

Los equipos utilizados industriales para este proceso son:

- Cristalizadores de tanque.

- Cristalizadores evaporadores.

- Cristalizadores de vacío.

1. ¿La evaporación del disolvente se logra calentando la solución y luego enfriándola?

Su respuesta :

Falso.

Respuesta correcta, porque esto se da en la sublimación y no en la evaporación.

2. ¿La cristalización solo se presenta en líquidos?

Su respuesta :

Falso.

Respuesta correcta. Debido a que también puede presentarse en gases.

3. La cristalización es una operación unitaria PORQUE se fundamenta en que algunas sustancias tienen la propiedad de generar cristales, como agregación de materia sobre un núcleo que se forma al sobresaturarse la solución.

Su respuesta :

B si la afirmación y la razón son VERDADERAS, pero la razón NO es una explicación CORRECTA de la afirmación.

Correcto.

SECADO

Muchos productos sólidos tienen que ser secados antes de ser almacenados, embalados o distribuidos. El secado es el retiro del agua o de cualquier disolvente orgánico calentando el sólido con una corriente relativamente seca de gas (generalmente un gas con una presión parcial baja de vapor de agua), que toma la humedad del sólido mojado puesto que la presión parcial del agua en la superficie será la presión de vapor de agua a la temperatura de la superficie.

El secado es un proceso de por lo menos dos (2) etapas:

· Secado a velocidad constante: El sólido enteramente mojado en su superficie es secado simplemente por evaporación del agua en la corriente de gas caliente.

· Secado a velocidad dependiente del tiempo: Cuando aparecen áreas secas en la superficie del sólido, el agua contenida en los intersticios no puede difundir a la superficie tan rápidamente como ésta es secada por la corriente de gas.

Los secadores utilizados en la industria pueden ser:

· Discontinuos. El más común es el de bandejas en los que el aire caliente puede pasar a través de la bandeja o sobre ellas.

Figura 3.Secador Continuo.

 

· Continuos. Por lo general son tambores o bandas transportadoras inclinados que se mueven. El movimiento lento hace que el material mojado baje a través de los gases calientes en los equipos que operan a contracorriente. Así se logra que el sólido exponga un área superficial grande al secado.

4. La etapa de secado a velocidad constante se da por evaporación? Su respuesta :

Verdadero.

Respuesta correcta. Ya que en esta etapa el material esta sobresaturado de humedad y es fácil que se evapore agua de la superficie

5. ¿La temperatura de secado depende de la presión de vapor del agua en la superficie?

Su respuesta :

Verdadero.

Respuesta correcta. Dado que esta es una condición para que se de la evaporación, sobre todo en la primera etapa que es un proceso evaporativo a velocidad constante.

6. Uno de los motivos para el secado de los alimentos es:

Su respuesta :

Conservar algunas de sus propiedades organolépticas.

Correcto.

LIOFILIZACION

La Liofilización es un proceso de secado mediante sublimación que se ha desarrollado con el fin de reducir las pérdidas de los compuestos responsables del sabor y el aroma en los alimentos, los cuales se afectan en gran medida durante los procesos convencionales de secado.

La liofilización involucra varias etapas:

• Congelación (y acondicionamiento en algunos casos) a bajas temperaturas.• Secado por sublimación del hielo (o del solvente congelado) del producto congelado, generalmente a muy baja presión.• Almacenamiento del producto seco en condiciones controladas.

Generalmente, al liofilizar adecuadamente un material se puede almacenar por períodos muy largos con reducciones muy bajas de sus características organolépticas, físicas, químicas y biológicas.

La congelación del material

Cada producto debe congelarse de una manera tal que garantice que sufrirá pocas alteraciones en el proceso posterior de sublimación. Se debe conocer con precisión:

• La temperatura en la que ocurre la máxima solidificación.• La velocidad óptima de enfriamiento.• La temperatura mínima de fusión incipiente.

Se busca que el producto ya congelado tenga una estructura sólida sin intersticios en los que haya líquido concentrado para propiciar que todo el secado ocurra por sublimación. En los alimentos se pueden obtener distintas mezclas de estructuras luego de la congelación que incluyen cristales de hielo, eutécticos, mezclas de eutécticos y zonas vítreas amorfas. Estas últimas son propiciadas por la presencia de azúcares, alcoholes, cetonas, aldehídos y ácidos, así mismo como por las altas concentraciones de sólidos en el producto inicial.

El secado por sublimación.

El proceso de secado como tal puede ocurrir o no a bajas presiones pero en tales condiciones es mucho mas eficiente el proceso difusivo. El paso de hielo a vapor requiere gran cantidad de energía que suministrada en alto vacío pues la interfase de secado se mueve hacia el interior de la muestra y el calor tiene que atravesar capas congeladas (sistemas liofilizados en bandeja, sin granular) o secas (en granulados), generándose un considerable riesgo de fusión del material intersticial o quemar la superficie del producto que ya está seco.

7. ¿En el proceso de liofilización primero se debe secar el producto antes de congelarlo?

Su respuesta :

Falso.

Respuesta correcta. Porque el proceso se debe dar en orden contrario, primero se congela y luego se seca por medio de un baja de presión del sistema.

8.

¿El principal objetivo de la liofilizar es la conservación sin la pérdida de sabores?

SuSu respuesta :

Verdadero.

Respuesta correcta. Debido a que este es una característica del proceso, que lo aventaja del secado tradicional.

La evaporación es una operación unitaria que consiste en la eliminación de agua de un alimento fluido mediante vaporización o ebullición. Son varios los alimentos que se obtienen en forma de soluciones acuosas, y que para facilitar su conservación y transporte se concentran en una etapa de eliminación de agua. Esta eliminación puede realizarse de diferentes formas, aunque es la evaporación uno de los métodos más utilizados. Los dispositivos para realizar esta eliminación de agua se denominan evaporadores. Un evaporador consta, esencialmente, de dos cámaras, una de condensación y otra de evaporación. En la de condensación un vapor de agua se transforma en líquido, con lo que cede su calor latente de condensación, el cual es captado en la

cámara de evaporación por el alimento, del que se desea eliminar el agua. El agua evaporada abandona la cámara de evaporación a la temperatura de ebullición, al mismo tiempo que se obtiene una corriente de solución concentrada. En un evaporador el caudal de vapor vivo de agua es WV, mientras que WA es el del alimento, obteniéndose una corriente de vapor V y una de concentrado WC. El vapor desprendido V se lleva a un condensador donde condensa. Es importante resaltar que muchas soluciones alimentarias son termolábiles, y pueden quedar afectadas si son expuestas a una temperatura demasiado elevada. Es por ello que en muchos casos es conveniente operar a vacío en la cámara de evaporación, lo que hace que la temperatura de ebullición de la solución acuosa sea menor, y el fluido se vea afectado por el calor en menor grado. Si se opera a vacío, es necesario disponer de un dispositivo que lo realice. Asimismo, será necesario que, en el condensador utilizado en la condensación del vapor desprendido en la cámara de evaporación, se disponga de una columna barométrica que compense la diferencia de presiones con el exterior. Se define la capacidad del evaporador (V) como la cantidad de agua evaporada del alimento por unidad de tiempo. El consumo (WV) es la cantidad de vapor de calefacción consumida por unidad de tiempo. La economía (E) es la cantidad de disolvente evaporado por unidad de vapor de calefacción:

 

E = Capacidad/Consumo = V/Wv

9. Durante un proceso de evaporación una solución azucarada al 5% en peso es evaporizada hasta alcanzar un 15% en peso, empleando como medio de calefacción vapor a 45 psi. Si la alimentación tiene un flujo másico de 655 kg por hora. Determine la cantidad de agua evaporada kg/h, para este proceso.

Su respuesta :

436.7

Correcto.

10. Cuanto más elevada sea la presión de operación del evaporador, mayor será la temperatura de ebullición PORQUE a medida que aumenta la concentración del material disuelto (por la acción de la evaporación), se incrementa también la temperatura de ebullición.

Su respuesta :

La afirmación y la razón son VERDADERAS, pero la razón NO es una explicación CORRECTA de la afirmación.

Correcto.