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Diego Rodríguez García Bioseparaciones sólido-fluido “6BV1” Rosa Hernández Soto

1) Menciones los principales criterios de clasificación de los equipos de secado. Según () los secadores se clasifican principalmente de acuerdo con el modo de operar o por la forma de transferencia de calor: Secador

Discontinuo

Convección

Conducción

Vacío

Bandejas: Pastas Preformados Duros Granulares Fibrosos Hojuelas

Continuo

Conducción

Atmósfera

Agitado: Líquidos Sedimentos Pastas Granulares

Vacío

Bandeja: Pastas Preformado Duros Granulares Fibrosos Hojuelas

Circulación transversal: Preformado Granulares Fibrosos

Lecho fluido: Preformado Granulares Fibrosos

Atmósfera

Lecho fluido: Pastas, Granulares Preformados Fibrosos Banda: Pastas, Hojuelas Preformados, Duro Circulación transversal: Granular y fibroso

Convección Pulverizador: Líquidos Sedimentos, Pastas Neumático: Pastas, Granulares Preformados, Granulares,Fibroso Rotatorio directo: Granulares, Fibroso

Pulverizador: Líquidos Sedimentos Pastas

Diego Rodríguez García Bioseparaciones sólido-fluido “6BV1” Rosa Hernández Soto

2) Describa las principales características, modo de operación de cada uno de los siguientes equipos: (a) Secador de lecho fluidizado Las partículas se fluidizan con aire o gas en una unidad de lecho hirviente. La mezcla y la transferencia de calor son muy rápidas. La alimentación húmeda se introduce por la parte superior del lecho; el producto seco se retira lateralmente cerca del fondo. Hay una distribución al azar de los tiempos de residencia, siendo el tiempo medio típico de permanencia de 30 a 120 s cuando sólo se vaporiza líquido superficial, y de 15 a 30 min si también hay difusión interna. Las partículas pequeñas se calientan hasta la temperatura de bulbo seco del gas fluidizante a la salida; por consiguiente, los materiales sensibles al calor han de secarse en un medio suspendido relativamente frío. Aun así, el gas a la entrada puede estar caliente, ya que la mezcla es tan rápida que la temperatura es casi uniforme a la temperatura de salida del gas, por todo el lecho.

Figura 1. Secador continuo de lecho fluidizado.

(b) Secador por aspersión Se dispersa una solución o suspensión en una corriente de gas caliente formando una niebla de gotas muy finas. La humedad se evapora muy rápido de las gotitas para formar partículas residuales de sólido seco, que después se separan de la corriente gaseosa. Los flujos de gas y líquido pueden ser en corrientes paralelas, contracorriente o una combinación de ambos en una unidad.

Figura 2. Secador de pulverización con flujo paralelo

Diego Rodríguez García Bioseparaciones sólido-fluido “6BV1” Rosa Hernández Soto Las gotitas se forman en una cámara cilíndrica de secado por la acción de boquillas de presión, boquillas de dos fluidos o, en secadores de gran tamaño, por medio de discos de pulverización que giran a gran velocidad. En todos los casos es esencial evitar que las gotitas o partículas húmedas de sólido choquen con superficies sólidas antes de que el secado tenga lugar, por lo cual la cámara de secado ha de ser necesariamente grande. Son frecuentes diámetros de 2.5 a 9 m (8 a 30 ft).

(c) Liofilizador

En estos equipos el producto se deseca congelándolo primero y sublimando después el hielo desde el estado congelado. Los liofilizadores discontinuos contienen una cámara de vacío, un sistema de vacío y un sistema de congelación. El interior de la cámara está provisto de placas huecas horizontales y paralelas por las que circula el medio de calentamiento. El alimento se extiende en capas uniformes y delgadas sobre bandejas metálicas que se colocan encima de las placas huecas. El sistema de vacío tiene que ser capaz de evacuar inicialmente la cámara en un corto periodo de tiempo para evitar la fusión del producto congelado. El aporte de calor al producto congelado puede hacerse por conducción o radiación o a partir de una fuente de microondas.

Figura 3. Secador por congelación

Diego Rodríguez García Bioseparaciones sólido-fluido “6BV1” Rosa Hernández Soto

(d) Secador de tambor rotatorio Un secador rotatorio consiste en una carcasa cilíndrica giratoria, dispuesta en forma horizontal o ligeramente inclinada hacia la salida. La alimentación húmeda entra por un extremo del cilindro; el producto seco descarga por el otro. Al girar la caracasa, unas pestañas internas levantan los sólidos para caer después en forma de lluvia a través del interior de la carcasa. Los secadores rotatorios se calientan por un contacto directo del gas con los sólidos, por gas caliente que pasa a través de un encamisado externo, o por medio de vapor de agua que condensa en un conjunto de tubos instalados sobre la superficie interior de la carcasa. El último de estos tipos recibe el nombre de secador rotatorio con tubos de vapor de agua. En un secador rotatorio directo-indirecto el gas caliente pasa primeramente a través del encamisado y luego a través de la carcasa, donde se pone en contacto con los sólidos.

Figura 4. Secador rotatorio calentado con aire en contracorriente: A, carcasa del secador; B, rodillos para el soporte de la carcasa; C, engranaje; D, campana de descarga de aire; E, ventilador de descarga; F, conducto de alimentación; G, pestañas elevadoras; H, descarga de producto; J, calentador de aire.

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3) Documente la aplicación en algún proceso del área de biotecnología (alimentario, ambiental, farmacéutico, etc.), de alguno de los equipos descritos en el inciso anterior Liofilización de alimentos La liofilización es un proceso de conservación de los alimentos en el que se congela y se descongela el alimento pasando por el vacío y a presión atmosférica baja. El resultado es un alimento similar al deshidratado, sin agua, que se puede conservar durante mucho tiempo. Otra ventaja de la liofilización es que genera un producto que pesa muy poco y mantiene el alimento intacto, lo que permite que se pueda llevar encima sin que ocupe mucho espacio ni se estropee. La liofilización consta de tres fases: 1) Se congela el alimento a bajas temperaturas (entre -50ºC y -80ºC) y de forma rápida para que el tamaño de los cristales de hielo sea lo más pequeño posible y no provoquen rupturas en la membrana de las células. 2) Se disminuye la presión para originar el vacío. Así, el agua congelada se evapore sin pasar previamente por el estado líquido (sublimación). 3) Se aplica calor al producto congelado, posteriormente se condensa para convertirlo nuevamente en sólido. Orrego C., (2008) en su trabajo “Congelación y liofilización de alimentos” reporta su diseño de un equipo de liofilización que de manera general consiste en un diseño de cámaras reforzadas para el soporte de las variaciones de presión y que están dotadas de un sistema de congelación y condensación, además de una bomba al vacío. A continuación, se muestra el esquema de diseño que se siguió.

Diego Rodríguez García Bioseparaciones sólido-fluido “6BV1” Rosa Hernández Soto

El proceso de liofilización, para 100 gramos de muestra, se llevó a cabo durante 6 horas a una presión de 0.7 mbar, y una rampa de calentamiento fija de -4 °C a -20 °C (30 min), 20 °C (1 h 30 min); de 20 °C a 30 °C (30 min), 30 °C (1 h 30 min) y de 300 C a 40 °C (30 min), 40 °C (1 h 30 min). Para la caracterización de los polvos deshidratados se utilizaron la solubilidad, la humectabilidad y la humedad. Se obtuvieron tres productos liofilizados de muestra (guanábana) según las tres velocidades diferentes que se usaron para congelar las muestras, 0.07, 0.08 y 0.30 °C/min. En la tabla 1 se muestran los resultados de los análisis y pruebas que se hicieron a estos polvos deshidratados. Tabla 1. Resultados análisis polvo deshidratados de muestra

Figura 5. Esquema de la secuencia del diseño mecánico del liofilizador

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BIBLIOGRAFÍA • • • •

G. Nonhebel & A. A. H. Moss (2000). El secado de sólidos en la industria química (2da edición). Reverte: Barcelona, España. McCabe W., Smith J. & Harriot P., (2007). Operaciones unitarias en Ingeniería Química (7ma edición). McGraw Hill: México. Mora S., (2015). Control de la conservación de los alimentos para el consumo y distribución comercial. Editorial E-learning, S.L.: España Orrego C., (2008). Congelación y liofilización de alimentos. Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales. Colombia. Pag. 68-88.