• Categories
• Alimentos
• Alimento y bebida
• Comida y vino
• Química
• Naturaleza

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 11

TÍTULO:

“EVALUACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN PROCESO DE PASTEURIZACIÓN” INTEGRANTES:

Fernández Solórzano Celeste Alexandra Huaman Liñan Lucy Elizabeth Huincho Aquiño Sonia Marisol Luera Dominguez Royder Santos Vásquez Villacorta Nelly Sofía GRUPO: B CURSO:

Laboratorio de Operaciones Unitarias DOCENTE:

Mg. Jorge Domínguez Castañeda NUEVO CHIMBOTE – PERÚ 2017

ÍNDICE

I.

INTRODUCCIÓN................................................................................................... 2

II. OBJETIVOS ............................................................................................................ 3 III.

FUNDAMENTO TEÓRICO .............................................................................. 3

IV.

MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................... 9

V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN........................................................................... 13 VI.

CONCLUSIONES ............................................................................................. 24

VII. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 24 VIII. ANEXOS ............................................................................................................ 25

1

EVALUACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN PROCESO DE PASTEURIZACIÓN I.

INTRODUCCIÓN

El concepto de los intercambiadores de placas no es nuevo, una de las primeras patentes que se conocen con este tipo de tecnología ha sido obtenida en 1890 por Langem y Hundhansseng, una compañía alemana. Hoy en día la aplicación de este tipo de intercambiadores en la industria es grande, abarcando sectores como los de alimentación, ingeniería química, agua caliente sanitaria, refrigeración y aire acondicionado, etc. Este equipo se empezó a utilizar en los años 30 para el tratamiento y pasteurización de la leche. Este tipo de intercambiador satisfizo así la necesidad de contar con un equipo de fácil limpieza, sin irregularidades ni rincones donde se pudieran albergar bacterias y se fomentara su desarrollo. La elaboración de este producto alimenticio tan sensible requiere de elevados coeficientes de transferencia de calor para que el tiempo de residencia, especialmente a altas temperaturas, sea mínimo. El equipo debía ofrecer acceso a ambos lados de la superficie de transferencia de calor para facilitar su limpieza. Un intercambiador de placas convencional está conformado una sucesión de finas placas que se encuentran selladas por juntas de goma. Las juntas de goma además de evitar la mezcla de los fluidos, establecen los canales de circulación del fluido. El conjunto de las placas se comprime con dos planchas metálicas rígidas haciendo una distribución de flujos paralelos donde uno de los fluidos circula en los canales pares, y el otro fluido circula en los canales impares. Los modelos de placas son los más utilizados en la actualidad y serán el objeto de esta evaluación debido a sus numerosas ventajas frente a cualquier otro tipo de equipo. Son los pasteurizadores más perfectos; habitualmente funcionan con los mismos límites de temperatura que los indicados para los modelos tubulares modernos. Son excelentes cambiadores de calor, el efecto bactericida es intenso y la mezcla resulta muy poco modificada. Además, la limpieza puede efectuarse fácilmente en circuito cerrado, aunque tampoco son difíciles de desmontar. Ocupan un espacio comparativamente reducido.

2

II.

OBJETIVOS 

Conocer el funcionamiento de un pasteurizador de placas paralelas.



Evaluar la transferencia de calor en un proceso de pasteurización.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Existen muchos procesos tecnológicos tales como la deshidratación, esterilización, la pasteurización, la cocción, el blanqueado, etc, en donde el alimento recibe una cantidad determinada de calor. El calor añadido a los alimentos se realiza a través de diferentes procesos tecnológicos con el fin de extender el tiempo de vida útil del alimento. Este calor, de acuerdo a la cantidad y al tiempo de acción sobre el alimento causa diferentes cambios en la estructura química de los componentes que forman el alimento. Estos cambios son en algunos casos muy significativos, especialmente aquellos componentes que son termolábiles, tales como la vitamina C, en el caso de productos vegetales, en el caso de productos animales, como por ejemplo la Tiamina, y una gran cantidad de componentes responsables del aroma de los productos alimenticios.

Estos cambios son como consecuencia de la aceleración de las diferentes reacciones bioquímicas que pueden ocurrir en los alimentos. Con respecto a la pasteurización, este proceso inicio su uso con el fin de eliminar microorganismos patógenos con temperaturas bajas menores o iguales a 100ºC (HTST, High Temperature and Short Time)

Figura 1: Jugo de naranja pasteurizada.

3

La pasteurización es un proceso necesario para prolongar la vida útil de los jugos comerciales. El procesamiento térmico de jugos cítricos a altas temperaturas si bien elimina la posibilidad de daño microbiológico y reduce la actividad enzimática, afecta la calidad del producto, produce la pérdida de componentes termolábiles y termosensibles responsables de las propiedades sensoriales y nutricionales de los alimentos. La calidad de los alimentos esterilizados difieren mucho de los frescos, particularmente el aroma, las vitaminas y componentes volátiles de estos productos son influenciados dramáticamente por los tratamientos térmicos. Los jugos cítricos tienen grandes cantidades de ácido ascórbico, otros ácidos orgánicos, y sus sales, los que provocan la degradación de azúcares, aminoácidos y fenoles durante el procesamiento y posterior almacenamiento. El sabor y aroma de los alimentos sometidos a tratamientos térmicos se modifica por el efecto de la cocción. Hay muchos alimentos ácidos, por ejemplo, las frutas, que requieren de poca cocción, pues lo que interesa es conservar al máximo su aroma y sabor naturales. La cocción inadecuada ocasiona efectos indeseables sobre el sabor, olor y otros factores de calidad que pueden deberse a las siguientes causas: 1. Oscurecimiento debido a reacciones de Maillard entre aminoácidos y azucares reductores a consecuencia de los cuales pueden producirse importantes alteraciones en el sabor y olor de frutas sometidas a tratamientos de pasteurización. 2. Caramelización causada por el efecto del calor sobre los azucares y otros compuestos que además de provocar coloraciones oscuras que modifican el color ,alteran el sabor y aroma 3. Oxidación y polimerización del ácido ascórbico, con el desarrollo de aromas y sabores impropios del alimento. 4. Polimerización de aldehídos que provocan también compuestos oscuros y sabores extraños. Proceso de pasteurización. La pasteurización es un proceso térmico realizado a los alimentos: los procesos térmicos se pueden realizar con la intención de disminuir las poblaciones patógenas de microorganismos o para desactivar las enzimas que modifican los sabores de ciertos alimentos. No obstante, en la pasteurización se emplean generalmente temperaturas por debajo del punto de ebullición (en cualquier tipo de alimento), ya que en la mayoría de los casos las temperaturas superiores a este valor afectan irreversiblemente ciertas características físicas y químicas del producto alimenticio; así, por ejemplo, si en la leche se sobrepasa el punto de ebullición, las micelas de 4

la caseína se “coagulan” irreversiblemente (o dicho de otra forma, se “cuajan”). El proceso de calentamiento de la pasteurización, si se hace a bajas temperaturas, tiene además la función de detener los procesos enzimáticos. Hoy en día, la pasteurización realizada a los alimentos es un proceso industrial continuo aplicado a alimentos viscosos, con la intención de ahorrar energía y costes de producción. Existen tres tipos de procesos bien diferenciados: a) Pasteurización VAT o lenta. b) Pasteurización a altas temperaturas durante un breve periodo de tiempo (HTST - High Temperature/Short Time). c) El proceso a ultra-altas temperaturas (UHT - Ultra-High Temperature). 1. Proceso VAT. Fue el primer método de pasteurización, aunque la industria alimenticia lo ha ido renovando por otros sistemas más eficaces. El proceso consiste en calentar grandes volúmenes de leche en un recipiente estanco a 63 ºC durante 30 minutos, para luego dejar enfriar lentamente. Debe pasar mucho tiempo para continuar con el proceso de envasado del producto, a veces más de 24 horas. 2. Proceso HTST. Este método es el empleado en los líquidos a granel, como la leche, los zumos de fruta, la cerveza, etc. Por regla general, es el más conveniente, ya que expone al alimento a altas temperaturas durante un período breve y además se necesita poco equipamiento industrial para poder realizarlo, reduciendo de esta manera los costes de mantenimiento de equipos. Entre las desventajas del proceso está la necesidad de contar con personal altamente cualificado para la realización de este trabajo, que necesita controles estrictos durante todo el proceso de producción.

5

Figura 2: Pasteurizadora HTST Existen dos métodos distintos bajo la categoría de pasteurización HTST: en “batch” (o lotes) y en “flujo continuo”. Para ambos métodos la temperatura es la misma (72ºC durante 15 segundos). En el proceso “batch “una gran cantidad de leche se calienta en un recipiente estanco (autoclave). Es un método empleado hoy en día, sobre todo por los pequeños productores debido a que es un proceso más sencillo. En el proceso de “flujo continuo”, el alimento se mantiene entre dos placas de metal, también denominadas intercambiador de calor de placas (PHE) o bien un intercambiador de calor de forma tubular. Este método es el más aplicado por la industria alimenticia a gran escala, ya que permite realizar la pasteurización de grandes cantidades de alimento en relativamente poco tiempo. 3. Proceso UHT. El proceso UHT es de flujo continuo y mantiene la leche a una temperatura superior más alta que la empleada en el proceso HTST, y puede rondar los 138 °C durante un período de al menos dos segundos. Debido a este periodo de exposición, aunque breve, se produce una mínima degradación del alimento. La leche cuando se etiqueta como “pasteurizada” generalmente se ha tratado con el proceso HTST, mientras que para la leche etiquetada como “ultrapasteurizada” o simplemente “UHT”, se debe entender que ha sido tratada por el método UHT.

6

Figura 3: Pasteurizadora UHT

Tabla 1: Porcentaje de Retención de vitamina C en jugos pasteurizados

Patógenos: Es importante indicar que la pasteurización no elimina todos los microrganismos de los productos que se tratan, esto por cuanto algunos son necesarios para la salud del humano. Se han desarrollado varios estudios donde se determinan los tiempos que se demoran las colonias de bacterias en desaparecer cualitativamente de algún producto para determinar la efectividad del proceso. La muerte de distintos microorganismos se nota en la Figura 4.

Figura 4: Numero de microorganismos que sobreviven a temperaturas letales.

7

A un número inicial de microrganismos se le reduce su cantidad según pasa el tiempo si se está expuesto a altas temperaturas. La pendiente de esta reducción aumenta según la temperatura aumenta. La reducción de los microorganismos no es total, el número de estos se acerca cada vez más a 0 pero nunca es 0.

8

IV.

MATERIALES Y MÉTODOS Equipo: Pasteurizador Mode.MUPL/EV Unidad mod. MUPL / EV es un pasteurizador HTST en miniatura, diseñado para estudiar el efecto de los tratamientos térmicos de forma rápida y económica. Un intercambiador de placas de tres etapas permite calentar el producto, con agua caliente, hasta la temperatura de pasteurización, luego, después de cruzar el tubo de retención, el producto se enfría con agua fría y, finalmente, se precalienta con la consiguiente recuperación de calor. Esta unidad también cuenta con software de adquisición de datos para Windows.

Figura 5. Pasteurizador Mode.MUPL/EV

Programa de entrenamiento 9

Esta unidad permite profundizar en los siguientes problemas: 

Pasteurización continua y efecto sobre el producto bajo tratamiento



Intercambio de calor y balances de energía



Limpieza en el lugar de un pasteurizador

Especificación técnica 

Velocidad máxima de flujo = 10 l / h



Tanque de alimentación de acero inoxidable AISI 304, con capacidad de 10 litros



Tanque de acero inoxidable AISI 304, con capacidad de 10 litros, para recoger el producto pasteurizado



Bomba peristáltica de velocidad variable



Intercambiador de calor con placas de acero inoxidable AISI 304 y tres secciones (precalentamiento, pasteurización y refrigeración)



Tubo de sujeción de acero inoxidable AISI 304



Válvula desviadora de acero inoxidable



Circulador de agua caliente incorporado (85 ° C máx.) Con depósito de acero inoxidable AISI 304, bomba e interruptor de nivel de seguridad



Flujómetro de área variable para agua de refrigeración



6 termorresistencias Pt100



5 indicadores de temperatura digitales



Controlador electrónico para control de temperatura



La unidad también incluye un sistema de adquisición de datos para Windows con tendencias históricas y en tiempo real

Fuente de alimentación 230 Vca 50 Hz monofásico - 1.5 kVA (otro voltaje y frecuencia bajo demanda) Dimensiones: 850 x 700 x 770 (h) mm Peso: 70 kg

Puesta en marcha del equipo: 10



Afloje y extraiga el tapón del tanque D1 e introduzca el tubo de aspiración en un beaker de 1 litro, lleno de agua destilada.



Afloje y extraiga el tapón del tanque D2 e introduzca el tubo de salida del producto en otro beaker de 1 litro.



Llene el tanque D1 con el fluido a tratar.



Encienda el calentador y espere hasta que la temperatura TI3 llegue a 80°C (dado que para alcanzar esta temperatura se requiere unos 30 minutos, convendrá reducir el tiempo de espera calentando previamente el baño termostático antes de comenzar el ensayo)



Encienda la bomba G1 y ajuste el número de revoluciones con el respectivo potenciómetro al 80% (en esta velocidad el caudal será de aproximadamente 10L/h y el tiempo de retención de 20 segundos).



Mediante la válvula V1 ajuste el caudal del agua de refrigeración para que el fluido de trabajo se enfríe por lo menos a 25°C.



Cuando se alcance la temperatura programada (72.5°C), vuelva a coloacar la tapa con el tubo de aspiración de la bomba G1 en el tanque D1



Cuando el fluido de trabajo sale del intercambiador, vuelva a colocar la tapa con el tubo de salida del producto en el tanque D2.

Parada: 

Una vez que la última gota del fluido de trabajo contenido en el tanque D1 ha sido pasteurizado, intriduzca 3 litros de agua de red.



Apague el baño termostático y haga funcionar la bomba G1 al 80%.



Espere hasta que el agua que sale del intercambiador E1 sea limpia (sies necesario agregue más en el tanque D1).



Vacíe el tanque D1.



Introduzca 3 litros de solución acuosa de hipoclorito de sodio al 1% en el tanuque D1.



Una vez utilizada la última gota de solución de hipoclorito del tanuqe D1, llene dicho tanque con agua de la red y enjuague el intercambiador hasta que no quede ningún residuo de hipoclorito en la salida del intercambiador E1 (controle con papel de almidón-yoduro de potasio).



Luego, vgacíe el tanque D1 y mantenga encendida la bomba G1: al aspirar el aire la bomba expulsará fuera del intercambiador E1 toda el agua.



Apague la bomba G1 y desconoce el interruptor automático/diferencal.



Vacíe el tanque D2 11

Se compraron las naranjas en el mercado Buenos Aires de Nuevo Cimbote

Las naranjas fueron cortadas transversalmente y colocadas en un recipiente, para facilitar su extracción del zumo

Se extrajo el zumo en el equipo ubicado en la planta piloto

Se filtró con ayuda de un colador para eliminar el concentrado y poder trabajar con solo líquido. Luego llevar al equipo

12

V.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Tiempo vs T1 90 80 70 60 50 40 30

20 10

0 276 552 828 1104 1380 1656 1932 2208 2484 2760 3036 3312 3588 3864 4140 4416 4692 4968 5244 5520 5796 6072 6348 6624 6900 7176 7452 7728

0

T°1 GRAFICA N°1: Variación de la temperatura del zumo a la salida del calentador con respecto al tiempo. La grafica n°1 mostrada anteriormente nos indica que en este proceso se inicia a temperatura ambiente y conforme transcurre el tiempo la temperatura de salida del zumo a la salida del calentador varía, en el tiempo de 4460 seg aproximadamente observamos un crecimiento en la temperatura con una velocidad máxima en la cual llega a alcanzar a los 70°C para luego obtener un comportamiento que llega a su punto máximo de 80°C en donde se realiza la pasteurización. Una vez alcanzado los 80°C esta grafica nos presenta una caída en la cual nos indica que el zumo de naranja pasa a enfriarse hasta una temperatura de 70°C. En lo cual deducimos que la temperatura del zumo llega a realizar un reflujo hasta llegar a una temperatura de 70°C donde será captado por un sensor y posteriormente pasa a la zona de enfriamiento para poder liberar el calor acumulado. 13

Tiempo vs T2 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5

0 276 552 828 1104 1380 1656 1932 2208 2484 2760 3036 3312 3588 3864 4140 4416 4692 4968 5244 5520 5796 6072 6348 6624 6900 7176 7452 7728

0

T°2 GRAFICA N°2: Variación de la temperatura del zumo frio a la entrada del precalentador con respecto al tiempo. La grafica N°2 nos indica la variación de la temperatura del zumo frio a la entrada del precalentador conforme pasa el tiempo, en la cual podemos apreciar que el zumo ingresa a temperatura ambiente de 24°C y mientras pasa el tiempo observamos una gráfica creciente en la cual el zumo se va calentando lentamente hasta una temperatura de 46°C aproximadamente, por ello deducimos que el agua le esta cediendo calor al zumo, ya que esta recircula por el equipo hasta que llegue a una temperatura adecuada.

14

Tiempo vs T3 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

0 288 576 864 1152 1440 1728 2016 2304 2592 2880 3168 3456 3744 4032 4320 4608 4896 5184 5472 5760 6048 6336 6624 6912 7200 7488 7776

0

T°3 GRAFICA N°3: Variación de la temperatura del agua a la entrada del calentador. Observamos en la gráfica N°3 la variación de la temperatura del agua a la entrada del calentador en donde el zumo de naranja va a dejar de circular y va a empezar la etapa de pasteurización en donde llega a los 80°C para poder eliminar todo tipo de patógenos, microorganismo o partículas extrañas presentes en nuestra materia. La temperatura del agua con respecto al tiempo a la entrada del calentador tiene un crecimiento constante a partir de los 3476 seg en la cual al terminar esta etapa de cederle calor al zumo llega a descender para pasar a la etapa de enfriamiento.

15

Tiempo vs T4 45 40 35 30 25 20 15 10 5

0 276 552 828 1104 1380 1656 1932 2208 2484 2760 3036 3312 3588 3864 4140 4416 4692 4968 5244 5520 5796 6072 6348 6624 6900 7176 7452 7728

0

T°4 GRAFICA N°4: Variación de la temperatura del zumo a la salida del enfriador con respecto al tiempo. En la gráfica N°4 mostrada anteriormente tenemos la variación de la temperatura del zumo a la salida del enfriador con respecto pasa el tiempo, en donde podemos observar la temperatura de inicio de 24°C en la cual aumenta lentamente hasta llegar a un punto en que la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar aproximadamente lo 40°C en donde podemos apreciar que a dicha temperatura obtenemos nuestro zumo de naranja a la salida del enfriador que tuvo una pasteurización previa.

16

Tiempo vs T5 29 28 27

26 25 24 23 22

0 276 552 828 1104 1380 1656 1932 2208 2484 2760 3036 3312 3588 3864 4140 4416 4692 4968 5244 5520 5796 6072 6348 6624 6900 7176 7452 7728

21

T°5 GRAFICA N°5: Variación de la temperatura del agua a la entrada del enfriador con respecto al tiempo. En la grafica N°5 podemos observar la variación de la temperatura del agua a la entrada del enfriador en donde nos damos cuenta que en a los 5520 seg tiene una caída rápida para poder alcanzar una temperatura aproximadamente de 24°C, es decir este proceso nos ayuda en el enfriamiento del zumo después de su pasteurización para poder eliminar el calor acumulado en dicho proceso. En el cual se busca bajar la temperatura para poder permitir su almacenamiento.

17

Tiempo vs T6 35 30 25 20 15 10 5

0 276 552 828 1104 1380 1656 1932 2208 2484 2760 3036 3312 3588 3864 4140 4416 4692 4968 5244 5520 5796 6072 6348 6624 6900 7176 7452 7728

0

T°6 GRAFICA N°6: Variación de la temperatura del agua a la salida del enfriador con respecto al tiempo. La grafica N°6 nos muestra la variación de la temperatura del agua a la salida del enfriador en donde podemos observar que en un principio la temperatura llega a aumentar mínimamente debido a que el calor acumulado del zumo le llega a ceder al agua, pero luego en tiempo de 5520 seg nos presenta una caída de temperatura en la cual llega a mantenerse en una temperatura de 24°C al final del proceso.

18

Tiempo vs T1,T3 100 90 80

70 60 50 40 30

20 10

0 288 576 864 1152 1440 1728 2016 2304 2592 2880 3168 3456 3744 4032 4320 4608 4896 5184 5472 5760 6048 6336 6624 6912 7200 7488 7776

0

T°1

T°3

GRAFICA N° 7: Comparación de la variación de temperatura del zumo a la salida del calentador con la variación de la temperatura del agua a la entrada del calentador.

19

Tiempo vs T4,T5 45 40 35 30 25 20 15 10 5

0 276 552 828 1104 1380 1656 1932 2208 2484 2760 3036 3312 3588 3864 4140 4416 4692 4968 5244 5520 5796 6072 6348 6624 6900 7176 7452 7728

0

T°4

T°5

GRAFICA N°8: Comparación de la variación de temperatura del zumo a la salida del enfriador con la variación de la temperatura del agua a la entrada del enfriador.

20

Tiempo vs T5,T6 35 30 25 20 15 10 5

0 276 552 828 1104 1380 1656 1932 2208 2484 2760 3036 3312 3588 3864 4140 4416 4692 4968 5244 5520 5796 6072 6348 6624 6900 7176 7452 7728

0

T°5

T°6

GRAFICA N°9: Comparación de la variación de temperatura del agua a la entrada del enfriador con la variación de la temperatura del agua a la salida del enfriador.

21

Tiempo vs T1,T2,T3 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

0 288 576 864 1152 1440 1728 2016 2304 2592 2880 3168 3456 3744 4032 4320 4608 4896 5184 5472 5760 6048 6336 6624 6912 7200 7488 7776

0

T°1

T°2

T°3

GRAFICA N°10: Comparación de la variación de temperatura del zumo a la salida del calentador con el zumo frio a la entrada del precalentador y la variación de temperatura del agua a la entrada del calentador.

22

TIEMPO VS TEMPERATURAS

0 276 552 828 1104 1380 1656 1932 2208 2484 2760 3036 3312 3588 3864 4140 4416 4692 4968 5244 5520 5796 6072 6348 6624 6900 7176 7452 7728

99 96 93 90 87 84 81 78 75 72 69 66 63 60 57 54 51 48 45 42 39 36 33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0

T°1

T°2

T°3

T°4

T°5

T°6

GRAFICA N°11: Comparación de la variación de temperaturas con respecto al tiempo T°1: Zumo a la salida del calentador

T°4: Zumo a la salida del enfriador

T°2: Zumo frio a la entrada del precalentador

T°5: Agua a la entrada del enfriador

T°3: Agua a la entrada del calentador

T°6: Agua a la salida del enfriador

23

VI.

CONCLUSIONES • El reconoció el funcionamiento de un pasteurizador de placas paralelas, en la cual nos sirve para poder eliminar todo tipo de patógenos microorganismos o bacterias presentes en nuestro producto, sin modificar su sabor ni sus propiedades organolépticas, este proceso de pasteurización se llega a dar por tiempos cortos y a una temperatura máxima de 80°C, sin embargo el equipo utilizado en la práctica se tomó un exceso de tiempo en donde el zumo de naranja estuvo recirculando teniendo una pérdida de sus propiedades. • En la práctica realiza se evaluó la transferencia de calor en los procesos de enfriamiento, calentamiento y pasteurización en la cual se calculó con las diferentes temperaturas y las masas utilizadas en el zumo de naranja y el agua.

VII. BIBLIOGRAFÍA 

Juan Nicolás Moreno Galindo Modelamiento y control de planta Pasteurizadora.



Lastarria Tapia Hugo, 2012, evaluación sensorial de alimentos –cuaderno apuntes



Lee, H. S., Nagy, S, 1988, Relationships of sugar degradation to detrimental changes in citrus juice quality, Food Technol., vol. 91-94, pág. 97.



M.J. Lewis “Propiedades físicas de los alimentos y de los sistemas de procesado”. Ed. Acribia, S.A.

24

VIII. ANEXOS Diagrama del Proceso del Pasteurizador de Placas

T 7

T8

25

Datos de temperaturas en función del tiempo obtenidos experimentalmente Tabla 2: Datos de temperaturas en función del tiempo reportados por el pasteurizador de placas. tiempo 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 ↓ (1958 valores) ↓ 7900 7904 7908 7912 7916 7920 7924 7928 7932 7936 7940 7944 7948 7952 7956 7960 7964

G1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ↓ (1958 valores) ↓ 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 1 0 0

T°1 24.1 24.1 24.1 24.1 24.2 24.2 24.1 24.1 24.1 24.2 24.1 24.2 24.2 24.1 24.2 24.2 ↓ (1958 valores) ↓ 74.7 74.5 74.4 74.3 74.1 74 73.9 73.7 73.6 73.4 73.3 73.2 73.1 72.9 72.8 72.7 72.5

T°2 24.2 24.1 24.1 24.2 24.2 24.2 24.2 24.2 24.2 24.3 24.2 24.1 24.2 24.1 24.2 24.1 ↓ (1958 valores) ↓ 42.2 42.1 42 41.9 41.8 41.7 41.7 41.6 41.4 41.4 41.3 41.6 41.6 41.6 41.5 41.6 41.7

T°3 24 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 24 23.8 23.8 23.9 ↓ (1958 valores) ↓ 87.2 87.1 87.1 87.1 87.1 87 87 87 87 86.9 87 86.9 86.8 86.8 86.8 86.8 86.8

T°4 24.3 24.4 24.4 24.4 24.4 24.4 24.4 24.4 24.4 24.5 24.5 24.4 24.4 24.5 24.5 24.5 ↓ (1958 valores) ↓ 31.4 31.4 31.4 31.3 31.3 31.3 31.2 31.2 31.1 31.1 31.1 31 31 31 31 31 30.9

T°5 24.2 24.2 24.2 24.2 24.2 24.2 24.2 24.1 24.2 24.1 24.1 24.2 24.1 24.1 24.1 24.1 ↓ (1958 valores) ↓ 24 23.9 23.9 24 23.9 23.9 24 23.9 24 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9

T°6 24.1 24.1 24.1 24.1 24.1 24.1 24.1 24.1 24.2 24.2 24.2 24.2 24.3 24.3 24.2 24.3 ↓ (1958 valores) ↓ 24.1 24.1 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 23.9 24 24

Nota: Los 1958 valores faltantes no se colocaron en la Tabla 2 por ser demasiados datos, esta información se encuentra en el Excel “PASTEURIZACIÓN_OPERACIONES” colocado en el CD, en la hoja de cálculo “DATOS”.

26

Fórmulas empleadas para calcular el coeficiente global de transferencia térmica

𝑄 = 𝐴 ∪ Δ𝑇𝑚 𝑈=

𝑄 𝐴Δ𝑇𝑚

Donde: Q=Calor intercambiado por los fluidos A=Área de intercambio de calor Δ𝑇𝑚=Diferencia logarítmica media de temperaturas U=Coeficiente global de transferencia térmica

Δ𝑇𝑚 =

(𝑇1 − 𝑡1 ) − (𝑇2 − 𝑡2 ) 𝑇 − 𝑡1 𝐼𝑛 ( 1 ) 𝑇2 − 𝑡1

Δ𝑇𝑚 =

(𝑇1 − 𝑡2 ) − (𝑇2 − 𝑡1 ) 𝑇 − 𝑡2 𝐼𝑛 ( 1 ) 𝑇2 − 𝑡1

27

Balances de Energía 1. Balance de Energía en la zona de enfriamiento T7

ZUMO

T4

Q T6

T5

AGUA

𝑄(𝑧𝑢𝑚𝑜) = 𝑚(𝑧𝑢𝑚𝑜) . 𝐶𝑝𝑧𝑢𝑚𝑜 . (𝑇7 − 𝑇4 ) 𝑄(𝐻2𝑂) = 𝑚(𝐻2𝑂) . 𝐶𝑝(𝐻2𝑂) . (𝑇6 − 𝑇5)

Entonces: 𝒎(𝑯𝟐𝑶) . 𝑪𝒑(𝑯𝟐𝑶) . (𝑻𝟔 − 𝑻𝟓)

=

𝒎(𝒛𝒖𝒎𝒐) . 𝑪𝒑𝒛𝒖𝒎𝒐 . (𝑻𝟕 − 𝑻𝟒 )

𝑻𝟕 = 𝑻𝟒 +

𝑸(𝑯𝟐𝑶) 𝒎𝑧𝑢𝑚𝑜 𝑪𝒑𝑧𝑢𝑚𝑜

Calculando la Diferencia Media De Temperatura Logarítmica:

(𝑇7 −𝑇6 )−(𝑇4 −𝑇5 )

=

LMTD

𝑇 −𝑇 𝐿𝑛( 7 6 ) 𝑇4 −𝑇5

Nota: Los resultados obtenidos no se colocan aquí por ser demasiados datos, esta información se encuentra en el Excel “PASTEURIZACIÓN_OPERACIONES” colocado en el CD, en la hoja de cálculo “T7”.

2. Balance de Energía en la zona de pre-calentamiento AGUA CALIENTE T1

ZUMO

T7

Q T8

ZUMO

28

T2

𝑄(𝑧𝑢𝑚𝑜) = 𝑚(𝑧𝑢𝑚𝑜) . 𝐶𝑝𝑧𝑢𝑚𝑜 . (𝑇1 − 𝑇7 ) 𝑄(𝐻2𝑂) = 𝑚(𝑧𝑢𝑚𝑜) . 𝐶𝑝(𝑧𝑢𝑚𝑜) . (𝑇8 − 𝑇2) Entonces: 𝒎(𝒛𝒖𝒎𝒐) . 𝑪𝒑𝒛𝒖𝒎𝒐 . (𝑻𝟏 − 𝑻𝟕 )

=

𝒎(𝒛𝒖𝒎𝒐) . 𝑪𝒑(𝒛𝒖𝒎𝒐) . (𝑻𝟐 − 𝑻𝟖)

𝑻𝟖 = 𝑻𝟐 + (𝑻𝟏 − 𝑻𝟕 )

Nota: Los resultados obtenidos no se colocan aquí por ser demasiados datos, esta información se encuentra en el Excel “PASTEURIZACIÓN_OPERACIONES” colocado en el CD, en la hoja de cálculo “T8”.

3. Balance de Energía en la zona de calentamiento AGUA CALIENTE T3

AGUA

T9

Q T1

T8

ZUMO

𝑄(𝑧𝑢𝑚𝑜) = 𝑚(𝐻2𝑂) . 𝐶𝑝𝐻2𝑂 . (𝑇3 − 𝑇9 ) 𝑄(𝐻2𝑂) = 𝑚(𝑧𝑢𝑚𝑜) . 𝐶𝑝(𝑧𝑢𝑚𝑜) . (𝑇1− 𝑇8) Entonces: 𝒎(𝒛𝒖𝒎𝒐) . 𝑪𝒑𝒛𝒖𝒎𝒐 . (𝑻𝟑 − 𝑻𝟗 )

=

𝒎(𝒛𝒖𝒎𝒐) . 𝑪𝒑(𝒛𝒖𝒎𝒐) . (𝑻𝟏 − 𝑻𝟖)

𝑻𝟗 = 𝑻𝟑 +

𝑸(𝒛𝒖𝒎𝒐) 𝒎𝐻2𝑂 𝑪𝒑𝐻2𝑂

Nota: Los resultados obtenidos no se colocan aquí por ser demasiados datos, esta información se encuentra en el Excel “PASTEURIZACIÓN_OPERACIONES” colocado en el CD, en la hoja de cálculo “T9”.

29

Propiedades de los fluidos Tabla 3: Propiedades del agua. CAUDAL 2.77778E-05 m3/S DENSIDAD 1000 Kg/m3 m 0.027777778 Kg/s Cp 4.186 KJ/Kg°C

Tabla 4: Propiedades del zumo de naranja. Cp

3.72

KJ/Kg°C

A 19°C

3

CAUDAL 3.61111E-06 m /S DENSIDAD 1050 Kg/m3 m 0.003791667 Kg/s

Especificaciones del pasteurizador de placas Tabla 5: Especificaciones de las placas del pasteurizador. A(m2) 0.081

L(m) 0.1

30

#PLACAS 10