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Maria de los Ángeles Garófalo Introducción a la ingeniería en alimentos

Equipos en la Industria alimentaria

Evaporador

Es un intercambiador de calor donde ocurre la transferencia de energía térmica, desde una sustancia a ser enfriada hacia el líquido refrigerante que está circulando en el interior del equipo. (distancia, s.f.) El

evaporador tiene su nombre por el cambio de estado del refrigerante al recibir energía. Contiene un conjunto de elementos que permiten disminuir el punto de ebullición: Un cambiador de calor Un separador Un condensador El Cambiador de Calor usado en el evaporador son de varios diseños como: tubulares, placas, cónicos, etc. La función de este componente es transmitir el calor entre el fluido

calefactor y el alimento. Un separador es un espacio en el que se puede separar el vapor del líquido concentrado. Algunas instalaciones tienen los separadores de arrastre que son necesario cuando la velocidad de evaporación es alta. También existen los separadores de ciclón que por la fuerza centrífuga se puede separar el vapor del líquido ya que las gotas más pesadas son lazadas hacia las paredes y se filtran por la base. Un condensador permite eliminar el vapor de agua en forma de condensado. Se usa cuando la concentración se realiza con cierto grado de vacío para reducir los daños por el incremento de temperatura. En la industria alimentaria es común usar condensadores de aspersión o lluvia donde el vapor se mezcla con una lluvia de agua fría que se elimina junto con el condensado mediante una bomba o una columna barométrica. En los sistemas que operan a presión atmosférica este elemento puede omitirse. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 258)

Tipos de evaporadores y aplicaciones La mayoría de evaporadores funcionan en continuo sin embargo si se necesita cambiar de producto se usan los evaporadores discontinuos abiertos.

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Evaporadores de circulación natural: el movimiento del líquido tratado depende de las corrientes de convección y la fuerza de ascensión de las burbujas de vapor que lo arrastran por el intercambiador de calor. Por el movimiento centrífugo del alimento se separa el vapor del líquido. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 264)  Evaporadores abiertos y cerrados: No usados para alimentos sensible al calor pero si para elaborar sopas, concentrados de pulpa de tomate, salsas, mermeladas, productos de confitería y similares.  Evaporadores de tubos cortos verticales: frecuentemente usado para la concentración de jarabes (soluciones de azúcar de caña, remolacha, glucosa), extracto de malta, sal y zumo de frutas.  Evaporadores de tubos cortos horizontales: usados en líquidos de poca viscosidad dado que la posición horizontal dificulta el movimiento del líquido.  Evaporadores de tubos largos: contiene una cámara vertical con cambiadores de tubos verticales. Pueden ser de película ascendente o de película descendente. Estos evaporadores son importantes ya que tienen un tiempo corto de permanencia en la zona de calentamiento, coeficientes de transferencia de calor alto y alta eficacia energética. Se elabora concentrados de zumos cítricos, productos lácteos, extractos de levadura y fabricación del almidón.  Evaporadores de calandria externa: usados en productos sensibles al calor como zumos de frutas, derivados lácteos y extractos de carne.

Evaporadores de circulación forzada: se caracterizan porque tienen bombas centrifugas, bombas de desplazamiento positivo u otros dispositivos que ayudan a distribuir el líquido en el intercambiador de calor y aumentan la velocidad de flujo en las superficies de calentamiento. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 267)  Evaporadores de placas: Usados para alimentos termosensibles como extractos de levaduras, de carnes y productos lácteos.  Evaporadores de flujo extendido  Evaporadores de película delgada mecánica o rotatorios: usados para elaborar pulpa y zumo de frutas, pasta de tomate, extractos de carne, cremas de cacao y café, así como diversos productos lácteos.  Evaporadores a baja temperatura, de ciclo de refrigeración o de bomba calorífica: usado para elaborar productos como zumo de cítricos.

Marmita

Es una olla de metal cubierta con una tapa ajustada. Su función es cocinar grandes volúmenes que luego sale del grifo ubicado en la parte inferior; el producto debe moverse en forma manual o con un agitador para evitar que se pegue. (Centrales, s.f.)

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Las marmitas de vapor necesitan de una caldera como fuente de vapor. Se usa para elaborar mermeladas, jaleas, chocolates, dulces y confites, carnes, bocadillos, sales, salsas, etc. Tipos de marmita En función de sus componentes: Marmita de vapor con chaqueta: usado en el procesamiento de frutas y hortalizas. Tiene una cámara de calentamiento (chaqueta de vapor) que rodea el recipiente donde se coloca el alimento. El calentamiento sucede cuando circula el vapor a cierta presión por la chaqueta. El vapor proviene generalmente de una caldera (NIMSA, s.f.)      

Marmita de refrigeración con chaqueta Marmita con agitador Marmita al vacío Marmita con agitador de moción doble Marmita de gas Marmita con calentador eléctrico

Secador La función de los equipos de secado consiste en separar pequeñas cantidades de agua u cualquier otro líquido de un sólido con el fin de reducir la cantidad de líquido residual. (secado, s.f.) Para clasificar a los equipos has que tener en cuenta ciertos aspectos como aquellos que trabajan a presión atmosférica o con un grado de vacío. Clasificación de los equipos de secado de acuerdo a la transmisión de energía (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 286) Deshidratación con aire caliente         

Secadero de dos plantas Secadero de cofaina, bandejas o compartimentos Secadero de tolva Secadero de túnel Secadero rotatorio Secadero transportador Secadero de lecho fluidizado Secadero neumático Secadero atomizador

Deshidratación por contacto directo con una superficie caliente    

Secadero de tambor o de rodillos Secadero de tambor único Secadero de tambor doble Secadero de tambores gemelos

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 Secadero de tambor a vacío  Secadero a vacío de placas  Secadero a vacío de cinta sinfín Deshidratación por aporte de energía electromagnética    

Secadero infrarrojo continúo Secadero con microondas Secadero con calentamiento dieléctrico Deshidratación por evaporación súbita

Secadero por atomización (spray dryer) Dentro de una cámara el producto en líquido se divide en gotas muy pequeñas que entran en contacto con aire caliente por lo que la evaporación es instantánea y cada gota se hace sólida y se transporta por el aire de secado. En la salida de la cámara las partículas secas se separan de la corriente de aire, que las hace estar suspendidas, y se las recoge para su envasado. La velocidad de deshidratación es alta debido a que el área superficial de las partículas es grande pese a eso el riego de sobrecalentamiento del producto es mínimo. Los tres elementos principales de este tipo de secadero son: atomizador, la cámara de secado y un sistema para la recolección de las partículas secas. Tipos de atomizadores  Atomizador de boquilla a presión  Atomizador de boquilla de dos fluidos  Atomizador centrífugo: generalmente se deshidratan pastas y purés como leche, suero, caseínas, ovoproductos, preparados para alimentación infantil, café, té, proteínas, aromas encapsulados, extractos de carne y levaduras. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 292)

Intercambiadores de calor Dispositivos en la que dos corrientes de fluidos en movimiento intercambian calor sin mezclarse Intercambiador de tubo y coraza: llamado también como intercambiador de calor de tubo doble. Entre sus componentes tiene dos tubos concéntricos de diámetros diferentes: uno fluye por el tubo interno mientras que el otro circula por el espacio entre ambos tubos.

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El calor se transfiere del líquido caliente al frio a través de la pared del tubo. (Cengel, 2009, pág. 244) Intercambiador de placas: llamado también intercambiador de corrientes paralelas contiene varias placas separadas por juntas. La cantidad de placas va a depender del caudal y las propiedades de los fluidos. Entre las placas se forman canales por el que circulan los líquidos pero alternados y el calores transferido a través de las placas. Para aumentar la eficiencia se genera un flujo en contracorriente (laval).

Molinos Son equipos de construcción robusta, fabricados en acero, y funcionas con velocidad lenta. Se usa para procesos de reducción de tamaño de alimentos duros y secos como son los cereales, azúcar, leche deshidratada, especies, colorantes. Tipos de molinos  Molinos de gruesos de rodillos: reducción de tamaño de granos  Molinos de martillo: reducir alimentos como frutas secas, vegetales secos, pimienta, sal, especies, azúcar.  Molinos de atrición: reducir alimentos como granos y pimienta.  Molinos de tambor: reducción de sal y azúcar. (sólidos) Molino coloidal El molino coloidal tiene una superficie estacionaria y una rotatoria de forma que entre ellas existe una separación ajustable por donde pasa la emulsión en bruta. Los líquidos son sometidos a fuerzas de cizalla y turbulencia con la separación de la fase interna. La alimentación se coloca por el centro de rotación y por la fuerza gravitatoria pasa entre el rotor que se mueve horizontalmente y la superficie estática y se descarga por la periferia. La velocidad del rotor varía de 3.000 rpm para rotores de 40cm y 15.00 para rotores de 10cm.

Molino de disco único y de doble disco Se usan fuerzas de corte para reducir el tamaño del alimento a partículas finas. El molino de disco único: tiene un disco con canaletas que rota a alta velocidad frente a un disco fijo. El espacio entre ambos discos puede regularse.

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Molino de disco doble: se compone de dos discos que giran en dirección opuesta logrando un mayor desgaste. Extrusor Equipo que permite que un material (grano, harina o subproducto) fluya, dependiendo de condiciones del mezclado, calentamiento y cizallamiento, a través de una placa/boquilla diseñada para dar formar o expandir los ingredientes. (Chumbislla) Funcionamiento Los ingredientes ingresan por una tolva de alimentación y pasa al cuerpo del extrusor donde está un tornillo de Arquímedes que arrastra, comprime, desgarra y amasa el alimento hasta formar una masa que sale a través de una boquilla. En la salida se encuentra una guillotina que me permite cortar el producto con el tamaño deseado. Dependiendo el extrusor puede estar rodeado de camisas para calentar o enfriar la materia que se va a tratar. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 326) Clasificación de acuerdo a su funcionamiento  Extrusores en frío: usados en la elaboración de pastas alimenticias, salchichas, y pastas para confitería y pastelería. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 327)  Extrusores en caliente: usados para elaborar productos proteicos, como surimi, salchichas, proteína texturizada (soja, suero de leche, caseínas), análogos de carne y alimentos para mascotas.  Extrusores de tornillo único: usados para pastas y productos cárnicos, proteína vegetal texturizada, alimentos para mascotas, cereales de desayuno.  Extrusores de tornillos gemelos: usado en harinas con almidón o proteínas a las que se añade grasas, azúcares y agua. Como elaboración de masa de panadería, de galletas, pan tostado, cereales de desayuno, aperitivos fritos. También se usa en la elaboración de productos de confitería como caramelos masticables, regaliz y gomas de mascar. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 329)

Centrifuga Es un recipiente cilíndrico que gira alrededor de un eje vertical Funcionamiento Cuando se introduce dos líquidos inmiscibles por la acción de la fuerza centrífuga el líquido más pesado se moverá hacia los extremos de la cámara mientras que el líquido más liviano estará cerca del eje de rotación. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 334) Clasificación  Centrifuga de cámara tubular: la alimentación se realiza por la base y al separarse los dos líquidos

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tienen salidas independientes en la parte superior. Generalmente se lo usa para el refinado de aceites comestibles  Centrifuga de discos o platillos: posee unas superficies metálicas cónicas (discos o platillos) hacia donde se dirige el líquido menos denso pero por la parte superior mientras que el líquido denso circula por la parte inferior. Usado para desnatar la leche, en la obtención de plasma y suero sanguíneo, limpieza y eliminación de grasa de los caldos de cocción o la clarificación de grasas animales. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 335)

Autoclave Recipiente metálico de paredes gruesas que contiene un cierre hermético para poder trabajar a alta presión y poder esterilizar los productos con vapor de agua. Funcionamiento Existe una fase de purgado donde el vapor que entra desplaza al aire haciéndolo salir por la válvula de purgado. La fase termina cuando se obtiene la temperatura de esterilización. El aumento de temperatura debe ser lento para evitar cambios en los alimentos o daños en los envases. Una vez que el alimento se acerca a la temperatura de la autoclave, la presión interna del envase se equilibra con la presión del vapor que rodea los envases. En la fase de calentamiento los envases están comprimidos mientras que en el enfriamiento ocurre al contrario. Para poder reducir al mínimo la diferencia de presiones hay que regular la velocidad de calentamiento y enfriamiento y aplicar aire a presión para equilibrar la presión interna del envase en el enfriamiento. Las autoclaves poseen sistemas de agitación para que el calentamiento sea homogéneo. (Juan A. Ordóñez, 1998, pág. 147)  Esterilizadores discontinuos o autoclaves verticales u horizontales  Esterilizadores continuos Caldera

(control, s.f.)

Caldera es un equipo diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la que el líquido cambia su fase a vapor saturado Calderas pirotubulares Aquí los gases de la combustión circulan a través de tubos rodeados de agua. Los gases se enfrían cuando circulan los tubos ya que transfieren su calor al agua. Esta

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transferencia depende de la conductividad del tubo, diferencia de temperatura entre el agua y los gases, superficie, tiempo de contacto, etc. Pueden trabajar hasta 20 bares para producciones de 20 Tm/hr.

Caldera acuotubulares En este tipo el agua circulas a través de los tubos, que están calderines.

conectados a dos

El calderin superior de vapor, se produce la separación existente en el agua en circulación; el calderin inferior o también llamados como calderín de lodos al depositarse éstos en él. Los tubos que unen a los dos calderines se dividen de forma que una parte queda en el lado caliente de la caldera y otra en el lado frio, de manera que el agua de los tubos del lado caliente se evapora parcialmente y asciende al calderin superior debido a la densidad. El agua de la parte fría circula del calderin superior al inferior debido a su densidad, produciendo una circulación natural de la masa de agua. Este tipo de calderos opera hasta presiones de 100 bares y de 200 en centrales térmicas con unas producciones de 500 Tm/hr y 4000 Tm/hr respectivamente.

Conclusiones Se pudo conocer los diferentes equipos usado en la industria alimentaria a través de la visita al Laboratorio de Operaciones Unitarias Por medio de la investigación se conoció sobre el funcionamiento y diferentes tipos de los equipos utilizados en la industria como autoclaves, marmita, evaporadores, secadores, molinos, extrusores, etc.

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También se pudo aprender sobre las aplicaciones en los alimentos que cada equipo posee de acuerdo a sus características.

Bibliografía Cengel, B. (2009). Termodinámica. Mexico, D.F.: Mc Graw Hill. Centrales, C. (s.f.). Cocinas centrales.com . Obtenido de http://www.cocinascentrales.com/archivos/RP20090824_Sartenes_bas culantes_y_marmitas.pdf Chumbislla, O. (s.f.). Slideshare. Obtenido de http://www.slideshare.net/osquitar8_11/extrusion-definicion control, I. y. (s.f.). Instrumentacion y control. Obtenido de http://www.instrumentacionycontrol.net/cursoslibres/automatizacion/curso-control-de-calderas/item/133-cap-12tipos-de-calderas.html distancia, U. N. (s.f.). Universidad Nacional Abierta y a distancia . Obtenido de http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211617/IPA/leccion_81_evapo radores.html Juan A. Ordóñez, M. I. (1998). Tecnología de los Alimentos Volumen 1: componentes de los alimentos y procesos. España: Síntesis S.A. laval, A. (s.f.). alfalaval. Obtenido de http://www.rybsa.com.mx/pdf/ALFA %20LAVAL/M3%20ES.pdf NIMSA. (s.f.). Obtenido de http://maquinariamimsa.mx/Productos/ProcesoAlimentos/Marmitas/Ma rmitaVapor.pdf secado, S. y. (s.f.). Scribd. Obtenido de http://es.scribd.com/doc/18664714/Secado-y-Equipos-deSecado#scribd sólidos, C. d. (s.f.). criba.edu.ar. Obtenido de http://www.criba.edu.ar/cinetica/solidos/Capitulo9.pdf

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Esquemas

2

3 5

6 1

7

4

Intercambiador de calor de placas

1 Placa delantera 2 Guía portadora superior 3 Soporte trasero

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4 5 6 7

Guía inferior Placa trasera Tirantes y tuercas de apriete Placas intercambiadoras

5 2

1 3

4

Extrusor

1 2 3 4 5 6

Tolva de alimentación Motor Tornillo Dado Engranes Cámara de extrusor

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2

1

4 4

Autoclave 1 2 3 4

tapa Nanómetro Bandeja Recipiente

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Intercambiador de tubo y coraza

de calor

1 3

5 6 4

2

1 2 3 4 5 6 7

Cabezal de entrada Boquillas Mamparas Tubos Coraza Espejo Cabezal de salida

7

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1 2 3

7

4 5

6

8

Spray Dryer 1 2 3 4 5 6 7 8

Gas de secado Calefacción de gas de secado Spraying de solución Cámara de secado Parte entre la cámara de secado y ciclón Ciclón Retiro de gas Recipiente del producto

2

8 9

4

1

3 5

6

7

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Evaporador 1 2 3 4 5 6 7 8

Tanque de alimentación ciclón Condensador Tanque de concentrado Tanque de condensado Bomba de CIP Bomba de vacío Válvula de control del vapor de calefacción 9 Evaporador en película ascendente

Marmita

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Molino

coloidal

2

1

3

4

6

7

5

1 2 3 4 5 6 7 Centrifuga

Embudo Dispositivo de recirculación Unión doble Cuerpo Válvula mariposa Llave eléctrica manual Caja de conexiones