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• Nashlly Sotomayor Ovando

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III. DEFINICIÓN DE HUMIDIFICACIÓN Y DESHUMIDIFICACIÓN

A. HUMIDIFICACIÓN La humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas. Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión y en la interfase hay, simultáneamente, transferencia de calor y de materia. A grandes rasgos, el proceso que tiene lugar en la operación de humidificación es el siguiente:  Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco (o con bajo contenido en humedad), normalmente aire atmosférico.  Parte del agua se evapora, enfriándose así la interfase.  El seno del líquido cede entonces calor a la interfase, y por lo tanto se enfría.  A su vez, el agua evaporada en la interfase se transfiere al aire, por lo que se humidifica. B. DESHUMIDIFICACIÓN La deshumidificación es una operación que consiste en reducir la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa, mediante una condensación parcial del vapor, que se separa.

C. COMPONENTES DE UN HUMIDIFICADOR 

Boquillas automáticas de atomización con aire: Producen gotas muy finas a bajas presiones; las gotas se evaporan rápidamente para una humidificación eficiente.



Sistema llave-en-mano que provee un control eficiente de la humedad con bajos costos de instalación y operación.



Los componentes eléctricos se encuentran separados de la línea del líquido para extender la vida útil, reducir el mantenimiento e incrementar la seguridad.

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

El humidistato mide de manera precisa la humedad relativa del 5% al 90%.



Puede ser montado directamente en el área a humidificar o en un cuarto anexo.

D. APLICACIÓN DE LA HUMIDIFICACIÓN/DESHUMIDIFICACIÓN 1. Aplicación general La principal aplicación de la humidificación y de la deshumidificación es en el acondicionamiento de aire y en el secado de gases. Un aspecto de interés relacionado con esta operación básica es el enfriamiento de aguas después de un proceso industrial, con el fin de poder ser utilizada nuevamente; el equipo utilizado tiene forma de torre en la que el agua caliente se introduce por la parte superior y fluye sobre un relleno en contracorriente con aire que entra por la parte inferior de la torre de enfriamiento. 1.1. Aplicación en la industria de alimentos El conocimiento de los procesos de humidificación y deshumidificación, así como sus cálculos

implicados

en

ella,

serán

útiles

en

el diseño y análisis de

diferentes sistemas de almacenamiento y procesado de alimentos. Así mismo, resulta imprescindible conocer las propiedades de las mezclas aire – vapor de agua en el diseño de sistemas tales como equipos de aire acondicionado para conservar alimentos frescos, secaderos de granos de cereal y torres de enfriamiento en plantas de procesado de alimentos. La mayor parte de los alimentos que producimos, almacenamos y distribuimos contiene elevadas porciones de agua en sus tejidos, como puede comprobarse en la tabla Nº 01 en la cual se recogen algunos ejemplos: Tabla Nº 01. Contenido de agua de algunos alimentos. Frutas

(%)

Carnes

(%)

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Melocotón………………..

88

Albaricoque……………...

86 Vaca…………………… 73-76 (según zona)

Cereza……………………

82

Naranja…………………..

84

Pera………………………

83

Manzana…………………

Ternera………………..

74 (muslo)

Cordero…………….....

71,6 (paletilla)

Cerdo……………….....

60,2 (pierna)

Gallina………………..

74,0

83

Plátano…………………..

75

Fresa……………………

89-91

Hortalizas

Leches

Acelgas…………………... 89 Lechuga………………….

92

Repollo…………………...

86

Espárragos………………

94

Judías verdes……………

89

Tomate…………………..

94

Melón……………………

89

Leche de vaca……….... 86,6

Por otra parte los vegetales que consumimos en estado fresco, como las frutas y hortalizas, aun después de recolectadas, continúan realizando sus funciones vitales, entre ellas la respiración y la transpiración e intercambian agua, en forma de vapor, con la atmósfera que las rodea. El fenómeno transcurre con mayor o menor intensidad, en función de la actividad fisiológica del producto que está íntimamente relacionada con factores como temperatura del ambiente y su humedad. Esto conlleva perdidas de peso, tanto más rápidas y cuantiosas cuanto más baja es la humedad de la atmósfera en cuestión.

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Las pérdidas de peso a temperatura ambiente son muy elevadas; se manejan cifras del orden del 10 al 15 por 100 diarias. Para prevenirlas, es conveniente conservar los productos en cámaras a temperaturas bajas y humedad relativa alta y así reducir dichas pérdidas. La humedad del aire es un factor esencial para evitar las pérdidas de peso en frutas y hortalizas. Estas pérdidas se traducen en una menor turgencia, que les produce la apariencia

de

un

producto

viejo

y

"cansado"

y

en

definitiva

en

su devaluación comercial. En las hortalizas, perdidas de humedad entre el 5 y el 10 por 100 dan lugar a la aparición de fenómenos de marchites, que son detectables a simple vista y que provocan la depreciación del producto. Vemos pues como el contenido de humedad de los tejidos vegetales está íntimamente ligado a la amplitud de su periodo de conservación y a las condiciones en que esta se realiza. Las pérdidas de peso y modificaciones en la textura de los alimentos son parámetros de importancia capital, a considerar en la aplicación de técnicas pos-cosecha y en la fase de distribución comercial de los alimentos perecederos que no se pueden ignorar. Pero tampoco una humedad muy alta en la cámara de conservación representa la solución definitiva para los problemas de la pérdida de peso y envejecimiento de los productos,

pues

la

humedad

excesiva

produce

fisiopatías,

y

favorece

el desarrollo de enfermedades criptogámicas. El contenido de humedad, juega un papel diferente en otros productos, así los granos y semillas de cereales y leguminosas, y las pepitas de girasol, deben tener un bajo porcentaje de humedad si se pretenden conservar adecuadamente. Las normativas comunitarias establecen para los cereales contenidos máximos en el entorno del 13 al 15 por 100. Así pues, el conocimiento de las propiedades del aire húmedo, se medida y regulación se hacen imprescindibles como técnicas a manejar, tanto en el almacenamiento y conservación de las producciones de origen vegetal y animal. E. DEFINICIONES BÁSICAS Normalmente al hablar de humidificación se hace referencia al estudio de mezclas de aire y vapor de agua; en lo que sigue consideraremos aplicables a cualquier tipo de

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mezclas constituidas por un gas y un vapor las ecuaciones que indicaremos a continuación. Suponiendo

que

el comportamiento de

la

mezcla

cumple

con

las leyes de

los gases ideales, la presión total ejercida por la mezcla será igual a la suma de la presión parcial del gas y de la presión parcial del vapor; o sea: A continuación definiremos los conceptos involucrados en la operación de humidificación. 1. Humedad molar o saturación molar Es la relación entre los números de moles de vapor y de gas contenidos en una determinada masa gaseosa. 2. Humedad absoluta o saturación absoluta Es la relación entre el peso de vapor y el peso de gas contenido en una masa gaseosa Para el caso de la mezcla aire – agua, el contenido en humedad se define como la masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco. Las unidades en que se expresan el contenido de humedad son kg de agua/kg aire seco. Es así que tomando para el aire un peso molecular medio igual a 29. 3. Humedad relativa o saturación relativa La humedad relativa (f), es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad en una muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. La humedad relativa se expresa en porcentajes, tal como 50%, 75%, 30%, etc. Es el cociente entre la presión parcial del vapor y la tensión de vapor a la misma temperatura. 4. Humedad porcentual o saturación porcentual La humedad porcentual, es un término que algunas veces se confunde con la humedad relativa. La humedad porcentual, es 100 veces la relación del peso de vapor de agua con el peso del vapor de agua necesario para saturar un kilogramo de aire seco a la temperatura del bulbo seco. Es la relación entre la humedad existente en la masa gaseosa y la que existiría si estuviera saturada.

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5. Punto de rocío El punto de rocío se define como: la temperatura debajo de la cual el vapor de agua en el aire, comienza a condensarse. También es el punto de 100% de humedad. La humedad relativa de una muestra de aire, puede determinarse por su punto de rocío. Es la temperatura que alcanza la masa de gas húmedo en la saturación por enfriamiento a presión constante. Una vez alcanzada esta temperatura, si se continua enfriando la mezcla se irá condensando el vapor, persistiendo las condiciones de saturación. Tabla Nº 02. Temperatura de superficie a las que habrá condensación

6. Volumen especifico del gas húmedo Es el volumen ocupado por la mezcla que contiene 1 kg de gas. 7. Calor especifico del gas húmedo Es el calor que hay que suministrar a 1 kg de gas y al vapor que contiene para elevar 1º C su temperatura, manteniendo constante la presión. 8. Entalpía especifica Es la suma del calor sensible de 1 kg de gas, y el calor latente de vaporización del vapor que contiene a la temperatura a la que se refieran las entalpías. 9. Temperatura húmeda o temperatura del termómetro húmedo Es la temperatura estacionaria que alcanza una pequeña masa de líquido sumergida, en condiciones adiabáticas, en una corriente de aire, figura 1. La temperatura que marca el termómetro es la temperatura húmeda. La velocidad con que se alcanza este

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punto depende de la temperatura inicial y de la velocidad de flujo del gas sobre la superficie líquida. La temperatura y humedad del gas prácticamente no se altera.

Figura Nº 1. Fenómeno del termómetro de bulbo húmedo Es la temperatura límite de enfriamiento alcanzada por una pequeña masa de líquido en contacto con una masa mucho mayor de gas húmedo. 10. Temperatura de saturación adiabática En el sistema anterior ni la humedad ni la temperatura del gas cambian apreciablemente. Sin embargo, si el gas pasa sobre el líquido con una velocidad tal que el tiempo de contacto es suficiente para que se establezca el equilibrio, el gas se satura y alcanzan la misma temperatura, la cual se conoce como temperatura de saturación adiabática. En este sistema, por estar aislado, el calor sensible que pierde el gas es igual al calor latente del líquido evaporado. Las condiciones anteriormente descritas se alcanzan en una columna de humidificación, térmicamente aislada de altura infinita; a través del cual un gas de temperatura y humedad iniciales determinadas, fluye en contracorriente con el líquido. La diferencia de temperatura y humedad son máximas en el fondo y mínimas en la cima de la columna; la velocidad de transferencia de calor y de materia disminuye progresivamente desde el fondo hasta la cima de la torre. Se ilustra el proceso de saturación adiabática a través de dos esquemas diferentes pero con el mismo significado. El calor de vaporización del líquido procede del calor sensible del gas, la temperatura del gas desciende y la humedad crece de H a Hs. La ecuación muestra una relación lineal entre la humedad y la temperatura para todas las mezclas de gas y vapor que tengan la misma temperatura de saturación adiabática. Estas curvas para gases con una determinada temperatura de saturación adiabática se conocen como línea de enfriamiento adiabático.

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Figura Nº 2. Temperatura de saturación adiabática. A: cámara de pulverización; B: bomba de circulación; C: pulverizadores. (Abajo). Es la temperatura alcanzada por una masa de gas cuando se pone en contacto con un líquido en condiciones adiabáticas. Se denomina por medio de la expresión:

Para el caso aire – vapor de agua de la temperatura húmeda y el de la temperatura de saturación adiabática prácticamente coinciden, y nosotros tomaremos indistintamente una u otra.

F. MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN PULVERIZACIÓN

Pulverizar el agua es desmenuzarla en pequeñas partículas también llamadas aerosoles. Estas luego se esparcen en el aire que van a humidificar y se evaporan. La energía necesaria para la evaporación de los aerosoles proviene del aire ambiente, lo cual produce un enfriamiento denominado enfriamiento adiabático. Los tipos más

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conocidos de pulverizadores, también llamados humidificadores de aerosoles o atomizadores, son: 

Pulverizadores mecánicos



Pulverizadores de boquillas



Pulverizadores ultrasónicos

Fig. 3. Esquema de funcionamiento de la pulverización

EVAPORACIÓN Con la ayuda de un ventilador, el aire ambiente pasa a través de una superficie húmeda. De esta manera, el aire absorbe vapor de agua. La energía requerida para la evaporación se toma, de forma similar a los pulverizadores, del aire que fluye a través del humidificador. Esta operación produce una ligera bajada de la temperatura, la cual puede percibirse cerca del aparato.

Fig. 4. Esquema de funcionamiento de la evaporación

VAPORIZACIÓN

Para la vaporización, el agua contenida en un recipiente se caliente hasta el punto de ebullición y el vapor de agua así producido se incorpora al aire ambiente. La energía necesaria para la vaporización se obtiene generalmente de la red eléctrica y pasa al

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aire ambiente como energía calorífica. Los vaporizadores son meros humidificadores del aire en los que no se genera ninguna recirculación de aire. Producen una humidificación esterilizada e inodora, sin embargo tienen un considerable consumo de energía.

Humidificadores Adiabáticos Aquellos que para producir el vapor de agua necesario para la humidificación, utilizan calor contenido en el mismo aire a humidificar. Se caracterizan por un bajo consumo de energía y por provocar un ligero descenso de temperatura del ambiente que se humidifica. Los humidificadores adiabáticos más comúnmente usados son: 

Centrífugos



Atomizadores con aire comprimido



Atomizadores con agua presurizada



Ultrasónicos

Fig. 5. Esquema de vaporización con humidificador adiabático

Humidificadores de vapor

Es la humidificación obtenida con los vaporizadores. Debido a que el calor necesario para la vaporización se suministra en el propio humidificador, el aire aumenta su contenido de agua sin variación de su temperatura (con vapor sin presión a 100°C).

11. Diagrama psicrométrico o diagrama de humedad

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El diagrama psicrométrico permite la obtención mediante lectura directa de la mayoría de las propiedades de las mezclas aire-vapor de agua que son necesarias en los cálculos a realizar en la operación de humidificación, para una presión determinada. En la figura Nº 6, se muestra una carta psicrométrica básica. Está hecha con datos basados a la presión atmosférica normal de 101.325 kPa, y las unidades son las del Sistema Internacional, S.I. Las temperaturas están en grados centígrados; el volumen en m³/kg; la humedad relativa en porcentajes; el contenido de humedad en g/kg aire seco; la entalpía y la entropía están en kilo Joules (kJ) por kg de aire seco. Un kJ/kg = 0.239 kcal/kg = 0.430 btu/lb. En una carta psicrométrica se encuentran todas las propiedades del aire, de las cuales las de mayor importancia son las siguientes:  Temperatura de bulbo seco (bs).  Temperatura de bulbo húmedo (bh).  Temperatura de punto de rocío (pr)  Humedad relativa (hr).  Humedad absoluta (ha).  Entalpía (h).  Volumen específico. Conociendo dos de cualquiera de estas propiedades del aire, las otras pueden determinarse a partir de la carta.

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A continuación se muestra la carta psicrométrica para valores de temperaturas normales y una presión de 1 atm. Dejando en claro que existen cartas psicrométricas de mayor amplitud de lectura.

Figura Nº 6. Carta psicrométrica a temperaturas normales y presión barométrica de 101.325 kPa (al nivel del mar). Las unidades están en el sistema internacional (SI). 11.1. Temperatura de Bulbo Seco En primer término, tenemos la temperatura de bulbo seco. Como ya sabemos, es la temperatura medida con un termómetro ordinario. Esta escala es la horizontal (abscisa), en la parte baja de la carta. Las líneas que se extienden verticalmente, desde la parte baja hasta la parte alta de la carta, se llaman líneas de temperatura de bulbo seco constantes, o simplemente "líneas de bulbo seco". Son constantes porque cualquier punto a lo largo de una de

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estas líneas, corresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en la escala de la parte baja. 11.2. Temperatura de Bulbo Húmedo Es la segunda propiedad del aire de nuestra carta psicrométrica. Corresponde a la temperatura medida con un termómetro de bulbo húmedo. Como ya se explicó en la sección anterior, es la temperatura que resulta cuando se evapora el agua de la mecha, que cubre el bulbo de un termómetro ordinario. La escala de temperaturas de bulbo húmedo, es la que se encuentra del lado superior izquierdo, en la parte curva de la carta psicrométrica. Las líneas de temperatura de bulbo húmedo constantes o líneas de bulbo húmedo, corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, en un ángulo de aproximadamente 30º de la horizontal. También se les dice constantes, porque todos los puntos a lo largo de una de estas líneas, están a la misma temperatura de bulbo húmedo. 11.3. Temperatura de Punto de Rocío Es otra propiedad de aire incluida en una carta psicrométrica. Esta es la temperatura a la cual se condensará la humedad sobre una superficie. La escala para las temperaturas de punto de rocío es idéntica que la escala para las temperaturas de bulbo húmedo; es decir, es la misma escala para ambas propiedades. Sin embargo, las líneas de la temperatura de punto de rocío, corren horizontalmente de izquierda a derecha. Cualquier punto sobre una línea de punto de rocío constante, corresponde a la temperatura de punto de rocío sobre la escala, en la línea curva de la carta. 11.4. Humedad Relativa En una carta psicrométrica completa, las líneas de humedad relativa constante, son las líneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia la derecha. Se expresan siempre en porciento, y este valor se indica sobre cada línea. Como ya hicimos notar previamente, la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de punto de rocío, comparten la misma escala en la línea curva a la izquierda de la carta. Puesto que la única condición donde la temperatura de bulbo húmedo y el punto de rocío, son la misma, es en condiciones de saturación; esta línea curva exterior, representa una condición de saturación o del 100% de humedad relativa. Por lo tanto, la línea de 100% de hr, es la misma que la escala de temperaturas de bulbo húmedo y de punto de rocío.

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Las líneas de hora (hr) constante, disminuyen en valor al alejarse de la línea de saturación hacia abajo y hacia la derecha. 11.5. Humedad Absoluta La humedad absoluta, es el peso real de vapor de agua en el aire. También se le conoce como humedad específica. La escala de la humedad absoluta, es la escala vertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de la carta psicrométrica. Los valores de esta propiedad se expresan, como ya sabemos, en gramos de humedad por kilogramo de aire seco (g/kg), en el sistema internacional, y en granos por libra (gr/lb), en el sistema inglés. Las líneas de humedad absoluta, corren horizontalmente de derecha a izquierda, y son paralelas a las líneas de punto de rocío y coinciden con éstas. Así pues, podemos ver que la cantidad de humedad en el aire, depende del punto de rocío del aire. A continuación, veremos algunos ejemplos sencillos del uso de la carta psicrométrica, con las cinco propiedades físicas descritas hasta este punto. Luego, veremos las demás propiedades que faltan por estudiar. Como se mencionó anteriormente, conociendo dos de estas propiedades del aire, se pueden determinar las demás con el uso de la carta psicrométrica. 11.6. Entalpía Las líneas de entalpía constantes en una carta psicrométrica. Estas líneas, son meramente extensiones de las líneas de bulbo húmedo; puesto que el calor total del aire, depende de la temperatura de bulbo húmedo. La escala del lado izquierdo lejana a la línea curva, da el calor total del aire en kJ/kg (kilojoules por kilogramo) de aire seco, en el sistema internacional o en btu/lb de aire seco, en el sistema inglés. Esta escala aumenta de -6 kJ/kg a la temperatura de -10ºC de bulbo húmedo, hasta aproximadamente 115 kJ/kg a 33ºC de bulbo húmedo. 11.7. Volumen Específico Las líneas del volumen específico constante en una carta psicrométrica. Estas líneas están en un ángulo aproximado de 60º con la horizontal, y van aumentando de valor de izquierda a derecha. Por lo general, el espacio entre cada línea, representa un cambio de volumen específico de 0.05 m³/kg. Cualquier punto que caiga entre dos de estas líneas, naturalmente debe ser un valor estimado. Si se desea saber la densidad del aire a cualquier condición, como ya sabemos, se debe dividir uno entre

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el volumen específico, puesto que la densidad es la inversa del volumen específico y viceversa. Debido a que la mayoría de los cálculos en trabajos de aire acondicionado, se basan en el peso del aire en lugar del volumen de aire, se recomienda el uso del volumen específico (m³/kg de aire) en vez de la densidad (kg/m³ de aire). Su constitución consiste de la sobreimposición de las siete propiedades descritas, ocupando la misma posición relativa sobre la carta. En la descripción de cada una de las siete propiedades, se definió la línea constante como una línea que puede contener un número infinito de puntos, cada uno a la misma condición; esto es, si fuésemos a trazar una sola condición del aire, tal como la temperatura del bulbo seco sobre la carta psicrométrica, ésta podría caer en cualquier punto sobre la línea constante, correspondiente a esa temperatura de bulbo seco. Pero ahora, en la carta psicrométrica compuesta, tenemos un número de líneas que se cruzan una con otra; así que si trazamos un punto sobre una línea de bulbo seco constante, este punto también corresponderá a diferentes valores sobre las líneas constantes para la temperatura de bulbo húmedo, punto de rocío, humedad relativa, volumen específico, humedad específica y entalpía. Suponiendo que dos de cualquiera de estas líneas constantes se cruzaran en un punto común sobre la carta, podremos trazar ese punto exactamente, si conocemos dos de cualquiera de esas propiedades del aire. A partir de este punto, podemos entonces movernos a lo largo de las respectivas líneas constantes para las otras propiedades del aire, y podemos leer el valor en sus escalas respectivas, sin tener que recurrir al problema de calcularlos, con las tablas psicrométricas. Aunque este método no es tan preciso como el método de las tablas, es mucho más rápido, y el grado de precisión es suficientemente cercano para fines prácticos. G. Métodos de determinación de humedad 1. Métodos químicos Un volumen conocido de gas se hace pasar sobre un absorbente y se mide el aumento de peso de éste. Como absorbentes se puede utilizar pentóxido de fósforo (P2O5) disperso sobre piedra pómez; también se puede utilizar ácido sulfúrico concentrado. 2. Determinación de la temperatura húmeda Permite obtener la humedad de un gas en función de la temperatura, temperatura húmeda y diferentes propiedades de gas y del vapor.

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Mediante el diagrama psicométrico entrando con la temperatura del gas y la temperatura húmeda. 3. Determinación del punto de rocío Mediante el enfriado de una superficie altamente pulimentada en contacto con el gas y observando la temperatura más alta para la cual se produce condensación. 4. Higrómetro de cabello o fibra La longitud de un cabello o fibra se modifica por la humedad de la atmósfera próxima. El aparato necesita un calibrado frecuente debido a que el cero tiende a desplazarse. 5. Medida de la conductividad de una fibra Una fibra se impregna con un electrolito, cloruro de litio, su resistencia eléctrica está en función de su contenido de humedad, que a su vez depende de la humedad atmosférica en la que se encuentre. El sistema va acompañado de dos electrodos que mide la intensidad de corriente que circula, para un voltaje constante aplicado; con ello se obtienen lecturas directas de humedad relativa H. MÉTODOS PARA INCREMENTAR O DISMINUIR LA HUMEDAD DE UNA MASA DE AIRE 1. Incremento de la humedad, humidificación Adición de vapor directamente en la cantidad requerida; tiene lugar un ligero aumento de la temperatura del gas-vapor, presente el inconveniente que las posibles impurezas del vapor pasan al gas. Pulverización de agua en el gas para que por evaporación completa, aumente la humedad en la cantidad deseada. Mezcla de gases de distinta humedad. El gas se pone en contacto con el agua de tal forma que solo se evapore parte del líquido (el método más frecuente). Para conseguir una elevada velocidad de humidificación se procura que el área de contacto entre el aire y el agua sea lo más grande posible. Esto se consigue mediante una lluvia fina o una columna de relleno, se produce evaporación si la temperatura del agua es superior al punto de rocío del aire.

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2. Disminución de la humedad, deshumidificación Puesta en contacto de aire húmedo con una superficie fría (líquido o sólido) a una temperatura inferior al punto de rocío del gas. Compresión del aire y enfriamiento hasta su temperatura inicial y posterior retirada del agua condensada. Durante la compresión aumenta la presión parcial del vapor y alcanza más fácilmente las condiciones de saturación. 3. Enfriamiento de agua: torres de enfriamiento En los diferentes procesos de producción hay puntos en los que es necesario eliminar calor,

siendo

el

agua

el

fluido

utilizado

en

la

mayoría

de

los

casos.

El consumo progresivo de agua, el precio creciente y la escasez, en algunos casos, aconsejan emplear circuitos cerrados de refrigeración. La reutilización del agua obliga a que ésta sea enfriada, para lo cual se usan torres de enfriamiento, empleando como refrigerante el aire. La torre de enfriamiento es una instalación en la que se pone en contacto el agua a enfriar con el aire en contracorriente. El aire no saturado en contacto con el agua tiende a aumentar su humedad; el agua al evaporarse toma el calor latente de vaporización de ella misma y por consiguiente se enfría. Una torre de refrigeración es un intercambiador de calor de tipo evaporativo y contacto directo. Se produce paso de calor de un fluido a otro; el enfriamiento (un 90%) es debido al intercambio de masa entre los dos fluidos por evaporación de parte del agua. El agua entra por la parte superior de la torre. En su interior hay un relleno (tablillas de madera, plástico, fibra, cemento) que mejora el contacto y favorece el intercambio de masa y calor. Otros componentes importantes de una torre de enfriamiento son: Sistema de distribución del agua, para repartir uniformemente el agua caliente sobre el relleno. Se emplean tuberías con toberas de presión para pulverizar el agua. Separador de gotas, situado encima de la entrada de agua y antes de que la corriente de aire abandone la torre. Evitan el arrastre de gotas de agua fuera de la torre. Balsas para la recogida del agua fría. En las torres de tiro forzado, ventilador o extractor (torres grandes). Todo soportado sobre estructuras construidas de hormigón armado, ladrillos, poliéster.

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I. ATMÓSFERA CONTROLADA 1. Definición La atmósfera controlada es una técnica frigorífica de conservación en la que se interviene modificando la composición gaseosa de la atmósfera en una cámara en frigo conservación, en la que se realiza un control de regulación de las variables físicas del ambiente (temperatura, humedad y circulación del aire). Se entiende como atmósfera

controlada

(AC)

la

conservación

de

un

producto

hortofrutícola,

generalmente, en una atmósfera empobrecida en oxígeno (O2) y enriquecida en carbónico (CO2). En este caso, la composición del aire se ajusta de forma precisa a los requerimientos del producto envasado, manteniéndose constante durante todo el proceso.

Esta técnica asociada al frío, acentúa el efecto de la refrigeración sobre la actividad vital de los tejidos, evitando ciertos problemas fisiológicos y disminuir las pérdidas por podredumbres. La acción de la atmósfera sobre la respiración del fruto es mucho más importante que la acción de las bajas temperaturas. Esta atmósfera controlada realentiza las reacciones bioquímicas provocando una mayor lentitud en la respiración, retrasando la maduración, estando el fruto en condiciones latentes, con la posibilidad de una reactivación vegetativa una vez puesto el fruto en aire atmosférico normal. 1.1. Descripción Uno de los objetivos de un grupo de investigación de un organismo público de investigación español se centra en la investigación, desarrollo e innovación en tecnologías para prolongar la vida de conservación de frutas y hortalizas (enteras o mínimamente procesadas) sin detrimento de su calidad. La conservación en atmósfera controlada consiste en la conservación bajo refrigeración en una atmósfera de composición diferente de la del aire (78.08% N2, 21% O2 y 0.03% CO2), esencialmente empobrecida en O2 y enriquecida en CO2. Con el envasado en atmósfera controlada/modificada de los productos vegetales se prolonga la vida útil tras la recolección, ya que:  Disminuye la tasa respiratoria y la emisión de etileno,  Retrasa la maduración y el ablandamiento,

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 Mitiga los desordenes fisiológicos y los daños por el frío,  Frena el ataque fúngico  Mantiene mejor calidad organoléptica, nutritiva y comercial Dicho grupo de investigación ha optimizado la aplicación de las atmósferas controladas para alargar la conservación de frutas y hortalizas con los mejores atributos de calidad (color, textura, sabor, y aroma, contenido nutricional y microbiológico). Este equipamiento permite la determinación de las condiciones idóneas de conservación de productos enteros y mínimamente procesados seleccionando la temperatura, tiempo, humedad relativa y concentración gaseosa idóneas de conservación y comercialización, y representa una herramienta fundamental para la investigación y desarrollo de sistemas de envasado en atmósfera modificada para cualquier tipo de fruta y hortaliza. El equipo de atmósferas controladas consta de los elementos suficientes para poder hacer mezclas de hasta cuatro gases diferentes, en celdas individuales. El sistema de planta piloto permite el análisis, control y medición de la temperatura, humedad relativa y concentraciones gaseosas de anhídrido de carbono (CO2), oxigeno (O2), etileno (C2H4) y control de nitrógeno (N2) en el interior de 5 cabinas de metacrilato de medidas 75 x 75 x80cm de cierre hermético. La composición gaseosa es monitorizada y regulada a través de un sistema informático comandado por un autómata y servido por un ordenador con programa interactivo para visualización, programación y actuación sobre todos los parámetros mencionados y con sistema de seguridad por alarmas programables para cada uno de ellos. El equipo se compone esencialmente de los elementos propios de medida y control como son las sondas hidrostáticas para medición de humedad relativa o los termopares para la medición y control de temperatura, los analizadores para medición de gases y elementos propios de control, tales como electroválvulas, relés y actuadores. Las conducciones y el conexionado de los diferentes elementos se centralizan mediante sifón para cada una de las cabinas herméticas de metacrilato de tal forma que se garantiza si hermetisa. El alma del equipo es una unidad central desde donde el autómata programable es el encargado de dar las ordenas de control a todos los elementos antes mencionados y de asegurara el correcto funcionamiento del equipo. Consta también de un sistema de control informático que es el elemento de interfaz entre usuario y maquina y además el encargado de dirigir al equipo de control

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central las ordenes que el usuario ejerza desde el ordenador personal. Al mismo tiempo, dicho sistema de control informático es el encargado de registrar todos los datos pedidos por el usuario y de alertar sobre cualquier anomalía que pudiera presentarse. 1.2. ventajas: Prolongación del periodo óptimo de la conservación entre un 40 y 60 %, respecto de la conservación en atmósfera normal. Reducción de alteraciones y podredumbres típicas del frío, de la conservación frigorífica a 0º C, ya que permite elevar temperaturas. Reducción de las mermas por peso. Reducción de fisiopatías. Mayor resistencia del producto después de la conservación en cuanto al reinicio del metabolismo. Permite el empleo de temperaturas elevadas, necesitando menos frigorías respecto al frío Normal. Efecto fungicida debido a la elevada concentración de CO2. Se reduce el calor de respiración del fruto como consecuencia de la mínima intensidad respiratoria debido al bajo contenido en O2 y la elevada concentración de CO2. 1.3. Inconvenientes: Inversión inicial elevada. Mantener la adecuada composición de la atmósfera. Necesidad de un instrumental tecnológico elevado para su control. Limitaciones de apertura de la cámara. Aumento de la problemática de incompatibilidades entre variedades a consecuencia de las diferentes condiciones de conservación. Nuevas fisiopatías y desórdenes propios de la AC. 1.4. Envasado en atmósfera controlada (eac)

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La tecnología de EAC deriva de la tecnología de atmósfera controlada (AC) utilizada para ampliar la vida útil de las frutas y verduras almacenadas a granel. Estos almacenes herméticos están equipados con sistemas que controlan escrupulosamente la composición de la atmósfera gaseosa en el interior. Con el envasado en atmósfera controlada (EAC), el empleo de películas para envasar selectivamente permeables en asociación con una composición conocida del gas introducido en el envase proporciona una atmósfera interna con la composición deseada durante la vida útil del producto. En el envase cerrado descenderá el nivel de oxigeno y aumentara el nivel de CO2, debido a los efectos de la respiración natural del vegetal crudo. Si el envase fuese totalmente impermeable, se alteraría el producto con bastante rapidez como resultado de la glucólisis anaerobio con bajas presiones de oxigeno. El empleo de una película semipermeable idónea permite la entrada de oxigeno en una cuantía controlada para sustituir el oxigeno captado por el producto fresco. Cuanto menor sea la permeabilidad de la película, menor será el nivel final de oxigeno. La estabilidad se alcanzara a una determinada temperatura cuando la captación de oxigeno por el producto sea la misma que la reposición desde la atmósfera exterior. El valor de la presión estable del oxigeno depende de las variables tales como el producto, la película, la temperatura y la composición gaseosa de las atmósferas interna y externa. J. ATMOSFERAS MODIFICADAS 1. ¿QUE SE CONOCE COMO ENVASADO EN ATMOSFERA MODIFICADA? Es un método de empaquetado que implica la eliminación del aire del interior del envase y su sustitución por un gas o mezcla de gases; la mezcla de gases a emplear depende del tipo de producto. La atmósfera gaseosa cambia continuamente durante el periodo de almacenamiento, por la influencia de distintos factores, como respiración del producto envasado, cambios bioquímicos, y la lenta difusión de los gases a través del envase. 1.1. ANTECEDENTES HISTORICOS La búsqueda de productos “higiénicamente” frescos y de alta calidad, ha inducido uno de los crecimientos más importantes en el sector de la moderna distribución al por menor de productos refrigerados. Durante las últimas décadas se ha producido, en

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éste contexto, el rápido crecimiento del desarrollo del empaquetado de alimentos en atmósfera modificada. El empleo de atmósfera modificada para incrementar la vida útil, no es un concepto nuevo en la conservación de alimentos. La acción preservativa del dióxido de carbono sobre los alimentos, es conocida desde hace un siglo; sin embargo, la investigación básica no comprendió el empleo de las atmósferas modificadas para prolongar la vida útil de la fruta, carne y pescado, hasta las décadas de los años 20 y 30, en que Brown (1922) investigó el efecto de las distintas concentraciones de O2 y CO2 a distintas temperaturas sobre la germinación y crecimiento de los hongos productores de podredumbres en fruta. Cinco años más tarde, Kidol y West (1927) estudiaron el efecto de la modificación de la atmósfera sobre la vida en el almacenamiento de la fruta. K. METODOS DE MODIFICACION DE LA ATMOSFERA EN ALIMENTOS ENVASADOS Existen dos principales formas de envasado, envasado al vacío y envasado en gas. 1. El envasado al vacío Es la forma de envasado en atmósfera modificada desarrollada comercialmente en primer lugar, y todavía se emplea ampliamente. No está indicado para productos blandos o de panadería porque el proceso de aplicación del vacío provoca una deformación irreversible del producto. Además existe un inconveniente en el envasado de carne al vacío durante un largo de almacenamiento, que es la acumulación del exudado de la carne. 2. Envasado con gas Puede obtenerse por dos métodos fundamentales; reemplazando mecánicamente el aire con un gas o mezcla de gases, o generando la atmósfera dentro del envase de forma pasiva como en el caso de frutas y hortalizas, o activamente empleando modificaciones de atmósfera adecuados como los absorbedores de oxígeno. 3. Sustitución mecánica del aire Existen dos técnicas diferentes para la sustitución mecánica del aire en un envase: 3.1. Arrastre con gas.

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El proceso de sustitución de la atmósfera con una corriente de fas se realiza en una maquinaria del tipo formado- llenado- cerrado. Se inyecta una corriente continua de gas en el interior del envase para reemplazar el aire, que “diluye” el aire en el espacio de cabeza alrededor del producto alimenticio; cuando la mayor parte del aire ha sido desplazado, se cierra el envase. Los niveles habituales de oxígeno residual en los envases tratados mediante esta técnica son del 2-5%, esto implica que no es muy adecuado para el envasado de alimentos muy sensibles al oxígeno. La gran ventaja es la velocidad, pues se trata de una operación de tipo continuo. 3.2. Vacío compensado El proceso de vacío compensado, realiza en primer lugar el vacío para eliminar el aire del interior de un envase preformado o termo formado, que contiene el alimento, y a continuación se introduce el gas o mezcla de gases deseados por medio de lanzas o compuertas. Las máquinas diseñadas para realizar esta operación disponen de diferentes cámaras. Como es un proceso de dos etapas, la velocidad de trabajo del equipo es más lenta que la técnica anterior, sin embargo, como el aire se elimina mediante vacío, la eficacia del proceso respecto a niveles de aire residual, es muy superior. 4. Generación de la atmósfera modificada 4.1. Modificación pasiva de la atmósfera Las frutas y hortalizas continúan respirando después de la recolección, consumen oxígeno y producen dióxido de carbono y vapor de agua. Si las características de respiración de la fruta pueden equilibrarse exactamente a la permeabilidad del film empleado para el envase; en su interior, se podrá crear de forma pasiva, una atmósfera modificada favorable. Las atmósferas modificadas de equilibrio, conteniendo 2-5% de O2 y 3-8% de CO2, han mostrado actuar retrasando la maduración y el reblandamiento, así como reduciendo la degradación de la clorofila, las podredumbres microbiológicas y los pardeamientos enzimáticos. 4.2. Empaquetado activo Se considera como la incorporación de ciertos aditivos en el film de empaquetado o en el envase para modificar la atmósfera de espacio de cabeza e incrementar la vida útil del producto. Bajo ésta definición se pueden agrupar: 4.3. Absorbedores de O2

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Que se presentan frecuentemente en forma de pequeñas bolsas conteniendo reductores metálicos, como el hierro en polvo que utiliza el oxígeno residual para formar óxido de hierro no tóxico, que reduce los niveles de O2 por debajo del 0.1%. Para evitar problemas con los metales, también se emplean ácido ascórbico o ascorbatos. 4.4. Absorbedores/ emisores de CO2 Existen diversos sistemas comerciales que pueden utilizarse tanto para eliminar como para generar dióxido de carbono. 4.5. Generadores de vapor de etanol El etanol es bien conocido por sus propiedades antimicrobianas y puede ser pulverizado, antes del envasado, directamente sobre los productos. Sin embargo en la actualidad, existen sistemas más sofisticados para liberar etanol, después de realizar es envasado, desde el propio film o de bolsas. 4.6. Absorbedores de etileno El etileno es una hormona estimulante de la maduración. Si se acumula, se incrementa rápidamente la actividad respiratoria y se reduce la vida útil. Existen distintos absorbedores, como por ejemplo la utilización de gel de sílice con permanganato, el dióxido de silicona. 5. gases utilizados en el envasado 5.1. O2 Probablemente el oxígeno es el gas más importante en éste contexto, siendo utilizado tanto por los microorganismos aerobios que provocan la descomposición, como por los tejidos vegetales, y participa en algunas reacciones enzimáticas en los alimentos. Por estas razones, en el envasado en atmósfera modificada, se elimina o se reduce hasta niveles tan bajos como sea posible. Las excepciones; se presentan cuando el oxígeno es necesario para le respiración de frutas y hortalizas, la retención de color, como la carne roja, o para evitar las condiciones anaerobias en el caso del pescado blanco. 5.2. CO2 Ejerce un fuerte efecto inhibidor sobre el crecimiento bacteriano. Particularmente efectivo contra bacterias aerobias de la descomposición, gram negativas, tales como Pseudomonas sp. que provocan pérdida de color y malos olores en carnes, aves y

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pescados. Pero por ejemplo, no retrasan el crecimiento de las bacterias ácido-lácticas, que se incrementan en presencia de dióxido de carbono. Tampoco tiene efecto sobre las levaduras. La absorción de CO2 depende en gran medida de los contenidos de humedad y grasa de los productos. Las concentraciones elevadas de CO2 pueden provocar la decoloración y desarrollo de sabores ácidos punzantes, en carnes rojas y aves. Algunos productos lácteos, como cremas, son muy sensibles a la concentración de CO2 y favorece el manchado. El dióxido de carbono difunde a través del film de envasado por encima de 30 veces más rápido que cualquiera de los otros gases empleados en el envasado de productos alimenticios. 5.3. N2 Gas inerte, con baja solubilidad en el agua y en grasas, que se utiliza fundamentalmente en atmósfera modificada para desplazar el O2, así como para prevenir el enranciamiento en los frutos secos. 5.4. CO2 Se ha comprobado que el monóxido de carbono, es muy efectivo para conservar el color rojo en las carnes frescas, debido a la formación de carboximioglobina. Aunque no se emplea por ser un gas altamente tóxico. 6. Mezcla de gases Existen 3 tipos de mezclas de gases que son utilizados para el envasado en atmósfera modificada: Cobertura inerte (N2) Atmósfera semi-activa (CO2/ N2, O2/ CO2/ N2) Atmósfera completa/ activa (CO2, CO2/ O2) La combinación de gases a utilizar depende de muchos factores, como tipo de producto, material de envase y la temperatura de almacenamiento. 6.1. Suministro de gases

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Los gases necesarios para el envasado en atmósfera modificada son suministrados por diferentes compañías. Pueden suministrarse como un producto simple, para mezclar “in situ” o como producto premezclado con las especificaciones del usuario. La elección del método de suministro de los gases y el método de almacenamiento depende de distintos factores: Escala de la operación Gama de productos envasados Tipo de máquina Aspectos económicos de la manipulación y distribución. Disponibilidad de los gases, ya en utilización, para enfriamiento o congelación. Los microorganismos requieren ciertas condiciones definidas para el crecimiento y reproducción. En un producto alimenticio estas condiciones están determinadas por las propiedades intrínsecas y por factores extrínsecos, dentro de los cuales se encuentran la composición gaseosa y la temperatura del entorno. Estos dos factores pueden controlarse con el envasado en atmósfera modificada para retrasar el deterioro e incrementar la vida útil. Los programas para garantizar la calidad, como el análisis de riesgos y control de puntos críticos, son necesarios para identificar los riesgos microbiológicos en cada etapa de los procesos de producción y empaquetado, para evitar el efecto que pueda provocar. 7. Efectos de microorganismos productores de alteraciones La alteración microbiológica de los alimentos está producida por el crecimiento de microorganismos que hacen que el alimento no sea comercializable o no sea comestible. Este efecto se caracteriza por cambios sensoriales indeseables, en color, textura, sabor y olor. Las concentraciones de dióxido de carbono por encima del 5%, inhiben el crecimiento de la mayor parte de las bacterias que provocan alteraciones, especialmente las especies psicrófilas, que crecen en una amplia gama de alimentos refrigerados. También se inhiben organismos aerobios que deterioran habitualmente la carne fresca, las pseudomonas y las especies de Acinetobacter/ Moraxella. Otras especies como Micrococcus y Bacillus también son sensibles al CO2

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La mayor parte de las especies de mohos que deterioran los alimentos presentan una completa dependencia al oxígeno y se muestran sensibles a los niveles elevados de CO2. Muchas levaduras son capaces de crecer con una completa ausencia de oxígeno y la mayoría son relativamente resistentes al CO2. El conocimiento de los efectos de la atmósfera modificada sobre los microorganismos patógenos alimentarios es incompleta, en particular para los patógenos de reciente proliferación como Listeria monocytogenes y Yersinia enterolitica. La temperatura es uno de los factores más importantes para ampliar la vida útil de cualquier alimento perecedero. Los excesos en las temperaturas empleada durante el almacenamiento de los alimentos refrigerados, conduce a incrementar la intensidad de crecimiento de las bacterias patógenas y de la descomposición. 8. Ventajas e inconvenientes. Las ventajas del envasado en atmósfera modificada son: El incremento de la vida útil permite reponer las estanterías de venta con menor frecuencia. Reducción de desechos a nivel de detallistas. Mejor presentación, clara visión del producto y visibilidad en todo el entorno. Permite el apilado higiénico de los envases, cerrado y libre de goteo y olor del producto. Fácil separación de los productos en lonchas. Poca o ninguna necesidad de conservantes químicos. Incremento de la zona de distribución y reducción de los costes de transporte, debido a la menor frecuencia de reparto. Empaquetado y control de las porciones centralizados. Reducción en los costes de producción y almacenamiento y equipos. Los inconvenientes del envasado en atmósfera modificada son: Inversión en maquinaria de envasado con gas. Coste de los gases y materiales de envasado. Inversiones en equipos analíticos para garantizar el empleo de las mezclas de gas adecuadas.

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Gastos en los sistemas para asegurar la calidad, para evitar la distribución de envasa con perforaciones, etc. Posibilidad de crecimiento de patógenos sobre los alimentos, debido a los excesos en la temperatura cometidos por los distribuidores y consumidores. Los beneficios del envasado en atmósfera modificada se pierden cuando se abre o se perfora el envase 9. Aspectos innovadores El uso de atmósferas modificadas para el envasado de frutas y hortalizas permite prolongar la vida útil del producto sin deterioramiento de sus propiedades organolépticas y nutricionales. La planta piloto de atmósferas modificadas es una herramienta fundamental para la investigación, el desarrollo y la innovación de este tipo de tecnologías el uso de la planta piloto permite el diseño y prueba de las mejores condiciones de conservación para cada tipo de producto. L. EQUIPO PARA HUMIDIFICACIÓN: TORRES DE ENFRIAMIENTO En los diferentes procesos de producción hay puntos en los que es necesario eliminar calor, siendo el agua el fluido utilizado en la mayoría de los casos. El consumo progresivo de agua, el precio creciente y la escasez, en algunos casos, aconsejan emplear circuitos cerrados de refrigeración. La reutilización del agua obliga a que ésta sea enfriada, para lo cual se usan torres de enfriamiento, empleando como refrigerante el aire. La torre de enfriamiento es una instalación en la que se pone en contacto el agua a enfriar con el aire en contracorriente. El aire no saturado en contacto con el agua tiende a aumentar su humedad; el agua al evaporarse toma el calor latente de vaporización de ella misma y por consiguiente se enfría. Una torre de refrigeración es un intercambiador de calor de tipo evaporativo y contacto directo. Se produce paso de calor de un fluido a otro; el enfriamiento (un 90%) es debido al intercambio de masa entre los dos fluidos por evaporación de parte del agua. El agua entra por la parte superior de la torre. En su interior hay un relleno (tablillas de madera, plástico, fibra, cemento) que mejora el contacto y favorece el intercambio de masa y calor. Otros componentes importantes de una torre de enfriamiento son:

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Sistema de distribución del agua, para repartir uniformemente el agua caliente sobre el relleno. Se emplean tuberías con aberturas de presión para pulverizar el agua. Separador de gotas, situado encima de la entrada de agua y antes de que la corriente de aire abandone la torre. Evitan el arrastre de gotas de agua fuera de la torre. Balsas para la recogida del agua fría. En las torres de tiro forzado, ventilador o extractor (torres grandes). Todo soportado sobre estructuras construidas de hormigón armado, ladrillos, poliéster. 1. Tipos de torres de enfriamiento Podemos clasificarlas en tres tipos, según el modo de introducir el aire a la torre: Torres De Enfriamiento De Tiro Natural, De Tiro Forzado, De Tiro Inducido Pero también se pueden clasificar como: Torres De Circulación Natural y Torres De Tiro Mecánico 1.1. Torres De Circulación Natural Estas a su vez se dividen en: Torre De Tiro Natural y Torres Atmosféricas 1.1.1. Torre De Enfriamiento De Tiro Natural En estas torres el aire circula por el efecto chimenea producido por la presencia en la torre de aire y vapor con una temperatura más alta y que por tanto es menos densa que el aire atmosférico y es capaz de ascender. Alcanzan alturas entre 100 y 140 m. El 10 o 12 % de la altura lo ocupa el relleno, la parte superior está vacía y sirve para aumentar el tiro. La finalidad de una torre de enfriamiento es conservar el agua de refrigeración reutilizando numerosas veces el agua enfriada. El agua caliente, que procede, generalmente, de un condensador u otra unidad de transmisión de calor, se introduce por la parte superior de la torre y se distribuye mediante bateas y vertederos de rebose, cayendo en forma de cascada sobre un enrejado de tablillas que proporciona grandes áreas de contacto entre el aire y el agua. El flujo ascendente de aire a través de la torre es inducido por el viento y por la flotación del aire caliente en la torre. En principio, una torre de enfriamiento es un tipo especial de torre de relleno. El material

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de relleno habitual es madera de ciprés, que es el más económico, y que resiste la acción combinada del viento y el agua. En la torre, una parte del agua se evapora en el aire y se transfiere calor sensible desde el agua caliente hacia el aire más frío. Ambos procesos disminuyen la temperatura del agua. Para mantener el balance de agua solamente se requiere reponer las pérdidas por evaporación y de arrastre por el viento. La fuerza impulsora para la evaporación se debe, en su gran mayoría, a la diferencia entre la presión de vapor del agua y su presión de vapor si estuviese a la temperatura húmeda del aire. Es evidente que el agua no puede enfriarse por debajo de la temperatura húmeda del aire. En la práctica, la temperatura del agua a la salida ha de ser superior a la temperatura húmeda por lo menos en 4 o 5 0F. Esta diferencia de temperatura se denomina acercamiento. La diferencia de temperatura del agua desde la entrada hasta la salida recibe el nombre de intervalo. Así, si el agua se enfriase desde 95 hasta 80 oF mediante exposición al aire con una temperatura húmeda de 70 oF, el intervalo sería de 15 oF y el acercamiento de 10 oF. Si el agua procedente de una torre de enfriamiento ha de utilizarse en procesos de refrigeración, el diseño del equipo de refrigeración ha de basarse en la máxima temperatura esperada para agua fría. Esta depende a su vez, no de la máxima temperatura seca del aire, sino de la máxima temperatura húmeda para el punto en cuestión de que se trate Además se producen pérdidas por arrastre mecánico, aunque en una torre bien diseñada este efecto solamente supone un 0,2%. Por tanto, para las condiciones indicadas, la pérdida total de agua a su paso por el sistema de enfriamiento será aproximadamente 15/10 X 1 + 0,2 = 1,7%.

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Fig. 7. Torre De Enfriamiento De Tiro Natural 1.1.2. Torres Atmosféricas Aprovecha las corrientes atmosféricas de aire. En la Fig. 12, se indica una torre atmosférica en la que el aire penetra a través de los rompe-vientos en una sola dirección, cambiando con la estación del año y las condiciones atmosféricas. Utilizan la corriente de aire de la atmosfera. El agua se mueve de forma horizontal y el agua cae verticalmente. Son torres de gran altura y pequeña sección transversal Deben instalar se en lugares muy despejados Tienen un costo inicial muy alto. Pero el costo de mantenimiento es reducido. Se requieren vientos de velocidad mayor de 8 km/h.

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No es posible lograr un acercamiento pequeño.

Fig. 8. Esquema de Torre Atmosférica

1.2. Torres De Tiro Mecánico 1.2.1. Torres Tiro Forzado En las que el aire circula por la acción de un ventilador o un extractor. Tiro forzado: el aire se fuerza por medio de un ventilador ubicado en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior. En las torres de tiro forzado, el aire entra a través de una abertura circular mediante un ventilador y debido a esto se debe suministrar una altura de torre adicional ya que este ventilador tiene cierta inefectividad por debajo del mismo. Además el aire debe girar 90º a gran velocidad. El aire se descarga a baja velocidad por la parte superior de la torre. Por lo general son torres de flujo a contracorriente Son más eficientes que las torres de tiro inducido, puesto que la presión dinámica es convertida a estática y realiza un trabajo útil.

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El equipo mecánico tendrá una duración mayor que en el caso de tiro inducido. Puede que exista recirculación del aire de salida hacia la zona de baja presión, creada por el ventilador en la entrada de aire.

Fig. 9. Esquema de torre de tiro forzado 1.3. Torres De Tiro Inducido Tiro inducido: el aire se suministra de la forma que se muestra en la Fig. 14.

Si

el

aire se hace circular a través de la torre mediante un ventilador que succiona desde la parte superior de la torre. Las torres de plástico constituyen un tipo particular de torres de tiro inducido. En las torres de tiro inducido, en este sentido, el aire puede entrar a lo largo de una o más paredes de la torre y como resultado, la altura requerida para la zona de ingreso de aire puede ser bastante más pequeña. Pueden ser de flujo a contra corriente y cruzado. La ventaja de las de flujo contracorriente es que el agua más fría se pone en contacto con el aire mas seco. El aire puede entrar a través de una o más paredes de la torre, con la cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire.

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La elevada velocidad con la que el aire entra hace que exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extraños dentro de la torre. La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en una gran pérdida de presión estática y en un aumento de la potencia de ventilación

Fig. 10. Esquema de torres de tiro inducido 2. Descripción del funcionamiento de la torre de enfriamiento a contra flujo de tiro inducido Enfriador evaporativo semi encerrado. El aire entra en la torre por la parte inferior y sale por la superior. El agua caliente (proceso) se bombea hacia la parte superior y se rocía sobre la corriente de aire. Una pequeña masa de agua se evapora y se enfría el agua restante. La temperatura y contenido de humedad del aire aumentan durante el proceso. El agua enfriada se acumula en el fondo de la torre y se envía a proceso. El agua de reemplazo debe añadirse para sustituir el agua perdida por evaporación y por el arrastre de agua.

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Fig. 11. Torre de tiro inducido: flujo en contra corriente K. TIPOS DE RELLENO 1. Rellenos De Goteo O Salpicadura El agua cae sobre una serie de pisos súper puestos de listones o rejillas. El agua se va fraccionando en gotas cada vez más pequeñas. Producen menor pérdida de carga que los rellenos de película No se obstruyen debido a la suciedad y a las incrustaciones Son los más adecuados para saltos térmicos de más de 15°C. La superficie de intercambio por unidad de volumen en estos rellenos es menor que en los rellenos de película. El arrastre de agua es importante, por lo que debe reducirse considerablemente utilizando separadores de gotas de alto rendimiento. Las rejillas deben colocarse niveladas para que la distribución de agua sobre el relleno sea correcta y uniforme. 2. Rellenos Laminares O De Película Distribuye el agua en una fina película que fluye por su superficie. La tensión superficial del líquido impide que la corriente de aire desprenda la película de agua de relleno. Tienen mayor compacidad (más superficie por área de volumen) Las pérdidas por arrastre son muy inferiores a las producidas en rellenos de goteo.

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La velocidad que puede darse al aire es, en consecuencia, muy elevada, disminuyendo la altura de relleno y la de bombeo. Torres más compactas y costos de operación inferiores Acumula suciedad y residuos entre las láminas o paquetes que lo constituyen. Es muy sensible a las variaciones de caudal de agua y de aire, y a la distribución de la película de agua, por lo que la torre deberá diseñarse garantizando una correcta distribución del agua y del aire para todo relleno.

Fig. 12. Tipos de relleno M. MÉTODOS DE DESHUMIDIFICACIÓN La deshumidificación es un proceso un poco más sencillo y con menos aplicación que la humidificación, la diferencia entre ambas es que la deshumidificación se trata de la extracción de humedad del ambiente que se desea trabajar, la mayor utilización de esta operación se da en la instalación tanto de aires acondicionados residenciales, industriales o métodos de refrigeración a productos que son perecederos con exceso de humedad, extracción de humedad a alimentos con distintos productos y técnicas y una variedad que se puede describir fácilmente. 1. Deshumidificación por enfriamiento El aire puede deshumidificarse con sistemas de aire acondicionado convencionales de compresión de vapor. Estos enfrían al aire a una presión constante hasta una temperatura abajo de la temperatura del punto de rocío, ocurre que se condensa parte del vapor de agua presente en el aire. Este tipo de deshumidificación es el más utilizado en los equipos de aire acondicionado comercial y residencial. Para realizar este proceso el evaporador, del sistema de compresión de vapor, debe operar a una

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temperatura más baja que la que es requerida para extraer la carga de calor sensible de enfriamiento del espacio acondicionado, esto hace que el sistema tenga bajos coeficientes de operación (COP). Además, algunas veces es necesario recalentar el aire para evitar un excesivo enfriamiento sensible del espacio acondicionado.

Fig. 13. Sistema de acondicionamiento de aire. 2. Deshumidificación por incremento de la presión En este proceso la deshumidificación ocurre cuando se comprime el aire atmosférico hasta lograr la condensación del vapor de agua contenido en él. 3. Deshumidificación por desecantes En el caso de la deshumidificación con desecantes no es un proceso de enfriamiento propiamente dicho, se considera que es opuesto a un enfriamiento evaporativo. Antes de describir el proceso es conveniente definir ciertos conceptos que permitan entender, sin confusiones, el proceso de deshumidificación por desecantes. 4. Desecantes y sus propiedades Un desecante es una sustancia química que tiene una gran afinidad por la humedad, es decir, es capaz de extraer o liberar vapor de agua del aire, en cantidades relativamente grandes con relación a su peso y volumen. El proceso físico que permite la retención o liberación de la humedad es la diferencia en la presión de vapor entre la superficie del desecante y el aire ambiente. Los desecantes pueden ser clasificados como adsorbentes, las cuales absorben la humedad sin experimentar cambios químicos o físicos, o absorbentes las cuales absorben la humedad acompañado por cambios físicos o químicos.

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Los desecantes pueden ser sólidos o líquidos. Muchos absorbentes son líquidos y muchos adsorbentes son sólidos. Varios tipos de desecantes sólidos son ampliamente usados en sistemas de enfriamiento por desecantes; por ejemplo la silica gel, cloruro de litio y malla molecular. La silica gel son desecantes sólidos y adsorbentes y contienen numerosos poros y capilares en la cual el agua es condensada y contenida. La silica gel tiene una alta capacidad de absorber la humedad y puede regenerarse si se somete a una alta temperatura. Es de bajo costo y disponible en tamaños desde 3/16 pulgadas. Los absorbentes son desecantes que cuando retienen o liberan humedad experimentan cambios químicos. Los adsorbentes son desecantes que cuando retienen o liberan humedad lo hacen sin estar acompañados de cambios químicos, el único cambio es la adición de la masa de vapor de agua al desecante. 4.1. Proceso de deshumidificacion con desecantes La deshumidificación del aire con desecantes ocurre cuando la presión de vapor de la superficie del desecante es inferior a la del aire ambiente. Cuando la presión del vapor de agua en la superficie del desecante es más baja que en el aire entonces el desecante absorbe vapor de agua del aire. Cuando el vapor de agua es absorbido la presión de vapor en el desecante se incrementa hasta experimentar el equilibrio. Este se logra cuando la presión de vapor en el desecante como en el aire son iguales. Para poder rehusar el desecante es necesario regenerarlo, es decir, quitarle la humedad. Se logra la regeneración del desecante calentándolo para que incremente su presión de vapor, seguida por el contacto con una corriente de aire que tiene una presión de vapor de agua más baja. N. EQUIPO PARA DESHUMIDIFICACIÓN. Los deshumidificadores son aparatos especialmente concebidos para dar una solución inmediata, rápida y eficaz a todos los problemas originados por el exceso de humedad, sin necesidad de instalación en el caso de los pequeños equipos domésticos, y mínimos gastos de instalación y mantenimiento en los equipos industriales y de mayor capacidad. Estos aparatos funcionan según el principio de la condensación. El aire húmedo es aspirado por el ventilador y se hace pasar a través de la batería del evaporador, donde se enfría por debajo de su temperatura de rocío. De esta forma, la humedad contenida en el aire se condensa en forma de agua y es recogida en la bandeja de condensación

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de donde es evacuada a una tubería de desagüe, el aire frío y seco pasa a través de la batería condensadora donde es recalentado y enviado nuevamente. Y es que mantener un equilibrio entre la temperatura y la humedad existente en el ambiente es fundamental. Sólo con estos aparatos se puede preservar la salud, reducir los índices de contaminantes en la atmósfera, evitar la deshidratación, deterioro, enmohecimiento, mermas de peso y calidad en productos comestibles, entre otras muchas más aplicaciones. Por ello, para adaptarse a cada necesidad existen diversos métodos de deshumidificación, diferenciados por el sistema que utiliza para conseguir su propósito y que es recomendable y aplicable según las condiciones y necesidades que demande la aplicación. Los dos principales son:  Frigoríficos o de condensación Usan un circuito convencional hermético de refrigeración. Es muy eficaz para extraer la humedad del aire, siempre que el aire de entrada tenga un punto de rocío superior de 12ºC. Cuanto mayor sea, mejor.  Desecante o de adsorción Estos deshumidificadores están especialmente indicados para conseguir y mantener niveles muy bajos de humedad a bajas temperatura (hasta -40ºC), o cuando se requiere mantener porcentajes muy bajos de humedad con independencia de la temperatura. Este método se utiliza en la mayoría de las industrias de la alimentación, químicas, plásticos, navales y farmacias, pistas de hielo, plantas depuradoras de agua y almacenes del ejército.

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DIAGRAMA DE FLUJO DE DESTILACION DE ALCOHOLES

En el proceso de extracción del jugo se emplea maquinaria que utiliza sistema de enfriamiento, y para ello se emplea agua de pozo, debido a que el caudal de agua es demasiado grande es necesario la recirculación del mencionado liquido, por lo tanto se utiliza una torre de enfriamiento de flujo contracorriente forzado por medio de un ventilador que hace ascender el aire mientras el agua desciende por unas rejillas con un flujo de aproximadamente 300 GPM con una diferencia de temperatura entre la entrada y salida de 10 0C. La pequeña perdida de agua por evaporación se recupera por adición de agua al sistema. En la etapa de evaporación y cristalización se hace uso de condensadores de vapor con el fin de recuperar parte del agua evaporada de las soluciones azucaradas para ello se emplea agua de rio para condensar los vapores, debido a la temperatura que alcanza el liquido es necesario emplear un sistema de enfriamiento para el agua y para ello se emplea una torre o pila de enfriamiento en el cual el agua es atomizada al aire libre humedeciendo el aire y enfriando así el agua para poder recircularla por el sistema. Parte de agua perdida es proporcionada por la adición de agua nueva al sistema.

En el proceso de destilación se utiliza agua para enfriamiento de diversos equipos como lo son intercambiadores de calor, bombas, etc, dicho flujo alcanza un promedio de 650 GPM con una diferencia de temperaturas de 8 0C, ya que el flujo de entrada es de 34 0C y la salida de 26 0C, es por ello que se utilizan torres de enfriamiento de flujo contracorriente para enfriar el agua y así poder recircularla, las pérdidas de agua por evaporación son recuperadas por reposición de flujo nuevo.

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