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TTEEMMAA:: UNIDAD 1: Instalaciones de Calor

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UNIDAD 1: INSTALACIONES DE CALOR

1.1.- Calentamiento de los cuerpos

1.2.- Evaporación

1.3.- Hervor

1.4.- Cocción

1.5.- Secado

1.6.- Tostación

INTRODUCCIÓN La transferencia de calor y de masa es una ciencia básica que trata de la rapidez de transferencia de energía térmica. Tiene una amplia área de aplicación que va desde los sistemas biológicos hasta aparatos domésticos comunes, pasando por los edificios residenciales y comerciales, los procesos industriales, los aparatos electrónicos y el procesamiento de alimentos. La termodinámica trata de la cantidad de transferencia de calor a medida que un sistema pasa por un proceso de un estado de equilibrio a otro y no hace referencia a cuánto durará ese proceso. Pero en la ingeniería a menudo estamos interesados en la rapidez o razón de esa transferencia, la cual constituye el tema de la ciencia de la transferencia de calor. Se inicia este tema con un repaso de los conceptos fundamentales de la termodinámica, mismos que forman el armazón para entender la transferencia de calor. En primer lugar, se presenta la relación entre el calor y otras formas de energía y se repasa el balance de energía. A continuación, se presentan los tres mecanismos básicos de la transferencia de calor: la conducción, la convección y la radiación, y se discute la conductividad térmica. La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia hacia las adyacentes, menos energéticas, como resultado de la interacción entre ellas. La convección es el modo de transferencia de calor entre una superficie sólida y el líquido o gas adyacente que están en movimiento, y comprende los efectos combinados de la conducción y del movimiento del fluido. La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas (o fotones), como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. Se cierra este capítulo con una discusión acerca de la transferencia simultánea de calor.

Áreas de aplicación de la transferencia de calor Es común encontrar la transferencia de calor en los sistemas de ingeniería y otros aspectos de la vida y no es necesario ir muy lejos para ver algunas de sus áreas de aplicación. De hecho, no es necesario ir a alguna parte. El cuerpo humano está emitiendo calor en forma constante hacia sus alrededores y la comodidad humana está íntimamente ligada con la razón de este rechazo de calor. Tratamos de controlar esta razón de transferencia de calor al ajustar nuestra ropa a las condiciones ambientales.

Muchos aparatos domésticos comunes están diseñados, en su conjunto o en parte, mediante la aplicación de los principios de la transferencia de calor. Algunos ejemplos caen en el dominio de las aplicaciones eléctricas o del uso del gas: el sistema de calefacción y acondicionamiento de aire, el refrigerador y congelador, el calentador de agua, la plancha e, incluso, la computadora, la TV y el reproductor de DVD. Por supuesto, los hogares eficientes respecto al uso de la energía se diseñan de manera que puedan minimizar la pérdida de calor, en invierno, y la ganancia de calor, en verano. La transferencia de calor desempeña un papel importante en el diseño de muchos otros aparatos, como los radiadores de los automóviles, los colectores solares, diversos componentes de las plantas generadoras de energía eléctrica.

El espesor óptimo del aislamiento de las paredes y techos de las casas, de los tubos de agua caliente o de vapor de agua o de los calentadores de agua se determina, una vez más, a partir de un análisis de la transferencia de calor que considere los aspectos económicos.

TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA INGENIERÍA El equipo de transferencia de calor —como los intercambiadores de calor, las calderas, los condensadores, los radiadores, los calentadores, los hornos, los refrigeradores y los colectores solares está diseñado tomando en cuenta el análisis de la transferencia de calor. Los problemas de esta ciencia que se encuentran en la práctica se pueden considerar en dos grupos: 1) de capacidad nominal y 2) de dimensionamiento. Los problemas de capacidad nominal tratan de la determinación de la razón de la transferencia de calor para un sistema existente a una diferencia específica de temperatura. Los problemas de dimensionamiento tratan con la determinación del tamaño de un sistema con el fin de transferir calor a una razón determinada para una diferencia específica de temperatura.

1.1 Calentamiento de los cuerpos CALOR Y OTRAS FORMAS DE ENERGÍA La energía puede existir en numerosas formas, como térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear, y su suma constituye la energía total E (o e en términos de unidad de masa) de un sistema. Las formas de energía relacionadas con la estructura molecular de un sistema y con el grado de la actividad molecular se conocen como energía microscópica. La suma de todas las formas microscópicas de energía se llama energía interna de un sistema y se denota por U (o u en términos de unidad de masa). La unidad internacional de energía es el joule (J) o el kilojoule (kJ _1 000 J). En el sistema inglés, la unidad de energía es la unidad térmica británica (Btu, British thermal unit), que se define como la energía necesaria para elevar en 1°F la temperatura de 1 lbm de agua a 60°F. Las magnitudes del kJ y de la Btu son aproximadas (1 Btu _ 1.055056 kJ). Otra unidad bien conocida de energía es la caloría (1 cal _ 4.1868 J), la cual se define como la energía necesaria para elevar en 1°C la temperatura de 1 gramo de agua a 14.5°C. Se puede considerar la energía interna como la suma de las energías cinética y potencial de las moléculas. La parte de la energía interna de un sistema que está asociada con la energía cinética de las moléculas se conoce como energía sensible o calor sensible. La velocidad promedio y el grado de actividad de las moléculas son proporcionales a la temperatura. Por consiguiente, en temperaturas más elevadas, las moléculas poseen una energía cinética más alta y, como resultado, el sistema tiene una energía interna también más alta. La energía interna también se asocia con las fuerzas que ejercen entre sí las moléculas de un sistema. Estas fuerzas ligan a las moléculas mutuamente y, como sería de esperar, son más fuertes en los sólidos y más débiles en los gases. Si se agrega energía suficiente a las moléculas de un sólido o de un líquido, vencerán estas fuerzas moleculares y, simplemente, se separarán pasando el sistema a ser gas. Éste es un proceso de cambio de fase y, debido a esta energía agregada, un sistema en fase gaseosa se encuentra en un nivel más alto de energía interna que si estuviera en fase sólida o líquida. La energía interna asociada con la fase de un sistema se llama energía latente o calor latente. Los cambios mencionados en el párrafo anterior pueden ocurrir sin un cambio en la composición química de un sistema. La mayor parte de los problemas de transferencia de calor caen en esta categoría y no es necesario poner atención en las fuerzas que ligan los átomos para reunirlos en una molécula.

La energía interna asociada con los enlaces atómicos en una molécula se llama energía química (o de enlace), en tanto que la energía interna asociada con los enlaces en el interior del núcleo del propio átomo se llama energía nuclear. La energía química o nuclear se absorbe o libera durante las reacciones químicas o nucleares, respectivamente. En el análisis de los sistemas que comprenden el flujo de fluidos, con frecuencia se encuentra la combinación de

las propiedades u y Pv. En beneficio de la sencillez y por conveniencia, a esta combinación se le define como entalpía h. Es decir, h _ u _ Pv, en donde el término Pv representa la energía de flujo del fluido (también llamada trabajo de flujo), que es la energía necesaria para empujar un fluido y mantener el flujo. En el análisis de la energía de los fluidos que fluyen, es conveniente tratar la energía de flujo como parte de la energía del fluido y representar la energía microscópica de un flujo de un fluido por la energía h. La energía interna u representa la energía microscópica de un fluido que no está fluyendo, en tanto que la entalpía h representa la energía microscópica de un fluido.

Conceptos generales

Calor. Es la causa externa de las sensaciones vulgarmente conocidas por las expresiones caliente y frío. Es una forma o manifestación de la energía propia de los movimientos a que están sujetas las moléculas que constituyen los cuerpos.

Temperatura. Es una cualidad de los cuerpos que depende de su estado calorífico. La temperatura es una magnitud relativa que define dos estados caloríficos distintos de un cuerpo, pero no es una cantidad propiamente tal, porque no es susceptible de medida en el riguroso sentido de la palabra. Como todas las propiedades de los cuerpos son modifica das por el calor, cualquier determinación cuantitativa de las variaciones observadas en los cuerpos producidas por variación de temperatura puede servir de norma para apreciar o medir tal variación.

Caloría. Es la cantidad de calor que se necesita añadir a un kilogramo de agua destilada a la presión atmosférica para que su temperatura se eleve en un grado centígrado. Su dimensión es: kilocaloría (Kcal.).

Calor específico. Es la cantidad, de calor necesaria para que un kilogramo de una sustancia aumente su temperatura en un grado centígrado. El calor específico varía en función de la temperatura y en los gases en función de la presión. Su dimensión es: Kcal./Kg.°C y lo indicaremos con el símbolo Ce.

Calor sensible. Es el calor que determina solamente un cambio de temperatura de una sustancia.

Qs = Ce.P.t donde;

Ce: es el calor específico de la sustancia en Kcal./kg°C

P: es el peso de la sustancia en kilogramos.

T: es el cambio de temperatura en ºC

Calor latente. Es la cantidad de calor que se debe adicionar o sustraer a una sustancia para que pase por completo de un estado físico a otro, sólido a líquido (fusión), líquido a vapor (ebullición) o viceversa. La temperatura no se modifica.

Calor Total: es la suma de calor sensible y de calor latente. Qt=Qs+Ql

Pérdidas y ganancia de calor: el dato más importante para instalaciones de clima artificial, tanto si se trata de acondicionamiento con calefacción como de acondicionamiento con refrigeración.

Las pérdidas de calor dependen de la diferencia dé temperaturas entre el local acondicionado y el exterior o los locales contiguos, así como de la construcción en sí del edificio y se deben a la transmisión del calor a través de las paredes, suelos, techos, puertas y ventanas. Las ganancias de calor son debidas a la emisión constante de calor por los ocupantes del local, por los aparatos (motores, hornos, quemadores, etc.) por el alumbrado yen el caso de que el local acondicionado deba tener una temperatura inferior a la del exterior ola de los locales adyacentes, entran también en consideración las cantidades de calor trasmitidas de afuera hacia adentro a través de las paredes, puertas, ventanas, etc., y la radiación solar que penetra a través de ventana, paredes y techos.

La transmisión del calor entre el aire de ambos lados de una pared se verifica en tres formas distintas: por convección, por conducción y por radiación.

Convección. Es el paso de calor de un punto a otro dentro de la masa de un fluido, transportado por el movimiento de las moléculas de dicho fluido, movimiento que se debe a las variaciones de densidad dentro de las porciones del fluido que reciben calor.

Conducción. Es el paso de calor de unas moléculas a otras dentro de la misma sustancia o de varias sustancias puestas en contacto, en el sentido de las temperaturas decrecientes.

Radiación. Es el paso de calor desde un foco productor, en sentido radial en todas las direcciones y en línea recta, con la velocidad de propagación de la luz y trasmitido a través del éter. Para simplificar el proceso se estudia separadamente cada etapa dividiendo la pared en: superficie externa, materiales homogéneos y espacios interiores de aire. Las ecuaciones que se usan generalmente para determinar la transmisión del calor se pueden aplicar a las varias partes componentes de la construcción y fijan los valores de la transmisión de flujo de calor en condiciones de régimen. Los coeficientes pueden ser determinados por ensayos o pueden ser computados en base a los coeficientes de los varios componentes del paramento.

La vaporización instantánea es un proceso de destilación en la cual el vapor total extraído se acerca al equilibrio con el líquido residual.

La evaporización Cambio de estado consistente en el paso de un líquido al estado de vapor, que tiene lugar de forma gradual, sólo en la superficie del líquido y a temperatura inferior a la de ebullición.

La causa de la evaporación se encuentra en la teoría cinética molecular de la materia. Las moléculas que integran un líquido tienden a escapar de él por efecto de su energía cinética, sin bien sólo lo consiguen aquellas que disponen de la energía suficiente para vencer la atracción de las otras moléculas de líquido. Al perder estas moléculas, la sustancia pierde energía, es decir, se enfría, de modo que para mantener su temperatura y proseguir la evaporación es preciso aportar calor.

El secado por aspersión es una extensión del proceso de evaporación en el cual se retira casi todo el líquido de una solución de un sólido no volátil en uno líquido.

INSTALACIONES DE CALOR

En la industria existen múltiples aplicaciones para cada una de las propiedades que nos ofrece la transferencia del calor, por lo que se mencionarán algunas de ellas y su aplicación en la industria.

1.2.- Evaporación

Dentro de la Ingeniería en procesos de evaporación, se tiene una aquilatada experiencia en el diseño, construcción, montaje y puesta en marcha de evaporadores para toda industria alimenticia, y química. Existen diseños tales que cumplen con las normas vigentes de higiene y seguridad.

Los sistemas evaporativos ofrecen las siguientes características principales y ventajas funcionales:

Reducido gasto energético

Simplicidad en el manejo

Escaso mantenimiento

Reducidos espacios físicos

Alto grado de sanitariedad

Optima relación costo-calidad

Invariabilidad de las propiedades organolépticas de los productos procesados

Alto grado de automatización

PROCESO DE EVAPORACIÓN

El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una solución, suspensión o emulsión por tratamientos térmicos. Se dice entonces, que la solución, suspensión o emulsión se está concentrando, y para lograr dicho propósito debemos suministrar una fuente de calor externo; esta fuente calórica se logra generalmente con vapor de agua, el cual se pone en contacto con el producto a través de una superficie calefactora.

Es una separación de componentes por efecto térmico, en donde se obtienen dos productos de distintas composiciones físico-químicas. En la mayoría de los casos, el producto evaporado, (solvente volátil, que generalmente es agua) es un producto sin valor comercial, mientras que el líquido concentrado, (soluto no volátil) es el que tiene importancia económica. (cabe mencionar que puede suceder al revés). Debemos tener en cuenta que los productos a evaporar se comportan de diferentes formas de acuerdo a su características físico-químicas, las cuales pueden definir un comportamiento de termo sensibilidad, de producir reacciones de precitación, de aglomeración o de polimerización, y un tratamiento inadecuado puede producir un deterioro parcial o total de distintos componentes químicos involucrados en el líquido y de esta forma modificar indeclinablemente las propiedades del mismo. Por esta razón se deben realizar ensayos previos y poder así determinar el equipo adecuado para cada una de las necesidades. Estos ensayos son realizados por ingenieros calificados de nuestra empresa, ya que la misma cuenta con evaporadores a escala de laboratorio y piloto, los cuales permiten

determinar variables termodinámicos, coeficientes térmicos, comportamientos en ebullición, grados de ensuciamiento, concentraciones límites y todo lo necesario para asegurar al cliente, un apropiado diseño y construcción de sus equipos.

Factores a considerar en sus funciones y características de estos modelos:

Las Características del producto, como son la viscosidad, su densidad, etc., son primordiales a la hora de la obtención de éstos, ya que con ello se va poder comprobar la capacidad calorífica, conductividad térmica, comportamiento en ebullición, precipitación, propiedad de espumado, Concentraciones máximas admisibles, temperaturas de operación. Programas térmicos y tiempos de residencia de los evaporadores a utilizar, puesto que de ello depende el tipo de calidad final que esperamos recibir de tales procesos, funcionales a las necesidades de la industria que se trate.

Rendimiento de Evaporación

Los Rendimientos que ofrecen son:

Kilogramos de vapor vivo por kilogramo de agua evaporada.

Caudal de agua requerido para la condensación de los vapores efluentes.

Energía eléctrica versus capacidad de evaporación.

Economía

Costo del vapor y energía consumidos.

Costo del personal operativo y de mantenimiento.

Horas diarias de producción.

Automatización.

Capital invertido versus rentabilidad.

Esta tarea es realizada por el experimentado departamento de ingeniería que fue adquiriendo conocimientos técnicos e implementado innovaciones para satisfacer los objetivos de la empresa, buscando la mayor economía en la inversión inicial y durante el funcionamiento.

TIPOS DE EVAPORADORES

Para determinar las condiciones óptimas de diseño, se deben tener en cuenta una gran cantidad de factores para obtener de esta manera, un equipo que tenga una relación óptima entre rendimiento de evaporación, economía y calidad del producto.

Estos factores se pueden resumir de la siguiente forma:

Evaporador de película descendiente

Estos tipos de evaporadores son los más difundidos en la industria alimenticia, por las ventajas operacionales y económicas que los mismos poseen. Estas ventajas se pueden resumir de la siguiente forma:

Alta eficiencia, economía y rendimiento.

Alta flexibilidad operativa.

Altos coeficientes de transferencias térmicos.

Capacidad de trabajar con productos termosensibles o que puedan sufrir deterioro parcial o total de sus propiedades.

Limpieza rápida y sencilla (CIP)

En estos evaporadores la alimentación es introducida por la parte superior del equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura de ebullición del primer efecto, mediante intercambiadores de calor adecuados al producto. Se produce una distribución homogénea del producto dentro de los tubos en la parte superior del evaporador, generando una película descendente de iguales características en la totalidad de los tubos. Este punto es de suma importancia, ya que una insuficiente mojabilidad de los tubos trae aparejado posibles sitios en donde el proceso no se desarrolla correctamente, lo cual lleva a bajos rendimientos de evaporación, ensuciamiento prematuro de los tubos, o eventualmente al taponamiento de los mismos. Dentro de los tubos se produce la evaporación parcial, y el producto que está siendo concentrado, permanece en íntimo contacto con el vapor que se genera. Los dos fluidos, tanto el producto como su vapor, tienen igual sentido de flujo, por lo que la salida de ambos es por la parte inferior de los tubos.

En la parte inferior del evaporador se produce la separación de estas dos fases. El concentrado es tomado por bombas y el vapor se envía al condensador (simple efecto), mientras que los sistemas multi - efecto utilizan como medio calefactor, el vapor generado en el efecto anterior, y por lo tanto el vapor generado en el último cuerpo es el que se envía al condensador. A modo de ejemplo, si alimentamos con 1 kilogramo de vapor vivo un evaporador simple efecto, obtendremos aproximadamente 1 kilogramo de agua evaporada, mientras que si alimentamos un evaporador doble efecto con la misma cantidad de vapor, o sea 1 kilogramo, obtendremos 2 kilogramos de agua evaporada, uno por cada efecto. Se concluye entonces, que a mayor cantidad de efectos, mayor será el rendimiento de evaporación, lográndose estupendas relaciones de vapor vivo consumido por kilogramo de líquido evaporado (ver figura 1)

Otra posibilidad de aumentar el rendimiento del evaporador es instalando un sistema de termocompresión de vapores; este proceso constituye un recurso muy utilizado en la actualidad, en donde el vapor generado es comprimido por vapor de alta presión, lográndose un aumento significativo del poder calorífico del vapor resultante o mediante compresión mecánica (para altas capacidades de evaporación). El reuso de vapor permite obtener excelentes economías durante la operación.(ver figura 2) .

Evaporador de película ascendiente

En estos tipos de evaporadores la alimentación se produce por la parte inferior del equipo y la misma asciende por los tubos.

El principio teórico que tienen estos evaporadores se asimila al 'efecto sifón', ya que cuando la alimentación se pone en contacto con los tubos calientes, comienza a producirse la evaporación, en donde el vapor se va generando paulatinamente hasta que el mismo, empieza a ejercer presión hacia los tubos, determinando de esta manera, una película ascendente. Esta presión, también genera una turbulencia en el producto que está siendo concentrado, lo que permite mejor la transferencia térmica, y por ende, la evaporación.

En estos evaporadores existe alta diferencia de temperaturas entre la pared y el líquido en ebullición. Cabe mencionar que la altura de los mismos es limitada, ya que la capacidad del vapor en arrastrar la película formada hacia la parte superior del equipo no es suficiente y determina la altura máxima posible para el diseño.

Son evaporadores en los cuales se puede recircular el producto concentrado, donde el mismo es enviado nuevamente al interior del equipo, y de esta forma, asegurar un correcto caudal de alimentación.

Evaporador de circulación forzada

Los evaporadores de circulación forzada pueden no ser tan económicos, pero son necesarios cuando los productos involucrados en la evaporación tienen propiedades incrustantes, altas viscosidades, precipitaciones, cristalizaciones o ciertas características térmicas que imposibilitan una circulación natural.

Son equipos en donde el producto es calentado a través de un intercambiador de calor (los intercambiadores puede ser horizontales o verticales), luego se envía a un separador, donde la evaporación se lleva a cabo gracias a la presión reinante dentro del mismo, produciéndose de esta forma una evaporación flash y por ende un enfriamiento del producto. La velocidad de circulación del producto dentro de los tubos es un factor esencial a tener en cuenta para cada tipo de producto.

APLICACIONES

Estos procesos de Ingeniería en vaporización han desarrollado, diseñado y construido una gran variedad de evaporadores adaptados a las necesidades de la industria.

Las aplicaciones de estos evaporadores son diversas y específicas para las industrias lecheras y de alimentos.

A continuación se detallan diversas aplicaciones en las cuales estos evaporadores son utilizados dentro de la Industria de los alimentos.

Industria Lechera: Leche entera y descremada, Leche condensada, Proteínas de la leche, Permeados lácteos, Mezclas de productos lácteos, Mantecas, Suero de queso, Suero de queso previamente cristalizado, Proteínas de suero, Permeados de suero, Soluciones de lactosa, Dulce de leche de producción continua y discontinua.

Industria de Jugos de Fruta: Leche de soya, Jugo de manzana, de naranja y otros citrus, Jugos mezclas, de tomates, de zanahoria

Hidrolizados: Proteína Hidrolizada, Proteína láctea hidrolizada, Suero hidrolizado, Molienda húmeda del maíz, Jarabe de glucosa, Jarabe de Dextrosa 42 y 55, Agua de Macerado.

Industria Frigorífica: Extracto de carne y huesos, Plasma sanguíneo.

Extractos: Extractos de café o té, de carne o hueso, de malta, de levaduras.

Industria Avícola: Concentración de huevo entero, Concentración de clara de huevo.

Otras: Vinazas alcohólicas.

Sistemas de Calefacción.

Sistema individual o local. Cuando en cada local hay un hogar, se dice que el sistema de calefacción es individual. Cuando en el edificio hay un solo hogar, se dice que el sistema de calefacción es colectivo o central. Los sistemas individuales o locales pueden usar combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Constituyen estufas, o caloríferos o chimeneas, que requieren un conducto para tiraje y evacuación de los gases de la combustión. Los que utilizan combustible líquido o gaseoso, casi nunca tienen conducto

de evacuación al exterior, pues no son indispensables, lo cual les otorga la ventaja apreciable de su movilidad. El kerosene, el alcohol, el gas de alumbrado y el supergas, o gas natural, son generalmente usados en esta clase de artefactos. Los sistemas de calefacción local presentan sólo dos ventajas importantes: reducido costo de adquisición y facilidad de trasporte.

Desventajas: elevada temperatura de las superficies que ceden calor, provocando mayores pérdidas de calor por radiación a través de los vidrios y una muy mala distribución de la temperatura del aire, medida en distintos puntos del mismo ambiente. Otro inconveniente es el foco de calor, que está concentrado en una superficie pequeña y por consiguiente la distribución del calor no resulta uniforme. Cuando no hay evacuación de gases al exterior, el viciamiento del aire y los olores desagradables es otra desventaja que en ciertos casos puede resultar peligrosa por la posibilidad de que se produzcan explosiones debido a escapes si el combustible que se emplea es gas.

Sistemas colectivos o centrales. Presenta mejores condiciones higiénicas y de confort y, lo que es más importante, permite con poca atención personal calentar uniformemente toda la casa o una sección de la misma.

Lo sistemas de calefacción central actualmente en uso difundido son:

Por aire caliente;

Por agua caliente;

Por vapor;

Mixtos.

1). Sistema central por aire caliente: consta de un generador de calor el que se ubica en un lugar especial de la casa, preferentemente en el sótano. El aire, al calentarse por transmisión del calor a través de las paredes de los elementos calefactores mencionados, se distribuye a los locales del edificio circulando por conductos de chapa galvanizada o de otro material adecuado. Tratándose de edificios pequeños, el aire así calentado puede circular naturalmente por diferencia de densidad, entrando a los locales mediante rejillas o persianas a temperaturas no mayores de 50°C y saliendo después al exterior por las rendijas de ventanas, banderolas, etc. Es condición indispensable que todo el aire a circular sea tornado del exterior. En las instalaciones de mayor importancia se emplea la circulación forzada, valiéndose de elementos mecánicos, como ser ventiladores que impulsan el aire por el sistema de conductos, rejillas, etc. Con este sistema, si se desea, puede aspirarse parte del aire caliente de los locales recircularse después de mezclarlo con una cantidad de aire nuevo tomado del exterior; se tiene así lo que se llama ―un circuito cerrado‖, a diferencia del anterior, que constituye ―un circuito abierto‖. Con el filtrado del aire se eliminará la mayor parte de las impurezas y buena parte de los olores, pero los perfumes y el tabaco para ser eliminados totalmente requieren un lavado.

2). Sistema de agua caliente: ―termosifón o por gravedad‖ y por circulación forzada. La circulación natural se logra aprovechando la fuerza motriz generada por la corriente ascendente debida al aumento de temperatura que experimenta el agua en el punto de calentamiento. La circulación forzada se obtiene hoy casi exclusivamente por electro bombas, generalmente del tipo centrífugo, que ocupan poco espacio y son de costo reducido. Se emplean en edificios, cuando la calefacción por vapor no es practicable o cuando la calefacción por agua a circulación natural antieconómica por los grandes diámetros de cañería resultantes.

Se equipan con pequeñas bombas llamadas `agitadores‖, cuya misión es asegurar la circulación del agua en casos de no haberse podido evitar contra pendientes en el trazado de las cañerías,

3). Instalaciones de vapor: los sistemas de vapor para calefacción, que hoy son casi totalmente de baja presión, con retorno al generador térmico. En el primer caso, el agua preveniente de la condensación del vapor se pierde, motivando un mayor consumo de combustible y afectado también la duración de las calderas, además de su rendimiento térmico, debido a las incrustaciones o depósitos de sales que la renovación constante de agua origina en las superficies interiores calientes de la caldera. Ambos inconvenientes se traducen en un encarecimiento del servicio, por mayor gasto de combustible y por esa razón debe admitirse el sistema abierto solamente en casos de imposibilidad o de eran dificultad para adoptar al circuito cerrado, Las instalaciones de vapor resultan, en general, de menor costo inicial que las de agua caliente, por requerir cañerías menores y radiadores más pequeños en igualdad de condiciones.

4). Sistemas mixtos: Las combinaciones más comunes son las siguientes: vapor/agua; vapor/aire; agua/aire.

a) Vapor/agua: Consiste en generar vapor de alta o baja presión; transportándolo hasta lugares elegidos de antemano, en los cuales se instalan intercambiadores de calor, en los que tiene lugar el calentamiento, del agua, la cual, a su vez, circula ya sea mecánicamente o por termosifón hasta los elementos calefactores ubicados en los locales a calefaccionar dentro del edificio. Este sistema se presta para lograr un eficiente control automático. Ejemplos de instalaciones centralizadas de este tipo serían las siguientes: un hospital, pabellones, en los que se desea una calefacción suave o higiénica por auca caliente y en el que se requiere también vapor para el uso de esterilización, o similar.

b) Vapor/aire: el vapor circula por baterías de caños lisos o con aletas, a través de los cuales se impulsa el aire, inyectándolo a los locales, hay siempre la posibilidad de que el aire se contamine al mezclarse con los gases de la combustión, conviene no usar este sistema, salvo cuando se imponga una estricta economía.

c) Agua/aire: se usa en la misma forma que el caso anterior cuando la fuente principal de calor es el agua caliente. La circulación de agua sea forzada debido a la resistencia que opone la gran cantidad de caños de diámetro reducido que forman los calentadores. Para trasmitir una misma cantidad de calor se necesita en este caso mayor superficie que usando vapor.

Calefacción por vapor

Los radiadores de vapor distribuyen el calor uniformemente solo cuando funcionan a máxima velocidad. Cuando se estrangula la válvula de admisión para disminuir el régimen o ritmo de la calefacción, solamente la parte superior del radiador es ocupada por vapor y por consiguiente allí se concentra todo el calor que el artefacto recibe.

Ventajas: poca acumulación de calor en la instalación de calefacción, rápida puesta en régimen y costo de instalación menor que en la calefacción por agua. Máxima temperatura del vapor, 105º C, que puede rebajarse por el llenado parcial de los radiadores con vapor, graduando la mezcla de vapor y aire. Es posible, en parte, una regulación central variando la presión del vapor en la caldera.

Inconvenientes: corrosión de la tuberías de acero húmedas (tuberías de condensado).

Campos de aplicación: rascacielos, teatros, asambleas, salas de fiestas, hoteles, iglesias, escuelas, fábricas, grandes granjas, etc.

Calderas: en Alemania, la caldera de vapor a baja presión no requiere permiso de instalaciones se responde al tipo normalizado por la Comisión alemana de calderas de vapor y va equipada con un tubo piezometrico, según DIN 4750, de altura no superior a 5.5, o sea un tubo en U, abierto y lleno de agua, que sale de la cámara vapor (en caso excepcional de la cámara de agua) de la caldera y con el diámetro nominal que le corresponda según la tabla 1.

Radiadores. Para de vivienda y oficinas, es conveniente la circulación de aire (mezcla de vapor y aire en los radiadores), con objeto de rebajar la temperatura superficial de acuerdo con la calefacción requerida. La regulación local de los radiadores se hace con dobles válvulas graduales; en casos particulares se impide la entrada de vapor en la tubería de condensado mediante separadores del agua de condensación (separador de acción periódica, accionado por la temperatura, con paredes móviles, separador de trabajo continuo, con estrangulación y elementos fijos, purgadores de aire y ventiladores se el separador de agua condensada trabaja con cierre hidráulico)

Convectores: Elemento de calefacción constituido por tubos de cobre sin costura, aletas del mismo material y colectores de hierro fundido. Tapas de acero (chapa reforzada). -

Termovectores: Se pueden utilizar para instalaciones de calefacción por agua caliente o vapor de baja presión. Consta de un elemento calefactor de hierro fundido o caño aletado, soportes de nicho de hierro ángulo y chapa cubre frente de quita y pon.

Caloventiladores: Se utilizan en grandes ambientes. Están compuestos por un motor eléctrico de bajo consumo, un ventilador y un serpentín alimentado por vapor o agua caliente. Siempre deben colocarse por encima del nivel de trabajo en el local. En verano suelen utilizarse como ventiladores, pero tienen mal rendimiento.

1.3.- Hervor

Hacer que un líquido alcance la temperatura de ebullición

Definimos el punto de ebullición como la temperatura a la cual se produce la transición de la fase líquida a la gaseosa. En el caso de sustancias puras a una presión fija, el proceso de ebullición o de vaporización ocurre a una sola temperatura; conforme se añade calor la temperatura permanece constante hasta que todo el líquido ha hervido.

El punto normal de ebullición se define como el punto de ebullición a una presión total aplicada de 101.325 kilopascales ( 1 atm); es decir, la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a una atmósfera. El punto de ebullición aumenta cuando se aplica presión.

El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio; ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no existe una fase líquida clara. El helio tiene el punto normal de ebullición más bajo (4.2 K) de los correspondientes a cualquier sustancia, y el carburo de tungsteno, uno de los más altos (6300 K).

La destilación

La destilación es un proceso que consiste separar los distintos componentes de una mezcla mediante el calor. Para ello que se calienta esa sustancia, normalmente en estado líquido, para que sus componentes más volátiles pasen a estado gaseoso o de vapor y a continuación volver esos componentes al estado líquido mediante condensación por enfriamiento.

El principal objetivo de la destilación es separar los distintos componentes de una mezcla aprovechando para ello sus distintos grados de volatilidad. Otra función de la destilación es separar los elementos volátiles de los no volátiles de una mezcla.

En otros sistemas similares como la evaporación o el secado, normalmente el

objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura. Por ejemplo, la eliminación del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporación, pero la eliminación del agua del alcohol evaporando el alcohol recibe el nombre de destilación, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos.

Si la diferencia entre las temperaturas de ebullición o volatilidad de las sustancias es grande, se puede realizar fácilmente la separación completa en una sola destilación. Es el caso de la obtención de agua destilada a partir de agua marina. Esta contiene aproximadamente el 4% de distintas materias sólidas en disolución

En ocasiones, los puntos de ebullición de todos o algunos de los componentes de una mezcla difieren en poco entre sí por lo que no es posible obtener la separación completa en una sola operación de destilación por lo que se suelen realizar dos o más. Así el ejemplo del alcohol etílico y el agua. El primero tiene un punto de ebullición de 78,5 °C y

el agua de 100 °C por lo que al hervir esta mezcla se producen unos vapores con ambas sustancias aunque diferentes concentraciones y más ricos en alcohol. Para conseguir alcohol industrial o vodka es preciso realizar varias destilaciones.

Teoría de la destilación

En la mezcla simple de dos líquidos solubles entre sí, la volatilidad de cada uno es perturbada por la presencia del otro. En este caso, el punto de ebullición de una mezcla al 50%, por ejemplo, estaría a mitad de camino entre los puntos de ebullición de las sustancias puras, y el grado de separación producido por una destilación individual dependería solamente de la presión de vapor, o volatilidad de los componentes separados a esa temperatura. Esta sencilla relación fue anunciada por vez primera por el químico francés François Marie Raoult (1830-1901) y se llama ley de Raoult. Esta ley sólo se aplica a mezclas de líquidos muy similares en su estructura química, como el benceno y el tolueno. En la mayoría de los casos se producen amplias desviaciones de esta ley. Si un componente sólo es ligeramente soluble en el otro, su volatilidad aumenta anormalmente. En el ejemplo anterior, la volatilidad del alcohol en disolución acuosa diluida es varias veces mayor que la predicha por la ley de Raoult. En disoluciones de alcohol muy concentradas, la desviación es aún mayor: la destilación de alcohol de 99% produce un vapor de menos de 99% de alcohol. Por esta razón el alcohol no puede ser concentrado por destilación más de un 97%, aunque se realice un número infinito de destilaciones.

Aparato de destilación

Técnicamente el término alambique se aplica al recipiente en el que se hierven los líquidos durante la destilación, pero a veces se aplica al aparato entero, incluyendo la columna fraccionadora, el condensador y el receptor en el que se recoge el destilado. Este término se extiende también a los aparatos de destilación destructiva o craqueo. Los alambiques para trabajar en el laboratorio están hechos normalmente de vidrio, pero los industriales suelen ser de hierro o acero. En los casos en los que el hierro podría contaminar el producto se usa a menudo el cobre. A veces también se usa el término retorta para designar a los alambiques

Tipos de destilación

Destilación simple

Es el método que se usa para la separación de líquidos con punto de ebullición inferior a 150ºC a presión atmosférica de impurezas no volátiles o de otros líquidos miscibles que presenten un punto de ebullición al menos 25ºC superior al primero de ellos. Es importante que la ebullición de la mezcla sea homogénea y no se produzcan proyecciones. Para evitar estas proyecciones suele introducirse en el interior del aparato

de destilación nódulos de materia que no reaccione con los componentes. Normalmente se suelen utilizar pequeñas bolas de vidrio.

Destilación fraccionada

La destilación fraccionada es un proceso de destilación de mezclas muy complejas y con componentes de similar volatilidad. Consiste en que una parte del destilado vuelve del condensador y gotea por una larga columna a una serie de placas, y que al mismo tiempo el vapor que se dirige al condensador hace burbujear al líquido de esas placas. De esta forma, el vapor y el líquido interaccionan de forma que parte del agua del vapor se condensa y parte del alcohol del líquido se evapora. Así pues, la interacción en cada placa es equivalente a una redestilación, y si se construye una columna con el suficiente número de placas, se puede obtener un producto destilado del altísima pureza, como el alcohol de 96%; en una única destilación. Además, introduciendo gradualmente la disolución original de baja concentración del componente a destilar en un punto en mitad de la columna, se podrá separar prácticamente todo este componente del disolvente mientras desciende hasta la placa inferior, de forma que no se desperdicie nada del componente a destilar.

Este proceso se utiliza mucho en la industria, no sólo para mezclas simples de dos componentes, como alcohol y agua en los productos de fermentación, u oxígeno y nitrógeno en el aire líquido, sino también para mezclas más complejas como las que se encuentran en el alquitrán de hulla y en el petróleo. La columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las placas están dispuestas horizontalmente, separadas unos centímetros, y los vapores ascendentes suben por unas cápsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del líquido. Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda. La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que puede producirse espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior. En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro placas teóricas, que realizan cuatro destilaciones. Un equivalente barato de la torre de burbujeo es la llamada columna apilada, en la que el líquido fluye hacia abajo sobre una pila de anillos de barro o trocitos de tuberías de vidrio.

La única desventaja de la destilación fraccionada es que una gran parte, aproximadamente el 50%, del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar más energía en forma de calor. Por otra parte, el funcionamiento continuo permite grandes ahorros de calor, porque el destilado que sale puede ser utilizado para precalentar la mezcla que entra.

Cuando la mezcla está formada por varios componentes, estos se extraen en distintos puntos a lo largo de la torre. Las torres de destilación industrial para petróleo tienen a menudo 100 placas, con al menos diez fracciones diferentes que son extraídas en los puntos adecuados. Se han utilizado torres de más de 500 placas para separar isótopos por destilación.

Se usa para separar componentes líquidos que difieren de en menos de 25º en su punto de ebullición. Cada uno de los componentes separados se les denomina fracciones. Al calentar la mezcla el vapor se va enriqueciendo en el componente más volátil, conforme asciende en la columna.

Destilación por vapor

Si dos líquidos insolubles se calientan, ninguno de los dos es afectado por la presencia del otro (mientras se les remueva para que el líquido más ligero no forme una capa impenetrable sobre el más pesado) y se evaporan en un grado determinado solamente por su propia volatilidad. Por lo tanto, dicha mezcla siempre hierve a una temperatura menor que la de cada componente por separado.

El porcentaje de cada componente en el vapor sólo depende de su presión de vapor a esa temperatura. Este principio puede aplicarse a sustancias que podrían verse perjudicadas por el exceso de calor si fueran destiladas en la forma habitual.

Destilación al vacío

Otro método para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su punto normal de ebullición es evacuar parcialmente el alambique. Por ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 °C extrayendo el 93% del aire del alambique. Este método es tan efectivo como la destilación por vapor, pero más caro. Cuanto mayor es el grado de vacío, menor es la temperatura de destilación. Si la destilación se efectúa en un vacío prácticamente perfecto, el proceso se llama destilación molecular.

Este proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y otros productos inestables. Se coloca la sustancia en una placa dentro de un espacio evacuado y se calienta. El condensador es una placa fría, colocada tan cerca de la primera como sea posible. La mayoría del material pasa por el espacio entre las dos placas, y por lo tanto se pierde muy poco.

Permite destilar líquidos a temperaturas más bajas que en el la destilación fraccionada debido que la presión es menor que la atmosférica con lo que se evita en muchos casos la descomposición térmica de los materiales que se manipulan.

Destilación molecular centrífuga

Si una columna larga que contiene una mezcla de gases se cierra herméticamente y se coloca en posición vertical, se produce una separación parcial de los gases como resultado de la gravedad. En una centrifugadora de alta velocidad, o en un instrumento llamado vórtice, las fuerzas que separan los componentes más ligeros de los más pesados son miles de veces mayores que las de la gravedad, haciendo la separación más eficaz. Por ejemplo, la separación del hexafluoruro de uranio gaseoso, UF6, en moléculas que contienen dos isótopos diferentes del uranio, uranio 235 y uranio 238, puede ser llevada a cabo por medio de la destilación molecular centrífuga.

Sublimación

Si se destila una sustancia sólida, pasándola directamente a la fase de vapor y otra vez a la fase sólida sin que se forme un líquido en ningún momento, el proceso se llama sublimación. La sublimación no difiere de la destilación en ningún aspecto importante, excepto en el cuidado especial que se requiere para impedir que el sólido obstruya el aparato utilizado. La rectificación de dichos materiales es imposible. El yodo se purifica por sublimación.

Destilación destructiva

Cuando se calienta una sustancia a una temperatura elevada, descomponiéndose en varios productos valiosos, y esos productos se separan por fraccionamiento en la misma operación, el proceso se llama destilación destructiva. Las aplicaciones más importantes de este proceso son la destilación destructiva del carbón para el coque, el alquitrán, el gas ciudad y el amoníaco, y la destilación destructiva de la madera para el carbón de leña, el ácido etanoico, la propanona y el metanol. Este último proceso ha sido ampliamente desplazado por procedimientos sintéticos para fabricar distintos subproductos. El craqueo del petróleo es similar a la destilación destructiva.

Bebidas elaboradas por destilación

Las bebidas alcohólicas que incluyen destilación en su proceso de elaboración son muchas, y se distinguen las siguientes:

Whisky: Incluye todas sus variedades; Escocés (Scotch), Irlandés, Whiskies Estadounidenses y Canadienses. Incluyen cierto añejamiento según sea su productor. Se elaboran siempre a partir de cereales o malta.

Vodka: Los de Europa oriental y báltica se elaboran a base de patatas y cereales, y los occidentales a partir de cereales solamente.

Ron: Ron español o Rhum francés. Partiendo todos de la caña de azúcar, se agrupan en tres variantes básicas. (1) los secos y de cuerpo liviano. Producidos en Cuba, Puerto Rico, México, Argentina, Brasil y Paraguay; (2) los de cuerpo intenso producidos principalmente en Jamaica, Barbados y Demerara (Guyana Britanica); (3) los tipo Brandy pero aromáticos de Java e Indonesia, Haití y Martinica.

Brandy o Cognac: A partir de la destilación de vino o fruta y añejado en toneles de madera. Los más conocidos son los que han tenido origen en Francia bajo el término de cognac y es el reconocido como destilación de vino. Los de fruta parten de manzanas, cereza, albaricoque (damasco), ciruela, etc. aunque son bebidas conocidas no como brandy o cognac si no por las marcas del producto terminado o nombre histórico que se les haya asignado.

La Slivovitza que derivan su nombre de la ciruela utilizada (Quetsch o Mirabelle). El Barat Palinka que deriva del albaricoque y añejada en barriles de madera. El Brandy de cereza que es también conocido como Kirsch en Francia y Kirschwasser en Alemania y Suiza que no tiene añejamiento alguno y por tanto color transparente.

Tequila: Obtenido a partir del mezcal o agave, variedades de cactus de México y del desierto del sur de Estados Unidos de Norteamérica. Su añejamiento aumenta su calidad. Se comercializa con graduaciones alcohólicas que van desde los 37º hasta los 50º.

Oke (Okelehao): Parte de la destilación de melaza de caña de azucar, arroz y jugo de una fruta local con la que también hacen una comida llamada Poi. Es añejada en barriles de roble.

Ng ka py: Es una variedad de whisky chino de 43º hecho a partir de mijo y hierbas aromáticas y envejecido en madera.

Aguardientes aromáticos: Este grupo incluye varias bebidas alcohólicas de alta graduación (mayor a 40º). Aquí se encuentran la ginebra, la Zubrovka y el Akvavit escandinavo, distinta al aquavitae escocess. La ginebra se elabora a partir de cereales aromatizados con bayas de enebro. La Zubrowka (45º) pero aromatizada con ciertas variedades de hierbas aromáticas. El Akvavit escandinavo (46º) que se produce en forma similar a la ginebra pero incluye destilado de patata y se aromatiza con semillas de comino. La variedad Danesa es incolora y se aromatiza con semilla de carvi. Las variedades Noruegas y Suecas tienen tono rojizo, son mas dulces y picantes. La variedad Finlandesa se aromatiza con canela. La cachaca brasileña elabora a partir de caña de azúcar, con la diferencia que no incluye añejamiento en madera y carece de aroma por lo que suele complementarse con azucares y cítricos.

Licores: Es el grupo quizá de menor graduación alcohólica y que incluye las bebidas más dulces y aromáticas. La cantidad de combinaciones y sabores existente es ilimitada. En muchos casos es estandarizada y en otros es asociado a una marca. Su graduación alcohólica comienza en los 27º y termina con los más fuertes en los 40º.

Obtención del agua destilada

El agua destilada se utiliza para mezclar medicamentos, químicos y otros productos donde se debe asegurar que no entren contaminantes externos en la mezcla. Esto se debe a que el agua destilada es pura, sin químicos e incluso sin minerales. Para obtener agua destilada, el agua debe pasar por un proceso de destilación. Esto comienza al hervir el agua y termina al colectar el vapor que se creó. En las grandes instalaciones industriales esto se hace en grandes contenedores de acero inoxidable para que el agua no obtenga ningún sabor que podría obtener de otros materiales.

Proceso

En el proceso de destilación, el agua se pone en un contenedor grande sobre una fuente de calor y se lleva a ebullición. Cuando el vapor eleva los elementos más pesados que están mezclados con el agua, como los minerales, no pueden mantenerse en el vapor más ligero.

Gracias a esto, los contaminantes permanecen en los contenedores principales. El vapor sube hasta que alcanza un punto suficientemente lejos de la fuente de calor y se enfría y se condensa de nuevo como agua. En este punto, es capturada en las trampas altas en el contenedor que fueron creadas para recoger el agua destilada. Después, fluye a la otra cámara donde se colecta.

Proceso adicional

El agua que se destila normalmente no contiene ninguna otra partícula además de las que forman la misma, hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, a veces es posible que algunos elementos perduren en el proceso de destilación y terminen en el agua pura. Es por eso que algunos usos de este tipo de agua, para medicamentos u otros productos importantes, requieren que el proceso se realice dos veces. Esto se llama doble destilación. En este proceso, el segundo contenedor donde se colecta el agua también será un calentador o se transportará el agua del segundo contenedor de vuelta al primero. En ambos casos, se hervirá y se colectará el agua de nuevo, al eliminar los elementos que puedan permanecer.

Tratamiento del corcho

Existen fundamentalmente dos procesos distintos para el tratamiento del corcho. El primero de ellos es el utilizado para la creación del tapón de corcho de las botellas. En este proceso, el corcho es hervido a 100 grados durante aproximadamente una hora, después se deja curar el corcho durante un año. Este corcho una vez curado se hierve una segunda vez, se corta en tiras y se perfora para crear los tapones.

En el segundo proceso el corcho de peor calidad y los restos de las planchas de buen corcho se limpian, trituran, aglutinan y prensan para obtener un aglomerado de corcho en muy diversas presentaciones: gránulos, planchas, rollos, barras, u otras formas geométricas. Su uso es variado, desde tapones de botellas de peor calidad hasta baldosas para pisos o techos, como material aislante, como junta de estanqueidad, o en paneles ya sean acústicos, decorativos o para pinchar notas.

La Industria del Jabón

Saponificación inicial: El término "saponificar" consiste en convertir un cuerpo graso en jabón, el cual puede hacerse en frío o en caliente. La saponificación se logra haciendo actuar sobre las grasas la sosa o potasa; con sosa se obtienen jabones duros y con potasa jabones blandos. A continuación se procede a cargar la paila o caldera de saponificación poniendo en ella las materias primas en las cantidades y orden que se da a continuación, para obtener al terminar el proceso de saponificación una carga de 600 kg de pasta de jabón.

Materias grasas150 kg

Sebo puro120 kg

Agua corriente100 lt

Se pone en marcha el sistema de caldeo a vapor, abriendo el serpentín y calentando el conjunto hasta que marque entre 80 y 90°C de temperatura. Comprobada ésta, se hace girar el sistema de agitado de la caldera, a fin de facilitar la fusión de todo su contenido. Entonces, poco a poco y con gran cuidado, para evitar posibles derrames, se incorporarán, en chorro muy delgado y sin dejar de agitar, de forma que el producto de la caldera se mantenga a 80ºC, 41 lt de disolución de sosa cáustica, previamente preparada a 38ºC Beaumé. Una vez incorporada la disolución, se anota el tiempo y se procede al agitado del conjunto en la caldera por espacio de 45 min, procurando que en la misma la temperatura de su contenido se mantenga a 80ºC.Transcurrido ese tiempo de agitado de la masa, se incorporan, en la misma forma que anteriormente, otros 82 lt de lejía de sosa cáustica a 38ºC Beaumé. Con esta nueva incorporación se obtendrá la completa saponificación de la masa jabonosa, y una vez terminada, se continuará el agitado del contenido de la caldera por espacio de 1 hr, cuidando de que la temperatura se mantenga en los 80ºC.A continuación, sin dejar de mover, y con la temperatura mínima indicada en el seno del contenido de la caldera y la masa en estado de fluidez, se incorpora una disolución de sal común, también a 80ºC de temperatura, formada por 150 lt de agua corriente y 35 k de sal. A medida que se incorpora la salmuera se proseguirá el agitado de la masa, cuidando de que la temperatura del conjunto no varíe de los 80ºC ya indicados. Reposo y enfriado Terminada la incorporación de la salmuera, se continuará el agitado durante 30 min, transcurridos los cuales se detendrá el sistema de agitación, dejando el conjunto en reposo hasta que por si solo se enfríe el contenido de la caldera, o sea a temperatura ambiente. De este modo se habrá conseguido librar la masa de su exceso de lejía, quedando ésta en un pH neutro. Purgado Probablemente, si la masa quedara en reposo durante toda la noche, estaría fría al día siguiente, observándose de este modo dos capas: la superior estará constituida por el jabón solidificado, en forma de pasta neutra, y en el fondo de la caldera se hallará glicerina y sal (lejías), que se evacuará por el dispositivo de sangrar, o sea el de purga, que vaciará sobre el conducto que ha de llevarla al tanque colector de lejía. Las lejías así almacenadas pueden aprovecharse en posteriores fabricaciones.

Saponificación final: Una vez purgada por completo la masa contenida en la caldera, se pone de nuevo en marcha el dispositivo de caldeo a vapor; cuando la pasta jabonosa vuelve a hallarse en estado de fluidez, se da marcha al agitador durante unos minutos y se le incorporan después, sin dejar de agitar, 32 ltr de glicerina. Se sigue moviendo hasta comprobar que la glicerina se ha incorporado totalmente, para lo cual bastarán unos 6 ó 7 min de agitado.A continuación, sin dejar de agitar y con la masa a la misma temperatura de 80°C, se agregan lentamente 130 kgr de sal sódica básica, previamente pesados. La incorporación se efectuará en pequeñas porciones, y a medida que se observe su disolución se irán incorporando al jabón. Al final se proseguirá el agitado del contenido de la caldera por espacio de 45 min, quedando así terminado el proceso de saponificación.

La Industria de la Conservación de alimentos.

Pasteurización

Fundamento: Proceso térmico realizado a líquidos, con el objeto de reducir los agentes patógenos. Este proceso recibe el nombre de su descubridor Louis Pasteur (1822-1895).

Uno de los objetivos del tratamiento térmico es la alteración menos posible de la estructura física, los componentes químicos y las propiedades organolépticas del líquido a tratar. El calor inactiva los gérmenes capaces de provocar enfermedad, pero no sus esporas. Por ello, el alimento deber ser refrigerado para evitar el crecimiento de los gérmenes que no se han podido eliminar.

Proceso En la pasteurización se emplean generalmente temperaturas por debajo del punto de ebullición. Consiste en calentar el alimento a 72º C durante 15 ó 20 segundos y enfriarlo rápidamente a 4º C estas temperaturas pueden variar de un alimento a otro. Además, la pasteurización ayuda en la

inactivación de las enzimas que pueden causar deterioro en los alimentos. Una vez terminado el proceso, los productos se sellan con fines de seguridad.

Los alimentos pasteurizados se conservan sólo unos días ya que aunque los gérmenes patógenos se destruyen, se siguen produciendo modificaciones físicas y bacteriológicas.

Además, la pasteurización ayuda en la inactivación de las enzimas que pueden causar deterioro en los alimentos.

VARIANTES Existen tres tipos de procesos bien diferenciados:

Pasteurización VAT o lenta,

Pasteurización a altas temperaturas durante un breve periodo de tiempo (HTST - High Temperature / Short Time).

Proceso a ultra-altas temperaturas (UHT – Ultra - High Temperature).

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 63ºC 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.

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.

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.

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 "ultra pasteurizada" o simplemente "UHT", se debe entender que ha sido tratada por el método UHT

ALIMENTOS QUE SE PUEDEN PASTEURIZAR

Aparte de la leche y los zumos, otros alimentos son pasteurizados por la industria alimenticia; por regla general, son aquellos que poseen una estructura líquida o semilíquida. Algunos de los más mencionados son los siguientes:

• Aguas • Bebidas en botella (Refrescos) • Cerveza • Cremas • Helados • Lácteos (Leche, mantequillas, etc.) • Mieles • Natas • Ovoproductos (evita Salmonella) • Olivas • Pepinillos en vinagre (encurtidos • Queso • Salsas (Kétchup, Mayonesa, etc.) • Sidra • Vino • Zumos de frutas y verduras

1.4.- Cocción

El proceso de cocción se define como el tratamiento térmico al que es sometido cualquier producto organico o inorgánico que genera en su proceso toda una serie de fenómenos físico-químicos, bioquímicos y microbiológicos que definirán la calidad y las propiedades consecuentes del producto acabado.

La Industria alimentaria

Hornos industriales de cocción: Para tratamientos con temperaturas de hasta 280 °C

Los hornos industriales pueden efectuar cocciones y ciclos térmicos, como: Cocción a vapor; Cocción en seco; Secado; Ahumado; Tostado; Cocción húmeda; Efectuar tratamientos térmicos hasta una temperatura máxima de 120 °C, 150 °C ó 180 °C.

Están diseñados para temperaturas hasta 280 °C, ofrece prestaciones excepcionales, gracias al flujo de aire horizontal alternado.

Puede ser utilizado para elaborar una amplia gama de productos, como:

Preparados a base de carne, de pescado o de verduras, patés, platos precocinados, bollería o pizzas.

Además, se presta a diversos ciclos de tratamiento térmico: dorado, asado, secado, cocción en seco, cocción con caldo (con generador de vapor opcional).

La construcción mecánica, totalmente de acero inoxidable, utiliza una estructura aislada con material de alto poder aislante. El empleo de ruedas de álabes de elevado rendimiento y canalizaciones especiales permiten obtener, dentro del horno, un flujo de aire horizontal alternado, que uniforma de manera óptima la distribución del calor.

El aire es calentado por resistencias eléctricas protegidas. El horno se suministra con un cuadro electrónico de mandos para un control sencillo y completo del proceso productivo.

Además, puede estar equipado con una serie de accesorios suplementarios.

La industria de la cerámica

La razón de ser de la cerámica, así como su importancia económica, se basan en el hecho de que la cocción de las pastas previamente moldeadas provoca una modificación fundamental en sus propiedades, dando lugar a un material duro de consistencia pétrea e inalterabilidad de forma, elevándose su dureza y resistencia mecánica, resistente al agua y a los productos químicos y que posee, además, características excelentes y muy diversificadas.

La cocción de los productos cerámicos constituye, en consecuencia, la etapa más importante del proceso de fabricación. En esta fase se pone de manifiesto si las operaciones o etapas de fabricación anteriores se han desarrollado convenientemente y si el producto cocido ha adquirido las propiedades y características deseadas fijadas por las normas. En la industria cerámica, se entiende por cocción el proceso físico - químico de calentamiento, de acuerdo

con un plan preestablecido, de las piezas crudas moldeadas, seguido de un enfriamiento según un plan igualmente bien definido. En él las arcillas se transforman en silicatos de aluminio cristalinos sin hidratar. No se conoce exactamente la influencia de algunos factores que intervienen en la cocción, no bastando con elevar la temperatura, pues cada tipo de producto necesita una determinada en función de su composición química, sus dimensiones y sobre todo del espesor.

Si la cocción se hace lentamente, se mejora la calidad, pero con ello aumentan los costos. Industrialmente se estudian las curvas de temperatura-tiempo de cada horno para conseguir el equilibrio del sistema. Mediante el aporte de calor se produce un proceso de transformaciones físico-químicas que modifican la estructura química y cristalina de las arcillas de forma irreversible, adquiriendo consistencia pétrea y obteniéndose finalmente los productos cerámicos. Además de las transformaciones permanentes que experimentan las materias primas durante la cocción, las piezas sufren igualmente un cierto número de modificaciones temporales, entre las que cabe destacar la dilatación que experimentan como consecuencia del calentamiento. También es importante tener en cuenta que las piezas cocidas aún calientes actúan, durante un cierto tiempo, como acumuladores de calor. Durante el proceso, se genera una movilidad atómica que conduce a la unión de las partículas y a la disminución de la porosidad. La variación de dimensiones que se produce modifica la porosidad, dependiendo del proceso de fabricación y del grado de cocción. Si las variaciones de volumen no se producen de modo regular durante el proceso de cocción, las piezas presentarán falta de uniformidad y tensiones. Es necesario, pues, controlar la velocidad de cocción ya que una contracción rápida puede llevar a tensiones y provocar la rotura. En la cocción de productos cerámicos preparados con materias primas arcillosas, es importante considerar el intervalo de cocción, es decir, el rango de temperatura entre el inicio de la vitrificación (formación de fase vítrea) y el inicio de la deformación. Este intervalo depende de las características de la pasta y debe ser lo más amplio posible, debiendo estar la temperatura óptima de cocción dentro de dicho intervalo, no demasiado cerca del inicio de la vitrificación para que el material no sea demasiado poroso, y no demasiado cerca del inicio de la deformación para que la pieza no quede deformada. Con un intervalo de cocción demasiado corto, cualquier pequeña diferencia de temperatura del horno hace que el producto pase de poco a demasiado cocido.

La Industria Cementera

El cemento Portland es un conglomerante o cemento hidráulico que cuando se mezcla con áridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas tiene la propiedad de conformar una masa pétrea resistente y duradera denominada hormigón. Es el más usual en la construcción y es utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón (llamado concreto en Hispanoamérica). Como cemento hidráulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.

La fabricación del cemento Portland se da en tres fases:

preparación de la mezcla de las materias primas producción del clinker. preparación del cemento.

Las materias primas para la producción del portland son minerales que contienen:

óxido de calcio (44 %), óxido de silicio (14,5 %), óxido de aluminio (3,5 %), óxidos de hierro (3 %) óxido de manganeso (1,6 %).

La extracción de estos minerales se hace en canteras, que preferiblemente deben estar próximas a la fábrica. Con frecuencia los minerales ya tienen la composición deseada; sin embargo en algunos casos es necesario agregar arcilla, o bien carbonato de calcio, o bien minerales de hierro, bauxita, u otros minerales residuales de fundiciones.

Esquema de un horno.

La mezcla es calentada en un horno especial, con forma de un gran cilindro (llamado kiln) dispuesto casi horizontalmente, con ligera inclinación, que rota lentamente. La temperatura aumenta a lo largo del cilindro hasta llegar a unos 1400 °C, que hace que los minerales se combinen pero sin que se fundan o vitrifiquen.

En la zona de menor temperatura, el carbonato de calcio (calcáreo o caliza) se disocia en óxido de calcio y dióxido de carbono (CO2). En la zona de alta temperatura el óxido de calcio reacciona con los silicatos y forma silicatos de calcio (Ca2Si y Ca3Si). Se forma también una pequeña cantidad de aluminato tricálcico (Ca3Al) y ferroaluminato tetracálcico (Ca4AlFe). El material resultante es denominado clínker. El clínker puede ser conservado durante años antes de proceder a la producción

del cemento, con la condición de que no entre en contacto con el agua.

La energía necesaria para producir el clínker es de unos 1700 julios por gramo, pero a causa de las pérdidas de calor el valor es considerablemente más elevado. Esto comporta una gran demanda de energía para la producción del cemento y, por tanto, la liberación de

gran cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, un gas de efecto invernadero.

Para mejorar las características del producto final al clínker se agrega aproximadamente el 2 % de yeso (aljez) y la mezcla es molida finamente. El polvo obtenido es el cemento preparado para su uso.

El cemento obtenido tiene una composición del tipo:

64 % óxido de calcio 21 % óxido de silicio 5,5 % óxido de aluminio 4,5 % óxidos de hierro 2,4 % óxido de magnesio 1,6 % sulfatos 1 % otros materiales, entre los cuales principalmente agua.

Cuando el cemento Portland se mezcla con agua se obtiene un producto de características plásticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su resistencia característica. El endurecimiento inicial es producido por la reacción del agua, yeso y aluminato tricálcico, formando una estructura cristalina de calcio-aluminio-hidrato, estringita y monosulfato.

El sucesivo endurecimiento y el desarrollo de fuerzas internas de tensión derivan de la reacción más lenta del agua con el silicato tricálcico formando una estructura amorfa llamada calcio-silicato-hidrato. En ambos casos, las estructuras que se forman envuelven y fijan los granos de los materiales presentes en la mezcla. Una última reacción produce el gel de sílice (SiO2). Las tres reacciones generan calor.

Con el agregado de materiales particulares al cemento (carbonato de calcio (calcáreo)) o cal) se obtiene el cemento plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios.

La calidad del cemento Portland deberá estar de acuerdo con la norma ASTM C 150.

En el 2004, los principales productores mundiales de cemento de Portland fueron Lafarge en Francia, Holcim en Suiza y Cemex en México. Algunos productores de cemento fueron multados por comportamiento monopolístico.

La Industria Ladrillera

Los ladrillos existen desde mucho tiempo atrás pero su uso ha ido cambiando, hasta convertirse en una de las industrias más productivas y por tanto la forma de fabricación de ladrillos se ha hecho más práctica hoy en día y existe en todo el mundo. No hay complicaciones en convertir la arcilla conformada por sílice, agua, alúmina, oxido de hierro y magnesio así como de calcio y otros materiales alcalinos en un ladrillo. La fabricación de estos sigue etapas que enseguida comentamos.

La arcilla es el material básico del ladrillo, debido a que cuando se humedece se convierte en una masa fácil de manejar y se moldea muy fácilmente, por lo que para proceder a fabricar ladrillos, hay que humedecer bien la arcilla. Ya manejable se moldea y para endurecerla y convertirla en ladrillo se procede por el método de secado, éste es de los más antiguos o por cocción que resulta más rápido. Como pierde agua su tamaño se reduce pero muy poco, alrededor de un 5%. El proceso de fabricación de los ladrillos conlleva:

Etapa de maduración: Es cuando se procede a triturar la arcilla, se homogeniza y se deja un cierto tiempo en reposo para que así la misma obtenga consistencia uniforme y se pueda adquirir ladrillos con el tamaño y consistencia que se desea. Se deja que repose expuesta a los elementos para que desprenda terrones y disuelva nódulos, así como que se deshaga de las materias orgánicas que pueda contener y se torne puro para su manipulación en la fabricación.

Etapa de tratamiento mecánico previo: Concluido el proceso de maduración, la arcilla entra la etapa de pre-elaboración, para purificar y refinar la arcilla, rompiendo los terrones existentes, eliminando las piedras que le quitan uniformidad, y convirtiendo la arcilla en material totalmente uniforme para su procesamiento.

Etapa de depósito de materia prima procesada, cuando ya se ha uniformado la arcilla se procede a colocarla en un silo techado, donde la misma se convertirá en un material homógeneo y listo para ser manipulado durante el proceso de fabricación.

Etapa de humidificación, sigue a la etapa de depósito que ha sufrido la arcilla, en esta fase se coloca en un laminador refinado al que seguirá una etapa de mezclador humedecedor donde se irá humidificando para obtener la consistencia de humedad ideal.

Etapa de moldeado, es cuando se procede a llevar la arcilla a través de una boquilla, que es una plancha perforada en forma del objeto que se quiere elaborar. El proceso se hace con vapor caliente saturado a 130°C, lo que hace que el material se compacte y la humedad se vuelve más uniforme.

Etapa de secado, con esta etapa se procede a eliminar el agua que el material absorbió durante el moldeado, y se hace previo al cocimiento. Suele hacerse usando aire en el secadero controlando que el mismo no sufra cambios para que el material no se dañe.

Etapa de cocción: Esta etapa es la que se realiza en los hornos en forma de túnel, con temperaturas extremas de 90°C a 1000°C , y donde el material que se ha secado previamente se coloca por una entrada, en grupos para que se someta al proceso de cocimiento y sale por el otro extremo cuando ha completado el mismo. Durante el mismo se comprueba la resistencia que se ha logrado del material.

Etapa de almacenaje, cuando el producto se ha cocido y es resistente y llena las exigencias de calidad, se coloca en formaciones de paquetes sobre los denominados ―pallets‖ que hcen fácil su traslado de un lugar a otro. Los mismos se van atando ya usando cintas metálicas o de plástico para que los mismos no corran riesgo de caerse y dañarse, y de esa manera es más fácil la manipulación porque pueden llevarse a los lugares de almacenamiento.

El almacenamiento es un punto importante dentro del proceso de fabricación de ladrillos, porque debe ser un lugar que los proteja de los elementos como el agua, el sol excesivo o la humedad extrema que podrían en alguna manera mermar su calidad. Además de que permita que los mismos puedan manipularse fácilmente, o sea trasladarse cuando hay que despacharlos o mover de lugar para inventariar y otras tareas.

Esta es una forma de procesamiento del ladrillo en forma industrial pero las etapas suponen las mismas para la fabricación de ladrillos artesanales o manuales que aunque de igual calidad en algunas ocasiones suelen ser irregulares en su forma, pero

que igual cumplen las expectativas de construcción y durabilidad para usarlos en interiores y exteriores, y que se siguen usando en muchos países en vías de desarrollo porque luego del uso del adobe, que duraba menos y estaba menos apto para resistir los embates de los elementos, el ladrillo sigue siendo hoy en día uno de los materiales de construcción más utilizados en el mundo.

1.5.- Secado

Descripción

Operación de separación líquido-sólido cuyo objetivo es separar un líquido volátil de un sólido no volátil por vaporización.

Se diferencia de la evaporación en:

La relación de cantidad de agua evaporada a producto tratado es mucho menor en el secado

La temperatura de operación es por lo general menor, pues para secar no es necesario alcanzar la ebullición

El secado suele ser la operación de acabado de los productos sólidos que tiene como finalidad facilitar su manipulación o su conservación. Se usa ampliamente en la industria agroalimentaria, pues por debajo de un 10% de humedad los microorganismos ya no son activos y por debajo del 5% de humedad los alimentos conservan mejor las propiedades nutritivas y los aromas.

Aplicaciones

Operación final de numerosos procesos (especialmente en la industria alimentaria), dejándose el producto listo para su envasado.

Acondicionamiento de un material para adecuar su humedad a operaciones posteriores (Ej. secado de orujo previo a la extracción del aceite con disolvente).

Tratamiento de residuos contaminantes para facilitar su almacenamiento y transporte.

Otros ejemplos del proceso de secado

En muchos procesos industriales, la retirada de agua o residuos acumulados sobre la superficie de los productos puede suponer un problema. Las soluciones de secado permiten procesar componentes de manera uniforme y exhaustiva, eliminando la posibilidad de piezas inadecuadamente secadas y los consiguientes gastos de repetición.

Los cuchillos de aire, suelen ser lo bastante flexibles como para permitir secar un número infinito de configuraciones de componentes, desde orificios ciegos hasta productos de diversas formas y tamaños.

Entre algunos ejemplos de los numerosos problemas que han podido ser resueltos con los sistemas de cuchillos de aire se mencionan los siguientes:

Sector alimentario, incluidos alimentos frescos

Los sistemas de secado de cuchillas pueden realizar muchas tareas necesarias en la industria alimentaria, como secar, extender aceite, eliminar la estática y mucho más.

Un ejemplo de ello son: El Secado de patatas / tomates antes de su envasado; eliminación del exceso de empanado en pollos y pescados; secado de trozos de patatas antes de freírlas, aplicación de aceite sobre bases de pizzas, el Secado de quesos, etc.

En cualquier sistema transportador del sector alimentario, en el que es necesario eliminar completamente el agua y la humedad de la superficie, los revestimientos requieren un control exacto del espesor, así como la retirada de materias sólidas o residuos, o la eliminación de la estática.

Limpieza general de piezas y otras aplicaciones de transporte

Independientemente de la velocidad de la línea y de los requisitos particulares de su cinta transportadora, Los sistemas de cuchillas de secado pueden ayudar con la limpieza y el secado.

Los cuchillos de aire son especialmente idóneos para el procesamiento de productos y la fabricación de piezas. Ofrecen una amplia variedad de soluciones para la limpieza y secado continuos y controlados de sistemas transportadores.

Las aplicaciones incluyen: Dispositivos de sujeción de productos, dispositivos de sujeción por vacío, limpieza de sistemas transportadores y líneas de producción de cualquier velocidad.

Aplicaciones para la industria de la automoción

Se tiene una vasta experiencia en el diseño de sistemas de secado por cuchillos de aire que se utilizan prácticamente en todas las fases de la fabricación de vehículos.

Las aplicaciones incluyen: Carrocerías de camiones y coches / Componentes de motores [por ejemplo, bloques de motor, árboles de levas, placas de embragues] / Accesorios [por ejemplo, parachoques de plástico, salpicaderos, ruedas, faros, parabrisas y retrovisores].

Productos y extrusiones para bandas de secado

Los sistemas pueden reducir el riesgo de contaminación y son aptos para procesar goma, plástico, chapa de metal y otros materiales.

La tecnología de cuchillos de aire es ideal para el procesamiento de goma y de láminas metálicas y de plástico.

Permite evitar la contaminación debido al contacto de sustancias químicas.

Las aplicaciones incluyen: Bandas de aluminio, bobinas de acero y latón, extrusiones para ventanas de plástico, hilos metálicos y cables, extrusiones de goma, incluyendo neumáticos.

Aplicaciones de secado de botellas y latas

El sistema de Los cuchillos de aire se han ganado una merecida reputación entre las principales empresas de la industria, y ha implantado diversas soluciones de secado para el sector del embotellado/enlatado.

Ofrecen un amplio surtido de productos que garantizan que todos los procesos de las líneas de rellenado/embotellado no se vean afectadas por restos de humedad.

Se han ganado la merecida reputación de líder mundial de soluciones de secado para el sector de embotellado/enlatado, sostenida por numerosos fabricantes de equipos independientes y usuarios finales.

Las aplicaciones incluyen: Secado de recipientes de PET, latas, bolsas, barriles, botellas y frascos de cristal.

Soluciones completas secado de botellas y latas

Si una empresa se dedica al llenado de latas, botellas, tarros en Vidrio, PET, HDPE o metálicos, la gama de sistemas de secado accionados por soplador de cuhcillos ha hecho pasar a la historia todos sus problemas de acumulación de humedad no deseada en las superficies.

Los sistemas de secado por cuchillas obtienen las más altas prestaciones en el llenado en frío y en caliente, y le permiten sacar el máximo partido de las últimas innovaciones en tecnología de etiquetado y empaquetado, sin tener que renunciar a nada. Tanto si la velocidad de su línea de secado es de 200 latas por minuto como de 70.000 botellas por hora, los sistemas de secado actuales son una solución completa para un empaquetado sin humedad.

Entre los procesos en los que se puede utilizar se cuentan los siguientes:

Codificación por inyección de tinta

Etiquetado con autoadhesiva

Etiquetado con cola

Etiquetado mediante Sleeve

Secado bajo Tapa Twist-Off

Secado bajo Tapón Corona

Secado superior e inferior para evitar oxidación en lata metálica

Los sistemas de secado por cuchillos, algunos se fabrican de serie en acero inoxidable 304. También están disponibles en varias configuraciones distintas, dependiendo de la velocidad de la línea de envasado, de los límites de emisión de ruido y del presupuesto del cliente.

Una compañía líder en la fabricación de secado por cuchillas, introdujo un nuevo sistema, que resuelve todos los problemas mencionados, fue suministrado por Air Control Industries y está basado en la tecnología ‗JetPlate‘ de esta empresa.

A diferencia de los cuchillos de aire, el sistema JetPlate de ACI no necesita ser ajustado tras su instalación. El sistema JetPlate está basado en dos cámaras impelentes enfrentadas que no solamente suministran aire, sino que además actúan como carriles guía. Ambas cámaras disponen de placas con ranuras de alimentación de aire escalonadas. Esta configuración garantiza que el patrón de alimentación de aire empuje el líquido hacia abajo, alejándolo del producto a medida que éste es transportado por la cinta alejándose de las cámaras. Por otra parte, la proximidad de las cámaras evita el riesgo de que las botellas se caigan.

La serie DRI-Line de ACI está disponible actualmente en tres formatos distintos.

Sistema RM: Sistema abierto de secado

Sistema EL: Sistema semi-cerrado de secado

Sistema LNL: Sistema totalmente cerrado de secado

Todos y cada uno de esos sistemas de secado elimina de forma eficaz y eficiente el agua y el líquido de las zonas del producto identificadas como críticas. Por ejemplo:

Líquido atrapado en zonas inaccesibles, tales como debajo de los tapones de chapa de las botellas de cerveza.

Líquido de la superficie de la base cóncava de las latas antes de aplicar los códigos por chorro de tinta

Líquido de la superficie de cuellos y cuerpos de botellas (de cristal y PET) antes de la aplicación de etiquetas envolventes y de papel.

Líquido de la superficie de los cuellos y los cuerpos de las botellas antes de la aplicación de etiquetas envolventes y de papel.

Capacidades de rendimiento de la serie DRI-Line:

Botellas de cristal y PET: de 0,33 a 2,5 litros, y de 5.000 a 70.000 botellas por hora con llenado en frío y en caliente

Botellas de vino: de 0,3 a 1,5 litros, y de 5.000 a 60.000 botellas por hora con llenado en frío y en caliente

Latas: de 28 ml a 625 ml, y hasta 80.000 latas por hora con llenado en frío y en caliente.

Materiales DRI-Line:

Todo el acero inoxidable que se emplea en la fabricación de los sistemas de secado DRI-Line de ACI cumple con las normas Euronorm 1.4301 y 1.4401.

Todos los afianzadores son de categoría A2 (AISI 304) ó A4 (AISI 316).

Las placas de los extremos y las pantallas antisalpicaduras para secadores de tapones están hechas de policarbonato Makrolon

Materiales del soplador EP10A: Motor: aluminio

o Cabezal del soplador y soporte de montaje: aleación de aluminio LM25 o Conjunto del eje: acero EN40B o Protector de correa: plástico ABS o Correa: compuesto de caucho

Liofilización

Fundamento La liofilización es una forma de desecado en frío que sirve para conservar sin daño los más diversos materiales biológicos. El producto se conserva con muy bajo peso y a temperatura ambiente y mantiene todas sus propiedades al rehidratarse. En el proceso, primero se congela el material, y luego el hielo se elimina por sublimación.

Proceso Es un proceso en el que se congela el alimento y una vez congelado se introduce en una cámara de vacío para que se separe el agua por sublimación. De esta manera se elimina el agua desde el estado sólido del alimento al gaseoso del ambiente sin pasar por el estado líquido. Para acelerar el proceso se utilizan ciclos de congelación-sublimación con los que se consigue eliminar

prácticamente la totalidad del agua libre contenida en el producto original.

VARIANTES

Liofilización natural

Como proceso industrial se desarrolló en los años 50 del siglo XX, pero sus principios eran ya conocidos y empleados por los incas. El procedimiento ancestral consistía en dejar por la noche que los alimentos se congelasen por la acción del frío de los Andes y gracias a los primeros rayos de sol de la mañana y la baja presión atmosférica de las elevadas tierras andinas se producía la sublimación del agua que se había congelado.

Liofilización artificial.

1) Enfriamiento por contacto directo del producto con una superficie o ambiente enfriado:

Es una técnica estática, en la cual el dispositivo enfriador debe permitir una disminución de orden de 1 a 4ºC/min hasta la temperatura segura. Para la mayoría de los productos un freezer comercial -18ºC/-20ºC será suficiente, además de recomendable.

2) Enfriamiento rotacional en un baño refrigerante: es un método dinámico más usado para grandes cantidades de líquidos y tiene dos variantes:

2.1 - Spin freezer: el frasco montado (puesto) en un dispositivo es girado en su eje longitudinal y el producto distribuido por la fuerza centrífuga, se solidifica en las paredes.

2.2 - Shell freezing: es una técnica similar a la del spin freezer, pero usando un montaje horizontal.

OTROS USOS PRACTICOS QUE SE PUEDEN LIOFILIZAR

Industrialmente, se liofilizan alimentos “instantáneos” (sopas y cafés, por ejemplo) y frutas finas como frambuesas, frutillas o frutas tropicales.

Además, se pueden liofilizar para su conservación: Materiales no vivientes tales como plasma sanguíneo, suero, soluciones de hormonas, productos farmacéuticos biológicamente complejos como vacunas, sueros y antídotos.

Trasplantes quirúrgicos con mucho tejido conectivo: arterias, piel y huesos Microorganismos simples destinados a durar largos períodos de tiempo sin heladera, como bacterias, virus y levaduras.

El proceso no es apto para células de tejidos blandos, que si bien se pueden liofilizar, pierden su viabilidad en el proceso.

La Liofilización es ampliamente usada para la conservación de plasma sanguíneo y productos alimenticios: detiene el crecimiento de microorganismos (hongos, moho, etc.),

inhibe el deterioro de sabor y color por reacciones químicas, enranciamiento y pérdida de propiedades fisiológicas; y facilita el almacenamiento y la distribución.

No sólo se obvia la necesidad de una cadena de frío, sino que, a pesar de la gran pérdida de peso, los productos mantienen el volumen y la forma original.

1.6.- Tostación

PROCESOS DE OBTENCIÓN DE METALES En la antigüedad los procesos metalúrgicos se fueron desarrollando por técnicas de ensayo y error, ya que las innovaciones en los procesos muchas veces eran el resultado de accidentes o a veces de una imaginación ingeniosa, por ejemplo, alrededor de 4000 a.c. el hombre aprendió a producir cobre y bronce mediante la fusión de menas de cobre y estaño utilizando como combustible el carbón; hoy en día los procesos utilizados para obtener los distintos metales se han desarrollado enormemente en cuanto a la tecnología que se emplea en ellos. En la última etapa de los procesos metalúrgicos se clasifican los procesos en: Pirometalúrgicos, tales como, el secado y la calcinación, además de la tostación de menas de sulfuros, la aglomeración y sinterización de menas de óxidos y sulfuros, el tratamiento de los gases de tostación, la reducción de los óxidos metálicos y la refinación del metal obtenido. Hidrometalúrgicos, tales como, lixiviación, intercambio iónico y extracción por disolventes.

Electrometalúrgicos, tales como, electrobeneficio y electrorefinación

TOSTACIÓN DE SULFUROS La tostación es la oxidación de sulfuros metálicos para producir óxidos metálicos y dióxido de azufre, ejemplos típicos son:

2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2 4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

Las menas de cobre, zinc y plomo típicamente se tuestan con el principal propósito de convertir a estas menas en óxidos para su posterior tratamiento de reducción. El dióxido de azufre, por lo tanto, es un subproducto del proceso de tostación.

La mayor parte del ácido sulfúrico se obtiene por un proceso en el cual el dióxido de azufre proveniente de la tostación de sulfuros reacciona con más oxígeno, utilizando óxido de vanadio como catalizador, para formar trióxido de azufre mediante la reacción:

V2O5 2 SO2 + O2 2 SO3

El trióxido de azufre es un gas que se combina con el agua para obtener ácido sulfúrico líquido mediante la siguiente reacción:

SO3 + H2O H2SO4 En muchos países industrializados se producen millones de toneladas de H2SO4 cada año. Éste ácido se utiliza en la manufactura de fertilizantes, papel, detergentes, tintes, plásticos, pinturas y en la industria del hierro, del acero y la del petróleo. TOSTACIÓN CLORURANTE El propósito de la tostación clorurante es convertir las menas no ferrosas en compuestos de dos tipos: a) Compuestos solubles en agua, utilizando NaCl y oxígeno a temperaturas entre 500 y 600 C mediante la siguiente reacción

MS + 2 NaCl + 2 O2 Na2SO4 + MCl2 El producto tostado se lixivia subsecuentemente en un ácido para recuperar los metales no ferrosos. b) Compuestos volátiles, éste proceso debe realizarse a una temperatura relativamente elevada y puede efectuarse ya sea con cloruro de calcio o con cloro, mediante las reacciones

2 MS + 2 CaCl2 3 O2 + 2 MCl2 + CaO + SO2 MS + Cl2 + O2 MCl2 + SO2

Donde M es un metal no ferroso normalmente Zn o Cu.

En general la tostación es un proceso fuertemente exotérmico y se realiza de varias formas, entre ellas:

a) Por combustión de un montón o pila de mena.

b) En horno de reberbero de solera plana, rastrillando la mena a mano o mecánicamente.

c) En horno cilíndrico o rotatorio ligeramente inclinado, de modo de que la carga entra por un extremo, avanza lentamente a través del horno y sale por el otro extremo.

Horno Rotatorio

d) En horno vertical con estantes o pisos múltiples, donde la mena entra por el estante de arriba, gradualmente se eleva la tempertaura a medida que desciende aquélla, y pasa a través de cada uno de los pisos sucesivos.

Horno Vertical

e) En horno de cama o lecho fluidizado, impulsando aire a través de una delgada capa de mena sobre un enrejado en movimiento.

Horno de Lecho Fluidizado

GLOSARIO:

Energía Cinética y Potencial. La energía mecánica es la suma de la energía Potencial y la Cinética. La energía potencial está vinculada a la posición de los cuerpos. Depende de la altura, como se demuestra en la siguiente fórmula: Ep = m.g.h La energía potencial es igual a la masa del cuerpo multiplicada por la gravedad y por la altura a la que se encuentra desde un centro de referencia. Por ejemplo, desde el suelo. La energía cinética de un cuerpo está determinada por la velocidad que tenga este y su masa. La fórmula es: Ec = ½.m.v

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La energía cinética es igual a un medio del producto entre la masa y el cuadrado de la velocidad. Por otra parte como se ha mencionado, la energía mecánica es la suma entre la energía potencial y cinética. EM = Ep + Ec

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