ndice:Diagrama de Fase..31. Concepto...32. Regla de las
fases.32.1 Reglas de las fases de Gibbs..43. Diagramas de
fases...64. Interpretacin de los diagramas de fases..7 4.1 Sistemas
de un componente...74.2 Sistemas de dos componentes...84.2.1
Insolubilidad total..84.2.2 Solubilidad total sistemas
isomorfos....115. Ley de reparto de masa.....126. Diagramas de
equilibrio en las aleaciones.....126.1 Regla de la
Palanca......137. Termodinmica de soluciones.138. Sistemas a nivel
industrial.15Liofilizacin.151. Concepto..152. Ventajas.153.
Inconvenientes.154. Descripcin del proceso....154.1
Congelacin....164.2 Secado primario.174.2 Secado
secundario....20Punto Triple...21Bibliografia....25DIAGRAMA DE
FASESAntes de comenzar el estudio de los diagramas de fases daremos
algunos conceptos que sern necesarios para suentendimiento:
SISTEMA: Cualquier porcin del universo material que pueda aislarse
completa y arbitrariamente del resto, para considerar los cambios
que puedan ocurrir en su interior y bajo condiciones variantes.
FASE: Cualquier porcin del sistema fsicamente homognea y
separada por una superficie mecnicamente separable de otras
porciones. Por ejemplo, un vaso de agua con cubos de hielo
constituye dos fases distintas de una misma sustancia (agua). Los
cubos de hielo son una fase slida y el agua lquida es una fase
lquida.
COMPONENTES: El menor nmero de variables individuales
independientes (vapor, lquido o slido) por medio de los cuales la
composicin del sistema puede expresarse cuantitativamente.
Normalmente un componente es un elemento, compuesto o solucin del
sistema. As por ejemplo, el vaso de agua con cubos de hielo, es un
sistema en el que hay dos fases pero una sola componente.
VARIANZA DEL SISTEMA (GRADOS DE LIBERTAD): Es el nmero de
variables (presin, temperatura y composicin) que se pueden cambiar
independientemente sin alterar el estado de la fase o de las fases
en equilibrio del sistema elegido. Es la aplicacin de la regla de
las fases al tipo de sistemas bajo consideracin. El nmero de las
variables, las cuales se fijan de manera arbitraria para definir
completamente el sistema, se llama varianza o grados de libertad
del sistema
1. CONCEPTO:Los diagramas de fase son representaciones grficas
de cuales fases estn presentes en un sistema material en funcin de
la temperatura, la presin y la composicin. Son representaciones
grficas de las condiciones termodinmicas de equilibrio.El estado de
equilibrio de un sistema es aquel en el cual sus propiedades no
cambian con el tiempo, a menos que se ejerza una alteracin de la
temperatura, la presin o la composicin, o la aplicacin de fuerzas
externas de tipo elctrico, magntico entre otros.
2. REGLA DE LAS FASES
El nmero total de variables intensivas de un sistema, no
coincide necesariamente con el nmero de grados de libertad, ya que
entre las variables pueden existir ecuaciones que las relacionen,
siendo las libertades solamente las variables independientes. Esto
se puede calcular en un sistema constituido por F fases y C
componentes, restando a nmero de variables total el nmero de
ecuaciones que relacionan entre s estas variables. En un sistema
constituido por un nico componente las nicas variables intensivas
son la presin y la temperatura. En un sistema con una fase y dos
componentes adems de la presin y la temperatura, tenemos que
conocer la relacin entre las cantidades de cada componente; luego
se precisa para conocer el sistema tres datos correspondientes a
los 3 grados de libertad.
Luego de forma general para un sistema de una fase y C
componentes, habr que conocer C-1 razones entre componentes a dems
de la presin y la temperatura, por lo que s el sistema est formado
por F fases, las variables correspondientes a la composicin sern en
total F(C-1), adems de P y T. Por otro lado el equilibrio qumico
del sistema impone que sean iguales lospotenciales qumicos de los
componentes iguales que aparezcan en las distintas fases; si hay F
fases, existirn F-1 relaciones por cada componente. Para C
componentes, el ntotal de ecuaciones ser C(F-1), luego el nmero de
grados de libertad ser:
L =F(C-1)+2 C(F-1)L +F =C +2
La base de todo el trabajo sobre los diagramas de equilibrio es
la regla de fases de Willard Gibbs.
2.1. REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
El diagrama, tambin conocido como diagrama de fase o diagrama de
equilibrio es esencialmente una expresin grfica de la regla de
fases. La ecuacin siguiente presenta la regla de fases en la forma
matemtica usual:
F + L = C + 2
Donde:
F: Nmero de fases presentes en el equilibrioC: Nmero de
componentes del sistemaL: Varianza del sistema o grados de
libertad
Si se aplica la regla de las fases de Gibbs al denominado punto
triple del diagrama de la teniendo en cuenta que en este punto
coexisten tres fases en equilibrio y que hay un solo componente en
el sistema (agua), se puede calcular el nmero de grados de
libertad, as:
F + L = C + 23 + L = 1 + 2L = 0
Esto quiere decir que en este punto, ninguna de las variables
(presin, temperatura o composicin) se puede cambiar sin alterar el
estado de las fases en equilibrio.
Si se considera cualquier punto de la lnea de solidificacin
slido, en cualquier punto de esta lnea habr dos fases que
coexisten. Al aplicar la regla de las fases, tenemos:
F + L = C + 22 + L = 1 + 2L = 1
Esto quiere decir que sobre esta lnea hay un grado de libertad,
y por lo tanto, al especificar por ejemplo una presin, solo hay una
temperatura a la que pueden coexistir las dos fases (slido y
lquido).
Si se considera un punto sobre el diagrama de la figura dentro
de una nica fase, por ejemplo en la fase vapor, al aplicar la regla
de las fases de Gibss, tenemos:
F + L = C + 21 + L = 1 + 2L = 2
Este resultado indica que pueden cambiarse independientemente la
temperatura y la presin y el sistema aun permanecer en una nica
fase.
La mayora de los diagramas de fase binarios que se usan son
diagramas temperatura-composicin en los que la presin se mantiene
constante, normalmente a 1 atm (atmsfera). En este caso se utiliza
la regla de fases condensada, que viene dada por:
F + L = C + 1
Desde el punto de vista metalrgico es importante el estudio de
sistemas de dos o ms componentes que son los que constituyen las
aleaciones: para el caso de dos componentes la regla de las fases
condensada ser:
F + L = 3
3. DIAGRAMAS DE FASESSe trata de un sistema de coordenadas
cartesianas, en el cual se representa la temperatura en grados
centgrados o Fahrenheit en ordenadas, y en las abscisas la
composicin de la aleacin, expresada por los porcentajes en pesos de
los componentes o en tomos. El paso de uno a otro sepuede realizar
de la siguiente forma:
%Atomos de A= 100X/(X+Y(M/N))
%Atomos de B= 100Y(M/N)/(X+Y(M/N))
Donde:M =peso atmico de AN=peso atmico de B X=porcentaje en peso
del metal A Y=porcentaje en peso del metal B.Los datos necesarios
para la construccin de los diagramas de equilibrio se determinan
experimentalmente por medio de una gran variedad de procedimientos,
entre los cuales los ms comunes son: el anlisis trmico,
procedimientos metalogrficos y rayos X. El anlisis trmico es el ms
utilizado. Si representamos grficamente las temperaturas en funcin
del tiempo, a composicin constante, obtenemos una curva de
enfriamiento cuya pendiente cambia al presentarse un cambio de
fase, debido al calor liberado en la transformacin. Este
procedimiento es el ms adecuado para conocer la temperatura inicial
y final de solidificacin, pero no as las correspondientes a los
cambios de fase que se producen totalmente en estado slido, ya que
generalmente el calor desprendido en estas transformaciones es muy
pequeo, y se cuenta con otros mtodos que proporcionan resultados ms
fiables. El hecho de que una curva de enfriamiento presente
discontinuidades supone la existencia de alguna irregularidad en el
cuerpo que se enfra, lo que debe interpretarse como la realizacin
de un proceso fsico qumico que se produce con desprendimiento de
calor, lo que retrasa el enfriamiento, reflejndose en la grfica por
una disminucin de su pendiente; cuando el fenmeno cesa la curva
vuelve a su pendiente natural. Este estudio se puede realizar en
funcin de la regla de las fases, sabiendo que cuando la curva
presenta horizontalidad, supone que la temperatura no cambia con el
tiempo, por lo que al ser la presin constante, esto supone
invarianza en el sistema, es decir el nmero de libertades es cero y
el de fases mximas. Cuando el fenmeno cesa la curva vuelve a
aumentar supendiente al disminuir el nmero de fases.Los resultados
obtenidos al estudiar por medio de las curvas de enfriamiento
infinitamente lento, son las temperaturas correspondientes a los
cambios de fases para distintas concentraciones de los elementos
que constituyen el sistema. Estos puntos de temperaturas obtenidas
para distintas concentraciones se representan grficamente en unos
ejes coordenados con temperaturas en ordenadas y composicin en
abscisas. Estas representaciones son lo que se conoce con elnombre
de diagrama de equilibrio.
4. INTERPRETACION DE LOS DIAGRAMAS DE FASE
4.1. SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Las variables independientes en sistemas de un componente estn
limitadas a la temperatura y la presin ya que la composicin es
fija. En un diagrama de fases de un sistema de un componente se
pueden distinguir:
Lneas univariantes: en las que hay dos fases presentes. Es el
caso de las lneas solidificacin, vaporizacin y sublimacin del
diagrama anterior. En estas lneas coexisten dos fases y para cada
temperatura existe una presin determinada. Zonas bivariantes: zonas
del diagrama donde slo est presente una fase, a diferentes
presiones y temperaturas, tales como las zonas de lquido, slido o
vapor del diagrama anterior. Puntos invariantes: en los que
coexisten tres fases.
4.2. SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Los sistemas de dos componentes tienen tres variables
independientes, temperatura, presin y composicin. En los sistemas
de importancia a nivel industrial, donde la presin de vapor
permanece muy baja para grandes variaciones en la temperatura, la
variable presin y la fase gaseosa pueden no ser consideradas. Por
lo tanto los diagramas pueden reducirse a dos dimensiones
representando la composicin en las abscisas y la temperatura en las
ordenadas.
En los sistemas binarios bajo estas condiciones pueden coexistir
tres fases produciendo una condicin invariante (punto triple); dos
fases producen una condicin univariante (lnea) y una fase una
condicin bivariante (zona de equilibrio). Los puntos invariantes
presentan nombres particulares:
EUTCTICOPERITCTICOMONOTCTICOSINTCTICAMETATCTICOEUTECTOIDEPERITECTOIDEMONOTECTOIDEA.Slido
+ Slido Lquido B.Slido Slido + Lquido C.Slido + Lquido 1 Lquido
2D.Slido Lquido 1 + Lquido 2E.Slido + Lquido Slido F.Slido + Slido
Slido G.Slido Slido + Slido H.Slido + Slido 2 Slido 1
4.2.1. INSOLUBILIDAD TOTAL
Se presenta cuando dos compuestos A y B son totalmente
insolubles entre si en estado slido. Se pueden considerar las
siguientes situaciones:
A.Si A y B carecen de afinidad entre s.
Supngase que se tiene un fundido homogneo de A y B a una
temperatura mayor que TB, donde cada uno de sus componentes tiene
una temperatura de solidificacin definida, TA y TB siendo TB>
TA. Si se comienza a enfriar el fundido, los tomos de A
obstaculizan la solidificacin de B y se hace necesario un descenso
de la temperatura hasta TB para que B pueda comenzar a solidificar.
A pesar de que la temperatura de solidificacin de B es TB, la
presencia de una segunda fase (A) en un fundido inicial de
composicin A + B, hace que esa temperatura de solidificacin no sea
exactamente la misma en la prctica.
La solidificacin de la fase B en presencia de la fase A ocurre a
una temperatura TB, que ser ms parecida a TA mientras ms cantidad
de fase A exista y ms parecida a T mientras ms fase B exista. La
accin perturbadora de A se debe tanto a la energa cintica de sus
tomos como al efecto barrera que ellos oponen a los tomos de B para
que ellos se adicionen al slido que se est formando.
B.Si entre A y B existe afinidad qumica para formar otro
compuesto estequiomtrico AxBy.
La red cristalina del compuesto C (AxBy) suele ser distinta de
la red de A y de la red de B, y ms estable que ellas. Esto se debe
a que la agrupacin de tomos de A y B obedece a una atraccin entre
ambos, enlace inico, enlace covalente, etc. superior a la energa de
enlace de los tomos de A entre s y de B entre s.La solidificacin se
inicia cuando se ha disminuido suficientemente la temperatura hasta
equilibrar la energa cintica de los tomos (repulsin) con la
afinidad qumica (fuerzas de atraccin) que tiende a reagruparlos en
forma de red slida del compuesto. Dado que la atraccin de los tomos
A y B es superior a la energa de enlace de cada elemento, esa
temperatura de solidificacin Tc, es ms elevada que TA y TB. Cuando
se ha llegado a Tc, la primera fraccin que solidifica deja al
lquido con la misma proporcin de tomos A y B que haba en el lquido
inicial y por ello la solidificacin proseguir a temperatura
constante dando una estructura constituida por granos del compuesto
C. Cuando existe en el lquido un exceso de tomos de A respecto a la
composicin estequiomtrica AxBy, la solidificacin es similar a la de
dos compuestos insolubles A y C (siendo C en este caso el compuesto
AxBy). La solidificacin de C se inicia a una temperatura Tc
inferior a Tc (Tc es tanto menor, cuanto mayor sea el exceso de
tomos de A). El lquido restante, enriquecido en A respecto a su
composicin inicial, requerir un nuevo descenso de temperatura para
que, disminuyendo la energa cintica de los tomos de A en el lquido,
la solidificacin de C pueda seguir.La solidificacin de C tiene
lugar en un intervalo de temperatura hasta alcanzar la temperatura
Ta, momento en el que el lquido residual, compuesto slo por tomos
de A, solidifica libremente a temperatura constante, como lo hacen
los elementos puros. El resultado ser un compuesto constituido por
granos de C (constituyente primario), contorneados por una matriz
de granos de A, solidificados a temperatura TA.La naturaleza del
constituyente matriz determina siempre el comportamiento trmico del
compuesto; claro est, que si la cantidad del compuesto qumico
primario fuera tan grande que los granos de C entraran en contacto
entre s, podra designarse a ste como constituyente matriz.
C.Si A y B presentan afinidad eutctica.
Se presenta cuando A y B tienden a formar un compuesto de
composicin AxBy estable en estado lquido hasta temperaturas
inferiores a TA y TB.
Siendo TA y TB respectivamente las temperaturas de solidificacin
del compuesto A puro y B puro y teniendo la mezcla lquida
exactamente a la proporcin AxBy; suponiendo TA>TB, si desciende
la temperatura hasta TA, los tomos de A no llegarn a solidificar,
pues la afinidad eutctica induce a que en el lquido la proporcin
siga siendo de x tomos de A y y tomos de B. Por consiguiente, nada
de lquido A solidificar hasta tanto no pueda solidificar tambin B.
Pero tampoco se inicia la solidificacin al alcanzar la temperatura
TB.
4.2.2. SOLUBILIDAD TOTAL. SISTEMAS ISOMORFOS
En algunos sistemas binarios, los dos elementos son
completamente solubles entre si tanto en estado slido como lquido.
En estos sistemas slo existe un tipo de estructura cristalina para
todas las composiciones de los componentes y, por tanto, se les
denomina sistemas isomorfos. En relacin a los dos elementos que se
disuelven completamente entre si, normalmente satisfacen una o ms
de las condiciones formuladas por el metalrgico ingls Hume-Rothery,
conocidas como reglas de solubilidad:
La estructura cristalina de cada elemento de la solucin slida
debe ser la misma El tamao de los tomos de cada uno de los dos
elementos no debe diferir en ms de un 15%. Los elementos no deben
formar compuestos entre si, o sea que no debe haber diferencias
apreciables entre las electronegatividades de ambos elementos. Los
elementos deben tener la misma valencia.
5. LEY DE REPARTO DE MASAEn la zona donde existen dos fases, el
clculo de lascantidades relativas de cada una de ellas se obtiene
por la ley de reparto de las masas que a continuacin se deduce. Si
se considera un sistema de masa mi y composicin xi, a temperatura
Ti, correspondiente al punto sealado en la figura con la marca x;
sean mAymBlas masas respectivas de cada una de las fases que se
separan, la primera de composicin xAy la otra de composicin xB.
Por la ley de conservacin de las masas m = mA +mB, mientras que
la conservacin del componente B exige que mientras que la
conservacin del componente B exige que
de stas dos ecuaciones se deduce que:
6. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO EN LAS ALEACIONES
Si se trata de una aleacin de dos metales (A y B), se representa
la temperatura en ordenadas y la composicin en abscisas. En los
diagramas de fases las disoluciones slidas se suelen representar
por las primeras letras del alfabeto griego. Lnea de lquidus: es la
lnea superior del diagrama; representa el inicio de la
solidificacin y marca la transicin entre la fase lquida y la fase
liquida + slida. Lnea de slidus: es la lnea inferior del diagrama;
representa la transicin entre la fase lquida + slido y la fase
slida.
6.1. REGLA DE LA PALANCAEn el diagrama anterior, el punto D se
encuentra en un estado bifsico en el que coexisten una fase slida a
y otra lquida L. La composicin qumica del slido y lquido puede
determinarse por la regla de la horizontal, trazando una horizontal
que pase por el punto D y que corte las lneas de fase,
determinndose Ca y CL.Si llamamos WL al tanto por uno que tenemos
de masa lquida en el punto D y Wa al tanto por uno que tenemos de
la masa slida en el mismo punto, podemos determinar dichas masas
mediante unas ecuaciones, aplicando lo que se conoce como regla de
la palanca. C0 = Concentracin del elemento A o B correspondiente al
punto D.CL= Concentracin del lquido correspondiente al elemento A o
B.Ca = Concentracin del slido correspondiente al elemento A o B.Si
utilizamos concentraciones del elemento A, las ecuaciones
correspondientes a Wa y WL son:
7. TERMODINMICA DE SOLUCIONESLas propiedades termodinmicas de
las soluciones se suelen trabajar en base molar y se definen en
funcin de las correspondientes a sus componentes en la mezcla,
denominadas propiedades molares parciales. Las propiedades molares
y molares parciales se definen respectivamente como (Darken y
Gurry, 1953):
La propiedad molar parcial de un componente se puede interpretar
como el cambio experimentado por la respectiva propiedad molar al
adicionar un mol de dicho componente a una cantidad muy grande de
solucin. Desarrollando el numerador de la expresin a temperatura y
presin constantes se obtiene:
Integrando esta expresin conservando la composicin constante y
reemplazando en el resultado la expresin se llega a:
Si la composicin no cambia se tiene que
Esta expresin es conocida como la ecuacin de Gibbs-Duhem y
permite relacionar las propiedades molares parciales de los
componentes en una solucin. Derivando la expresin se obtiene:
Esta expresin permite obtener las propiedades molares parciales
de los componentes a partir de las propiedades molares de la
solucin. Aplicando a un sistema binario formado por los componentes
A y B se obtiene:
8. SISTEMAS A NIVEL INDUSTRIALLos diagramas de fase son de gran
importancia en la ingeniera, pues apoyan, entre otros, estudios de
solidificacin, microestructura, metalurgia con propiedades de diseo
y de este modo concebir y optimizar dichos procesos para obtener el
producto deseado. Tradicionalmente, el tratamiento de los diagramas
de fase ha sido esencialmente emprico, a pesar de que tienen un
fundamento termodinmico bien definido. Algunos sistemas de un
componente que son de inters a nivel industrial, son el del hierro
puro, el del magnesio, que es un material notablemente liviano, el
de la Slice (SiO2), el del Carbono (de especial inters en la
fabricacin de diamantes sintticos), entre otros.
LIOFILIZACIN1. CONCEPTOLa liofilizacin es un proceso de
deshidratacin de productos bajo baja presin (vaco) y moderada
temperatura. En la liofilizacin no ocurre la evaporacin del agua a
partir del estado lquido, normal en procesos de secados, sino la
sublimacin del hielo. Por este motivo los productos deben
permanecer obligatoriamente solidificados (congelados) durante el
secado. La liofilizacin es un conjunto de procesos, no solo el
secado, y en ello el material resultante se presentar seco, pero
con todas las caractersticas del producto original - forma, color,
aroma, sabor y textura estarn preservados en el producto seco. Eso
diferencia y destaca el proceso de liofilizacin de los otros
utilizados en deshidrataciones.
2. VENTAJAS
Empleo de temperaturas muy bajas, circunstancia que permite
aumentar la estabilidad del producto y disminuir la prdida de
sustancias voltiles Producto final liofilizado, es decir, con alta
porosidad, solubilidad rpida y completa y condiciones estriles
Contenido final de humedad < 0.5 % Empleo de vaco: no existe
oxidacin
3. INCONVENIENTES coste elevado de los equipo consume energtico
elevado proceso largo (24 h)
4. DESCRIPCION DEL PROCESOCongelacin
Desecacin Primaria
Desecacin Secundaria
4.1. CONGELACINEn las liofilizaciones, los congelamientos de los
productos son las etapas principales, pues interfieren directamente
en las apariencias y en las cualidades de los productos finales. No
hay una regla general para la fase de congelamiento de todos los
productos que pueden ser liofilizados - es necesario determinar
experimentalmente cada producto. En muchos casos, cuando una
solucin acuosa es enfriada, la cristalizacin del agua se inicia
abajo de su punto de solidificacin. En este momento, en un sistema
en lo que haya falta de enucleacin, el producto se podr tornar
superfro (muy fro) y la cristalizacin se realizar precipitadamente
por un simple choque fsico. Si un producto es rpidamente enfriado
podrn ocurrir formaciones de cristales irregulares que, fatalmente,
imposibilitarn un secado uniforme. Esto comnmente - ocurre en los
congelamientos realizados en los interiores de las propias cmaras
de secado de los liofilizadores y es uno de los motivos que nos
llev a preferir desarrollar y recomendar el uso de congeladores.
Congelamientos lentos llevarn que el agua contenida en el producto
forme grandes cristales de hielo con formacin de estructuras
relativamente abiertas despus del secado (sublimacin). Grandes
cristales (puntiagudos), tambin, pueden romper las membranas
celulares de los productos. Congelamientos rpidos producirn
cristales pequeos que aglomerados dificultarn el pasaje y la
retirada del vapor de agua, sublimndose durante el secado. La
tcnica ms adecuada para cada producto deber ser individualmente
ensayada tomando en cuenta, entre otros factores, el perfil de la
temperatura, el recipiente que lo contiene, la conductividad trmica
del recipiente y del producto y el ambiente superfro (congelador).
Tambin la concentracin y la viscosidad del producto influenciarn
decisivamente en todo el proceso.
4.2. SECADO PRIMARIO
El material congelado se somete a la accin del vaci producindose
la sublimacin.
En esta etapa del proceso son dos los puntos crticos que deben
considerarse con especial atencin.
En primer lugar hay que tener en cuenta un fenmeno de
transferencia trmica, ya que la sublimacin es un fenmeno endotrmico
es necesario durante el proceso proporcionar calor a la masa
congelada.
Si este calentamiento no se efecta, se producir un sobre
enfriamiento de esta, dificultndose la sublimacin. Este calor
aportado es necesario para compensar el enfriamiento producido por
el vapor de hielo y la temperatura de equilibrio recibe el nombre
de temperatura de desecacin.
La desecacin se producir desde la superficie del producto
expuesta al vaco hacia abajo.
El otro punto crtico a tener en cuenta lo constituye la
transferencia de masa y se refiere a la eliminacin del vapor de
agua que se produce en la sublimacin.
Si se considera que a la presin de 0.1 Torr un gramo de agua
ocupa un volumen de 9.500 litros, se comprender la magnitud del
problema que significa remover del sistema esta enorme cantidad de
vapor de agua.
Ambos problemas inciden en la velocidad del proceso.
Para que la sublimacin se produzca en buenas condiciones todo el
material debe estar congelado, por lo tanto al aportar calor
durante el proceso es importante evitar que se funda la masa, lo
que podra producir alteraciones debidas a la formacin de soluciones
hipertnicas y a la presencia de liquido intersticial que por accin
del vaci, ebulle bruscamente con produccin de abundante espuma la
cual deforma la pastilla estructuralmente, fenmeno denominado
puffing que puede llevar al deterioro del producto.
Se comprender entonces la importancia de conocer la temperatura
hasta la cual se puede calentar el material sin que se funda, es
decir la temperatura del producto no debe pasar el punto de eutexia
en todo el proceso de secado primario.
El peligro se presenta no a nivel de del producto desecado,
enfriado constantemente por el vapor de hielo que lo atraviesa a
travs de la interfase producto del secado-hielo, si no a nivel de
la zona de contacto del hielo con la placa del equipo liofilizador
donde hay un intercambio constante de temperatura entre el frasco
con el producto congelado y el entorno. (para que el fenmeno de
sublimacin exista debe haber un equilibrio entre el fro que sede el
vapor de hielo al producto que se esta desecando y el calor que el
hielo debe entregar al vapor para que este se forme, este calor
proviene de la placa del equipo de liofilizacin si esta no sede
calor no hay sublimacin, por lo tanto no es posible la
desecacin)
El registro de la temperatura de la masa de efecta introduciendo
una zonda termomtrica en el interior de uno de los recipientes con
el producto a liofilizar.
La sublimacin se llevara a cabo en mejores condiciones si la
masa sublima desde una superficie amplia y de poco espesor. De all
que la tcnica de congelamiento del producto adquiera gran
relevancia.
La remocin del agua sublimada puede efectuarse por diversos
procedimientos.
Algunos autores han empleado bombas rotativas y de difusin para
este objeto.Sin embargo los mtodos mas usados son el empleo de
agentes desecantes qumicos y el uso de condensadores. Los
desecantes qumicos tienen la capacidad de combinarse con el agua o
de adsorberla.
4.2.2. SECADO SECUNDARIO
La terminacin del secado primario corresponde al momento en que
se ha sublimado la ltima porcin de hielo.El final de la sublimacin
se puede apreciar por una elevacin de la temperatura del producto.
Como durante el proceso, generalmente se aplica calor, la mayora de
los equipos tienen un sistema que permite fijar la temperatura y
mantenerla automticamente. Esta temperatura se establece para cada
producto, dependiendo de su resistencia al calor, generalmente vara
entre 30 y 50 C.Finalizado el secado primario el producto contiene
generalmente una cantidad apreciable de agua, esta permanece
adsorbida en la superficie del mismo, la que es muy grande debido a
su estructura porosa. Esta agua residual puede ser perjudicial para
muchos productos que podran deteriorarse al ser almacenados. Es por
esta razn que se efecta el denominado secado secundario que
corresponde a la desorcion o liberacin de gran parte del agua
adsorbida. Esta operacin se realiza a temperatura constante y a
alto vaco; junto con el agua se extrae el oxigeno adsorbido.La
desorcion es un proceso continuo e indefinido, es decir no se llega
a contenidos de humedad igual a cero y no termina abruptamente como
la sublimacin. El secado secundario en la prctica finaliza cuando
se estima que la humedad residual no afectara al producto final,
asegurndole una buena conservacin. Esta humedad residual se
determina para cada producto. El punto final del proceso, puede
determinarse siguiendo una curva de peso del producto (mtodo de
Kart Fischer u otro confiable)
PUNTO TRIPLE1. CONCEPTOPuntotriplesucede
encondicionesdetemperaturay presin a las que pueden coexistir en
equilibrio las tres fases de una sustancia pura: slida, lquida y
gaseosa.
A diferencia del punto de congelacin y del punto de
ebullicin,quedependendelapresin,elpunto triple es una propiedad
fija. Se utiliza para definir el kelvin, la unidad de temperatura
termodinmica.Pordefinicin, hay exactamente 273.16 K entre el punto
triple del agua y el cero absoluto
Latemperaturadelpuntotripleparacualquiersustancia pura es muy
prxima a la de fusin, puesto que la variacin de esta ltima con la
presin es muy pequea.
2. PUNTO TRIPLE DEL AGUA
La nica combinacin de presin y temperatura a la que el agua,
hielo y vapor de agua pueden coexistir en un equilibrio estable, se
produce exactamente a una temperatura de 273.1598K(0.0098C) y auna
presin parcial de vapor de agua de 610.5 Pa. En ese momento, es
posible cambiar el estado de toda la sustancia a hielo, agua o
vapor arbitrariamente haciendo pequeos cambios en la presin y la
temperatura. Se debe tener encuentaque incluso si la presin total
de unsistemaest muy por encima de 611,73 pascales (es decir, un
sistema con unapresin atmosfricanormal), si la presin parcial del
vapor de agua es 611,73 pascales, entonces el sistema puede
encontrarse an en el punto triple del agua . Estrictamente
hablando, las superficies que separan las distintas fases tambin
debe ser perfectamente planas, para evitar los efectos de las
tensiones de superficie.El agua tiene un inusual y complejodiagrama
de fase(aunque esto no afecta a las consideraciones generales
expuestas sobre el punto triple). A altas temperaturas,
incrementando la presin, primero se obtiene agua lquida y, a
continuacin, agua slida. Por encima de 109 Pa aproximadamente se
obtiene una forma cristalina de hielo que es ms denso que el agua
lquida. A temperaturas ms bajas en virtud de la compresin, el
estado lquido deja de aparecer, y el agua pasa directamente de
slido a gas.A presiones constantes por encima del punto triple,
calentar hielo hace que se pase de slido a lquido y de ste a gas, o
vapor. A presiones por debajo del punto triple, como las
encontradas en el espacio exterior, donde la presin es cercana a
cero, el agua lquida no puede existir. En unprocesoconocido como
sublimacin, el hielo salta la fase lquida y se convierte
directamente en vapor cuando se calienta.
TABLA DE PUNTOS TRIPLES
BIBLIOGRAFIA Termodinmica y Diagramas de Fase,Andres Felipe
Agudelo y Oscar Restrepo modulo7.pdf (
http://www.unalmed.edu.co/~cgpaucar/modulo7.pdf) Tema 06.pdf(
http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2006.pdf)
liofilozacion .pdf
(http://www.ms.gba.gov.ar/sitios/laboratorio/files/2012/08/LIOFILIZACION.pdf)
liofilizacinalimentos.pdf (http://www.cimaindustries.com/wp
content/uploads/assets/pdf/es/alimentos/liofilizacion_alimentos.pdf)
http://personal.us.es/mfarevalo/recursos/tec_far/liofilizacion.pdf3
