LIOFILIZACION. DIAPOSITIVAS

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

LIOFILIZACION

Congelación y Refrigeración de Productos Agroindustriales

LIOFILIZACION


LIOFILIZACION 2 ETAPAS

CONGELACIONSUBLIMACION

Rápida, cristales de

hielo pequeño, estado amorfo

Presión baja


Planta de liofilización diseñada y construida por INVAP en la provincia de Chubut.



PROCESO DE LIOFILIZACION

PREPARACION CONGELACION DESECACION PRIMARIA

DESECACION SECUNDARIA



CONGELACION

Congelar el agua libre

T° entre -20 y -40 °C

Conocer la T° maxima

solidificacion, velocidad optima de

enfriamiento, T° minima de fusion

incipiente



F 1: ETAPA CONDUCTIVA

F 2:PRIMERA ETAPA DIFUSIVA

F 3: SEGUNDA ETAPA DIFUSIVA

ETAPAS DE SECADO POR

SUBLIMACION



SECADO PRIMARIO

Hielo se retira mediante sublimación, desde la fase solida o la gaseosa.

El proceso de secado continuara hasta que se agote el hielo presente.

La fuerza impulsora es el gradiente de presión de vapor entre la superficie congelada del producto y el condensador


Para suministrar

el calor requerido

Calor por radiacion,

desde la placa calefactora

superior

Conduccion desde la placa inferior, por la

delgada pelicula de aire

Conduccion a travez de la

capa seca del material hasta

la interfase solida


A) Sublimación del hielo con el vapor de agua retirándose por canales de la estructura.

B) Difusión de moléculas de agua hasta el frente de secado de la matriz.

C) Vapor de agua escapándose por fracturas de la matriz, desarrolladas durante el proceso de secado.

D) Pérdida de la estructura en el frente desecado por colapso


Si hay canales en la estructura escapa por ellos y, al hacerlo, se propicia la aparición de nuevos poros o canales.

Si no hay disponibles canales las moléculas de agua se difunden hasta llegar a los poros generados en la zona seca

Si la matriz sólida tiene una alta resistencia a la difusión se produce una sobrepresión del vapor de agua

El vapor de agua se retira de la

matriz de diferentes formas


SECADO SECUNDARIO

Las porciones remanentes de agua no congelada, que no subliman en la primara etapa del secado, lo hacen por evaporación en la segunda etapa al incrementarse la temperatura de la matriz del alimento.


POROSIDAD DEL

PRODUCTO

La difusividad de vapor

aumenta con la porosidad

La lenta velocidad de

conge. provoca rapida

veloc.secado

Ya que los cristales son

voluminosos y se transforman

en poros




CONOCIMIENTOS PARA LA LIOFILIZACION

HOMOGONEOS O

HETEROGENEOS SON LOS

COMPONENTE

CONTENIDO DE AGUA

COMPOSICION DEL

PRODUCTO


QUE CONSERVA LA LIOFILIZACION

SABOR, VITAMINAS, MINERALES Y AROMAS

PRODUCTO NATURAL, LIBRE DE ADITIVOS Y CONSERVANTES




VENTAJA

S

LARGA VIDA

ANAQUEL

ALMACENAMIENTO

A T° AMBIENT

E

PROCESO IDONES PARAR

SUSTANCIAS

TERMOLABILES

FACILIDAD DE

MANEJO

REHIDRATACION

INSTANTANEA


DESVENTAJAS

PROCESO CARO

ELVADO GASTO

ENERGETICO

OPERACIÓN DE LARGA DURACION


Diagrama de flujo de la liofilización


ECUACIONES DE DISEÑO Y MODELOS MATEMATICOS DE

LA LIOFILIZACION

JUAN SEBASTIAN RAMIREZ NAVAS, LIOFILIZACION DE ALIMENTOS, COLOMBIA 2006, C.J. GEANKOPLIS 1992


FLUJO DE CALOR (q)

𝒒=𝒉 (𝑻𝒆−𝑻 𝒔 )= 𝒌∆𝑳 (𝑻 𝒔−𝑻 𝒇 )

DONDE:q : Flujo especifico de calor (W)h : Coeficiente externo de transferencia externa de calor (W/m2.K)Te : Temperatura externa del gas °CTs : Temperatura de la superficie del solido seco °CTf : Temperatura del plano de sublimación o capa congelada °CK : Conductividad térmica del solido seco W/m.KL : Espesor de la capa seca en m


M. Jacob (1949) señaló que el perfil de temperatura a través de la interface hielo-líquido no es lineal.

La nueva capa de hielo puede ser obtenida a partir de la ecuación (T. A. Jennings, 1993)

𝝀=∆𝑯𝟎

𝝆𝒊𝒄𝒆 𝑨∆𝑯 𝒇


La velocidad de formación de hielo puede ser expresada por la ecuación. (T.A. Jennings, 1993):

𝒅 𝝀𝒅𝒕

= 𝟏𝝆 𝒊𝒄𝒆𝑨∆𝑯 𝒇

𝒅 (∆𝑯𝟎 )𝒅𝒕


El tamaño del cristal de hielo formado (B. Woinet, J. Andrieu, M. Laurent y S.G.Min 1998) se obtiene mediante la ecuación

𝒅𝒑=𝑺 .√𝟏𝟔 .𝑫𝒂❑

𝒌 .𝒂𝟐

𝑻 𝑰𝑰−𝑻𝒎

𝑻𝒎−𝑻 𝑰

.𝑭| √𝑲𝟐𝜸 √𝑫𝒂

|.𝑭| √𝑲𝟐𝜸 √𝒂𝟐

|−𝟏

2


D. Chevalier, A. Le Bail, M. Ghoul (2000), presenta el modelo para calcular el tiempo de congelación en liofilización, mediante la ecuación

𝒕𝒄=∆𝑯 .𝝆 .𝑴𝒑𝒍𝒂𝒏𝒌

𝑵 . (𝑻 𝒂−𝑻 𝒇 ) [ 𝟏𝒉 ÷𝑴 𝒑𝒍𝒂𝒏𝒌

𝟒 𝝀𝒇𝒇]


El tiempo de liofilización se puede calcular mediante varios modelos: Modelo presentado por C. J. Geankoplis (1983). (Citado por: M. R. Okos, et al1992; C. J. Geankoplis 1999) el tiempo de liofilización se obtiene mediante la ecuación

𝑳𝟐

𝟏𝑴 𝑨𝑽 𝑺

(−𝒅𝒙𝒅𝒕 )( 𝟏𝒌𝒈+𝑹𝑻 (𝟏−𝑿 )𝑳

𝟐𝑫´ )=(𝝆 𝒇𝒘−𝝆𝒆𝒘 )


Cuando h es muy grande (resistencia externa despreciable) (C. J. Geankoplis 1983), el tiempo de liofilización se obtiene mediante la ecuación

𝒕=𝑳𝟐 .𝜟𝑯𝑺

𝟒 .𝑲 .𝑴 𝑨 .𝑽 𝑺 . (𝑻 𝒆−𝑻 𝒇 ) (𝑿𝟏−𝑿𝟐−𝑿𝟏

❑

𝟐+𝑿𝟐

❑

𝟐 )22


Modelo presentado por Karel (1974) (citado por: Fellows 2000), el tiempo de liofilización se obtiene mediante la ecuación

𝒕𝒅=𝑿𝟐 .𝝆 . (𝑴𝟏−𝑴𝟐 )𝜸𝑺

𝟖 .𝑲𝒅 . (𝜽𝒔−𝜽 𝑰 )


GRACIAS

POR SU ATENCION

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