PRÁCTICA 6 :CENTRIFUGACION 1.−OBJETIVOS Familiarizarse con la operación de centrifugado.

PRÁCTICA 6 :CENTRIFUGACION
1.−OBJETIVOS
• Familiarizarse con la operación de centrifugado.
• Demostrar el efecto de la temperatura, el desplazamiento del anillo y la velocidad de giro en el
rendimiento de la separación.
2.−EQUIPO EXPERIMENTAL
Centrifuga de cámara y disco:
En este tipo de centrífuga, una cámara cilíndrica, ancha y relativamente plana, gira a velocidad moderada, en
una carcasa estacionaria. La cá-mara es, en general, accionada desde el fondo. La alimentación entra,
generalmente, por el fondo de la cámara, a través de un tubo, situado centralmente, que a su vez se alimenta
desde arriba. La cámara contie-ne numerosos conos metálicos, muy próximos entre sí, a los que se de-nomina
discos, que giran con la cámara y están situados uno encima de otro, guardando una distancia fija. Los discos
tienen uno o más juegos de agujeros coincidentes, que forman canales por donde fluye la corriente de
alimentación. Bajo la acción de la fuerza centrífuga, la fase densa se desplaza hacia la pared de la cá-mara y
circula, hacia abajo, por la parte inferior de los discos, mientras que la fase ligera se desplaza hacia el centro y
fluye sobre las caras su-periores de los discos.
3.−PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Se hacen siete experimentos variando la velocidad del giro del motor del separador, la temperatura de la leche,
y la separación de partición.
ENSAYO
A
B
C
D
E
F
G
VELOCIDAD DE GIRO (rpm)
10700
10700
8300
9800
10700
10700
10700
TEMPERATURA (ºC)
44
37
37
37
27
37
37
SEPARACION PARTICON
INTERMEDIA
INTERMEDIA
INTERMEDIA
INTERMEDIA
INTERMEDIA
MINIMA
MAXIMA
Con el grifo en la posición cerrada, llenamos el depósito con 4 litros de leche templada, ponemos en marcha el
motor y dejamos alcanzar la velocidad máxima antes de abrir la llave de entrada de leche al separador.
Recogemos las dos fracciones.
Pesamos el producto obtenido de la parte ligera.
Limpiamos con agua caliente para eliminara cualquier tipo de residuo de nata en la maquina de la operación
anterior
Medimos la velocidad de giro con un tacómetro óptico que mide las revoluciones por minuto a las que gira el
separador, por un orificio en el cuerpo del motor.
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4.−FUNDAMENTO TEORICO
En la industria alimentaría es común separar un componente de una mez-cla líquido−líquido cuando ambos
líquidos son inmiscibles, pero están fi-namente dispersos. Por ejemplo, en la industria láctea, la leche se
separa mediante centrifugación en leche desnatada y nata.
La grasa de la leche en forma de pequeños glóbulos dispersos en la fase líquida y puede moverse a través de
ella. Como los glóbulos de grasa tie-nen una densidad menor que la fase de líquido (desnatado), éstos se
move-rán hacia arriba y flotarán en la parte superior. La gravedad ejerce una
fuerza mayor sobre la fase pesada, moviéndola hacia abajo y desplazando la grasa hacia la capa superficial.
Los separadores mecánicos utilizan la fuerza centrífuga aumentando el empuje gravitacional aumentando la
diferencia de densidades y pesos de la grasa y la fase pesada, permitiendo la separación mucho más rápida y
efi-ciente.
5.−RESULTADOS
1. Según Harper y Hall (1976), entre 10°C y 40°C, se puede considerar que el cambio es lineal. Señalaron que
sobre los 40°C los valores son cuestionados, por falta de concordancia entre investigadores.
Fernández−Martín (1982) indicó que no existe ecuación alguna que correlacione la densidad de leches con la
temperatura y con la composición, para amplios intervalos de estos parámetros; pero sí se han publicado
algunas relaciones parciales.
La relación entre la densidad y la temperatura fue estudiada, entre otros investigadores, por Short (1955),
quien propuso la ecuación siguiente;
l = (1 + (a' − b' T + c' T2 − d' T3) 10−4) 103 [4.1.1]
siendo T la temperatura en °C. Los valores de los coeficientes cambian según la composición, de la manera
siguiente:
Leche descremada (8,7 % C)
Leche entera (3 % F)
Corrección por diferencia de 1 % C
Corrección por diferencia de 1 % F
a'
366
350
3,8
4,8
b'
1,46
3,58
0,08
0,39
e'
0,023
0,049
−0,010
0,0061
d'
0,0016
0,0010
−0,00004
0,00002
siendo F la grasa en % y C los sólidos no grasos en %.
Al ser una ecuación polinómica de tercer grado, la función no es lineal; se aplica hasta 45°C.
Con el propósito de buscar aplicaciones prácticas a las determinaciones de la densidad, en trabajos de control
de calidad, para detectar adulteraciones o para estimar el contenido de algún componente, se establecieron
ecuaciones que incluyen tanto el efecto de los componentes principales como de la temperatura.
Bakshi y Smith (1984) presentaron una ecuación de regresión múltiple y de segundo grado, que relaciona la
densidad con la temperatura y con la materia grasa. Un intervalo de 0° a 30°C y un contenido de hasta 30% de
grasa, con un coeficiente de determinación, r2 = 0,98.
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l = 0,3 T − 0,03 T2 − 0,7 F − 0,01 F2 + 1.034,5 [4.1.2]
Se obtiene para F = 3,6 %
l = 0,3 T − 0,03 T2 − 0,7 · 3,6 − 0,01 · 3,62 + 1.034,5
l = 0,3 T − 0,03 T 2 + 1.031,85
Esta ecuación será la empleada para el cálculo de la densidad de la leche de vaca utilizada en la práctica de
centrifugación.
Otra ecuación que relaciona la densidad con la temperatura, el contenido de grasa y de sólidos no grasos, es la
de Watson y Tittsler (1961), que se aplica entre 0°C y 10°C.
l = 1.003,073 − 0,179 T − 0,368 F + 3,744 C [4.1.3]
Por técnicas de regresión múltiple, considerando 146 muestras de leche analizadas durante cinco años, en un
intervalo de l0ºC a 80ºC, Alvarado (1987) obtuvo una primera ecuación (r2 = 0,9288), que considera como
variable dependiente la densidad, (l), y como variables independientes el porcentaje de sólidos totales (S) y
la temperatura (T).
l = 1.011 − 0,7184 T + 2,5893 S [4.1.4]
Una segunda ecuación que considera como variable dependiente la densidad, y como variables independientes
la temperatura (T), el porcentaje de grasa (F) y el porcentaje de sólidos no grasos (C) con un coeficiente de
determinación (r2 = 0,9560), es:
l = 1.009,5 − 0,7081 T − 0,5880 F + 3,6771 C [4.1.5]
En el caso de leche de vaca, fresca y sin adulteraciones, con un contenido de 11,6 [g/100 g] de sólidos totales,
de los cuales 3,6 [g/100 g] corresponden a la materia grasa, los valores de la densidad calculados a
temperatura T (en °C) son:
De la ecuación [4.1.3] se obtiene:
l = 1.003,073 − 0,179 T − 0,368 F + 3,744 C
= 1.003,073 − 0,179 T − 0,368 · 3,6 + 3,744 · 8,0
= 1.003,073 − 0,179 T − 1,325 + 29,952
= 1.031,7 − 0,179 T [kg/m3]
De la ecuación [4.1.5] se obtiene:
l = 1.009,5 − 0,7081 T − 0,5880 F + 3,6771 C
= 1.009,5 − 0,7081 T − 0,5880 · 3,6 + 3,6771 · 8,0
= 1.009,5 − 0,7081 T − 2,1168 + 29,4168
= 1.036,8 − 0,7081 T [kg/m3]
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La centrifugación es un proceso común en las industrias lácteas, tiene como propósito principal estandarizar la
materia grasa en un valor de 3,0 [g/100 g]. Esto anterior implica que se disminuye el contenido de sólidos
hasta 11,0 [g/100 g]. Al disminuir la concentración de un componente con densidad menor, como es la grasa,
aumenta la concentración de los componentes de mayor densidad; en consecuencia el valor de la densidad
deberá incrementarse con relación al de la leche fresca, como se comprueba a continuación:
De la ecuación [4.1.3] se obtiene:
l = 1.003,073 − 0,179 T − 0,368 F + 3,744 C
= 1.003,073 − 0,179 T − 0,368 · 3,6 + 3,744 · 7,4
= 1.003,073 − 0,179 T − 1,325 + 27,706
= 1.029,454 − 0,179 T [kg/m3]
De la ecuación [4.1.5] se obtiene:
l = 1.009,5 − 0,7081 T − 0,5880 F + 3,6771 C
= 1.009,5 − 0,7081 T − 0,5880 · 3,6 + 3,6771 · 7,4
= 1.009,5 − 0,7081 T − 2,1168 + 27,2105
= 1.034,5937 − 0,7081 T [kg/m3]
2. Tabla de resultados obtenidos para cada experimento:
ENSAYO
A
B
C
D
E
F
G
VELOCIDAD DE
GIRO (rpm)
10700
10700
8300
9800
10700
10700
10700
TEMPERATURA SEPARACION
(ºC)
PARTICON
44
INTERMEDIA
37
INTERMEDIA
37
INTERMEDIA
37
INTERMEDIA
27
INTERMEDIA
37
MINIMA
37
MAXIMA
PESO FASE
LIGERA (g)
303,70
256,20
535,80
330,00
314,70
314,80
374,33
PESO FASE
PESADA (g)
3644,18
3751,32
3471,72
3677,52
3757,62
3692,72
3633,19
3. Representación grafica de la composición de materia grasa de la fase ligera en función de la temperatura, la
velocidad de giro y la posición del separador
6.−DISCUSION DE LOS RESULTADOS
De los parámetros estudiados el que demuestra tener mayor influencia en el grado de separación de las fases
respecto a los demás será la velocidad de giro viéndose en la grafica grandes diferencias de pesos entre la
velocidad de giro mínima con la máxima
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