Evaporadores_parte_III

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4. Calentamiento pór radiación solar 
Tipos de evaporadores 
Según el método de calentamiento, los evaporadores se pueden clasificar en : 
1. Medio de calentamiento separado del líquido que se evapora por superficies de calefacción tubulares 
2. Medio de calefacción esté confinado en serpentines, camisas, paredes dobles, platos planos, etc
3. Medio de calentamiento entra en contacto directo con con el líquido que se evapora 
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Evaporador de tubos horizontales cortos
Estos evaporadores están formados por una cámara, cuya parte inferior está atravesada por un banco de tubos horizontales e interiores a través de los cuales circula vapor como fluido de calefacción. 
Por encima de los tubos está un espacio que permite la separación por gravedad de las gotas arrastradas por el vapor liberado en la base por un banco de tubos horizontales interiores, por los que circula vapor. 
Bafles de impacto se acomodan para facilitar la separación de las gotas. 
Ya que el banco de tubos dificulta la separación del líquido, estos evaporadores presentan pobres coeficientes de transferencia de calor global. 
Usualmente se emplean para concentrar líquidos de baja viscosidad. 
Vapor 
Vapor de agua
Alimentación
Disolución concentrada
condensado
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Evaporador de tubos horizontales cortos
Son baratos
Requieren poca altura
Son de fácil instalación
Adecuados a líquidos que no cristalicen
Para líquidos no viscosos
Buena transmisión de calor
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Ventajas de los evaporadores de tubos horizontales:
1. Muy baja altura
2. Gran área desacoplada lìquido vapor tipo tubo sumergido
3. Relativamente bajo costo
4. Buenos coeficientes de transferencia de calor
5. Fàcil desincrustaciòn semiautomàtica 
Desventajas de los evaporadores de tubos horizontales:
Inadecuado para líquidos con incrustaciones
Aplicaciones
1. Altura limitada
2. Baja capacidad
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Evaporador de circulación natural tubos cortos verticales 
En los evaporadores de circulación natural se distribuyen tubos cortos en vertical, normalmente de uno o dos metros de longitud, dentro de un cuerpo de vapor (calandria)
La calandria se localiza en el fondo del recipiente 
Cuando se calienta el producto éste asciende a través de los tubos por circulación natural mientras que el vapor condensa por el exterior de los tubos 
El producto se va concentrando mientras se produce la evaporación dentro de los tubos 
El líquido concentrado retorna al fondo del recipiente a través de una sección anular central 
El alimento liquido puede precalentarse antes de ser introducido al evaporador mediante un cambiador de calor tubular normal, situado fuera del evaporador principal 
Vapor 
condensado
Vapor 
Vapor
Pre-calentador
Evaporador
Alimentación 
pre-calentada
Concentrado
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Evaporador de circulación natural de tubos cortos verticales
El vapor se condensa en el exterior de los tubos verticalmente arreglados dentro de la cámara de evaporación
La calandria tiene un gran tubo central de retorno a través del cual un líquido más frío que el líquido que circula en los tubos de calentamiento ascendente, formando así corrientes de circulación natural
La longitud de los tubos usualmente varían entre 0.5 y 2 m, con un diámetro de 2.5 a 7.5 cm, mientras que el tubo central presenta una sección transversal entre 25 y 40 % de la sección total ocupada por los tubos. 
Vapor 
Vapor de agua 
Circulación de fluido 
Disolución concentrada
condensado
Alimentación 
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Evaporadores de circulación natural de tubos cortos verticales
Estos evaporadores muestran adecuadas velocidades de evaporación para líquidos no corrosivos con viscosidad moderada. 
Los evaporadores de tubos cortos verticales usualmente se emplean para la concentración de jugos de azúcar de caña y remolacha, así como también en la concentración de jugos de frutas, extractos de malta, glucosa y sal
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Evaporadores de circulación natural
de tubos cortos verticales (de cesta)
Las unidades pueden ser equipadas con una calandria de cesta que facilita la limpieza, ya que pueden ser fácilmente desmontables. 
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Ventajas de los evaporadores de tubos cortos verticales 
Altos coeficientes de transferencia de calor a altas diferencias de temperatura 
Baja altura
3. Desincrustación mecánica fácil
4. Relativamente baratos 
Desventajas de los evaporadores de tubos cortos verticales 
1. Pobre transferencia de calor a bajas diferencias de temperatura y bajas temperaturas
2. Alto peso y espacio de suelo
3. Relativamente alta retención 
4. Pobre transferencia de calor con líquidos viscosos
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Líquidos claros
2. Líquidos relativamente no corrosivos, ya que el cuerpo es grande y caro si se construye de materiales diferentes al acero dulce o hierro fundido 
4. Las soluciones que descaman levemente requieren de limpieza mecánica ya que los tubos son cortos y grandes en diámetro 
Aplicaciones de los evaporadores de tubos cortos verticales 
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Evaporadores de circulación forzada
Placa de impacto
En estos evaporadores la circulación se realiza mediante una bomba que impele la solución a través de la calandria dentro de la cámara de separación donde el vapor y el concentrado se separan
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Evaporador de circulación forzada 
El evaporador de circulación forzada consta de un cambiador de calor con calefacción indirecta en el que el liquido circula a elevadas velocidades 
La carga hidrostática existente en la parte superior de los tubos elimina cualquier posibilidad de ebullición del liquido 
Dentro del separador, se mantiene un presión absoluta ligeramente inferior a la existente en el haz de tubos , de tal manera que el liquido que entra al separador se evapora instantáneamente 
La diferencia de temperaturas a lo largo de la superficie de calentamiento en el cambiador de calor es generalmente 3-5 ºC 
Para mantener elevadas velocidades de circulación se utilizan bombas de flujo axial , alcanzándose velocidades lineales de 2-6 m/s, altas si se comparan con las velocidades de 0,3-1 m/s existentes en los evaporadores de circulación natural 
Los costes de fabricación y de operación de este tipo de evaporadores son muy bajos en comparación con otros tipos de evaporadores. 
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 
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Evaporadores de circulación forzada
La bomba hace circular al fluido a velocidades entre 2 y 6 m/s; cuando pasa a través del banco de tubos el fluido gana suficiente calor como para recalentarse, pero el líquido está sujeto a una carga estática que evita la ebullición dentro de los tubos. 
Sin embargo, cuando el fluido alcanza la cámara, hay una evaporación súbita y la placa de impacto facilita la separación de la fase líquida del vapor
Estos evaporadores son capaces de concentrar líquidos viscosos donde la bomba impele al líquido a una velocidad adecuada
Si los líquidos presentan baja viscosidad se usan bombas centrífugas. 
Si el líquido tiene más alta viscosidad, se deberían usar bombas de desplazamiento positivo
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Evaporadores de circulación forzada
evaporadores de circulación forzada
evaporadores de circulación forzada de tubos sumergidos
Cristalizador tipo Oslo
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Evaporadores de circulación forzada
Ventajas de los evaporadores de circulación forzada
1. Altos coeficientes de transferencia de calor
2. Circulación positiva
3. Relativa libertad con las incrustaciones y ensuciamiento 
Desventajas de los evaporadores de circulación forzada
1. Alto costo
2. Se requiere potencia para la circulación de la bomba
3. Relativamente alto tiempo de residencia
Principales aplicaciones de los evaporadores de circulación forzada
1. Productos que cristalizan
2. Soluciones corrosivas
3. Solucionesviscosas
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Taponamiento de la entrada de los tubos por depósitos salinos desprendidos de las paredes del equipo. 
 Pobre circulación debido a las pérdidas de calor mayores a las esperadas
Acumulación de sales por ebullición en los tubos
4. Corrosión.erosión. 
Principales dificultades con los evaporadores de circulación forzada
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Evaporadores de tubos largos verticales 
Estos intercambiadores consisten en una cámara vertical hecha de un intercambiador tubular y una cámara de separación
El líquido diluido se precalienta antes de entrar a los tubos, hasta casi la temperatura de ebullición
Una vez dentro de los tubos, el líquido comienza a hervir y la expansión debido a la vaporización produce la formación de burbujas de vapor que circulan a alta velocidad y arrastran el líquido , que continua concentrándose mientras se mueve hacia adelante
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La mezcla líquido-vapor entra a la cámara de separación donde los bafles facilitan la separación del vapor 
El líquido concentrado obtenido puede ser extraído directamente o puede mezclarse con líquido no concentrado y ser recirculado, o puede ir a otro evaporador para aumentar la concentración
Los evaporadores de tubos largos pueden ser:
De película ascendente
De película descendente
De película ascendente-descendente
Evaporadores de tubos largos 
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1. Mucha altura
2. Generalmente inadecuados para líquidos que ensucian
3. Pobres coeficientes de transferenica de calor para los de película ascendente a bajas diferencias de temperatura 
4. Los de película descendente usualmente reuieren de recirculación 
Ventajas de los evaporadores de tubos largos verticales:
1. Bajo costo
2. Grtandes superficies de calentamiento en un sólo cuerpo
3. Bajo tiempo de retención
4. Pequeño espacio de piso
5. Buenos coeficientes de transferencia de calor a diferencias de temperatura razonables (película ascendente)
6. Buenos coeficientes de transferencia de calor para todas las diferencias de temperatura (película descdendente)
Desventajas de los evaporadores de tubos largos verticales:
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1. Sensibilidad de las unidades de pelìcula ascendente a los cambios en las condiciones de operación
2. Pobre distribuciòn de la alimentación para las unidades de película descendente
Aplicaciones de los evaporadores de tubos largos verticales:
1. Líquidos claros
2. Líquidos espumantes
3. Soluciones corrosivas
4. Altas diferenciaas de temperatura: Película ascendente, 
 Bajas diferencias de temperatura: Película descendente 
5. Operación a baja temperatura: película descendente
Dificultades de los evaporadores de tubos largos verticales:
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Generalmente , tienen coeficientes de transferencia de calor altos
El producto no se ve afectado por el calor, por lo tanto, estos evaporadores son útiles para evaporar líquidos sensibles al calor. 
Evaporadores de tubos largos
Evaporadores de película 
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Evaporadores de tubos largos 
Evaporadores de película ascendente 
En los evaporadores de película, el tiempo de residencia del líquido tratado en la zona de calentamiento es corta ya que circula a gran velocidad
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En los evaporadores de película ascendente el líquido entra por el fondo de los tubos
Las burbujas de vapor que ascienden a través del centro del tubo comienzan a formarse, creando una delgada película sobre la pared del tubo que asciende a gran velocidad
Evaporadores de tubos largos 
Evaporadores de película ascendente 
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Se utiliza para alimentos líquidos de baja viscosidad, los cuales hierven en el interior de tubos verticales de 10-15 metros de longitud 
Los tubos se calientan con el vapor existente en el exterior , de tal manera que el liquido asciende por el interior de los tubos arrastrado por los vapores formados en la parte inferior 
El movimiento ascendente de los vapores produce una película que se mueve rápidamente hacia arriba 
Para alcanzar una película bien desarrollada es necesaria una diferencia de temperatura entre el producto y el medio de calefacción de al menos 14ºC 
En este tipo de evaporadores se alcanzan elevados coeficientes de transferencia de calor 
El alimento líquido puede recircularse hasta alcanzar la concentración deseada si esta no se consigue en el primer paso.
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 
La altura de los tubos 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 
EVAPORADORES DE TUBOS LARGOS
EVAPORADORES DE LA PELICULA ASCENDENTE
AL CONDENSADOR O A VACIO
SALIDA DE PRODUCTO
CONDENSADO
ALIMENTACIÓN
VAPOR
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Los evaporadores de película descendente desarrollan una fina película de liquido dentro de los tubos verticales que desciende por gravedad. 
El diseño de estos evaporadores es complicado ya que la distribución de liquido en una película uniforme fluyendo hacia abajo en un tubo es difícil de lograr .
Para lograrlo se utilizan unos distribuidores especialmente diseñados denominados boquillas de pulverización
Los evaporadores de película descendente permiten instalar un mayor número de efectos que el evaporador de película ascendente.
Por ejemplo: si el vapor disponible se encuentra a 110ºC y la temperatura de ebullición en el último efecto es de 50ºC , la diferencia de temperatura total disponible es de 60ºC 
Teniendo en cuenta que los evaporadores de película ascendente necesitan una diferencia de temperatura de 14ºC , solo es posible disponer 4 efectos 
Con evaporadores de película descendentes podrían instalarse 10 o incluso más 
El evaporador de película descendente puede procesar líquidos mas viscosos que el de película ascendente, siendo el sistema mas apropiado para el procesado de productos altamente sensibles al calor , como por ejemplo el jugo de naranja 
El tiempo de residencia en un evaporadores de película descendente en es de 20-30 s en comparación con los 3-4 minutos necesarios en un evaporadores de película ascendente
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 
Evaporadores de tubos largos 
Evaporadores de película descendente 
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En los evaporadores de película descendente, la alimentación se realiza por la parte superior de los tubos, de manera que el vapor formado desciende a través del centro de los tubos como un jet a gran velocidad
Los evaporadores de película descendente son usados ampliamente para concentrar productos lácteos. 
Evaporadores de tubos largos 
Evaporadores de película descendente 
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Evaporador de película descendente 
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La evaporación de película ascendente se usa para obtener un líquido de concentración intermedia con alta viscosidad. 
Evaporadores de tubos largos 
Evaporadores de película ascendente-descendente 
Este líquido se evapora posteriormente en los tubos, cuando circula como película descendente. 
Cuando se desean altas velocidades de evaporación, se usan los evaporadores de película ascendente-descendente.
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Evaporadores de placas 
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Evaporadores de placas 
Los evaporadores de placas utilizan los principios de los evaporadores de película ascendente y descendentes, película agitada y de circulación forzada 
La configuración en placas le proporcionaciertas características que las hacen mas aceptables que la configuración tubular 
En este sentido, un evaporadores de placas de película ascendente/ descendente es más compacto, necesitando menos superficie que la unidad tubular, a la vez que pueda inspeccionarse mas fácilmente su superficie de transferencia de calor 
No es difícil encontrar un evaporadores de placas de película descendente con una capacidad de 25000-30000 kg de agua / hora .
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Evaporadores de placa
Los evaporadores de placa consisten en un set de placas distribuidos en unidades en las cuales el vapor condensa en los canales formados entre placas.
El líquido caliente hierve sobre la superficie de las placas, ascendiendo y descendiendo como una película.
La mezcla de líquido y vapor formados va hacia un evaporador centrífugo
Estos evaporadores se usan para concentrar productos sensibles al calor, ya que se alcanzan altas velocidades de tratamiento permitiendo buena transferencia de calor y cortos tiempos de residencia del producto en el evaporador. 
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Los evaporadores de placas ocupan poco espacio sobre el piso y son fácilmente manipulables para la limpieza pues se montan y desmontan fácil y rápidamente
Los evaporadores de placas se emplean para :
concentrar café
mermeladas dietéticas
jugos de cítricos
caldos (sopas)
Evaporadores de placa
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EVAPORADORES DE FLUJO EXPANDIDO 
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EVAPORADORES DE FLUJO EXPANDIDO 
En este aparto diseñado para la concentración de productos lácteos zumos de frutas, etc., el liquido y el vapor fluyen por espacios alternados de forma similar a como ocurre en el evaporador de placas. 
Las placas, sin embargo, se sustituyen por delgados conos invertidos de acero inoxidable, provistos de juntas de cierre para evitar fugas. 
El líquido de alimentación penetra por el eje de giro central situado en la base de la pila de conos y entra a través de boquillas de alimentación en los espacios de los conos calentados, fluyendo hacia arriba y fuera sobre las superficies calentadas por el vapor. 
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Puesto que se opera a vacío, el líquido alcanza rápidamente el punto de ebullición. Del sistema de conos sale tangencialmente, pasando el vapor separado hacia la parte superior por donde sale de la cámara interna a la externa. 
La alta velocidad que adquiere el líquido en los espacios entre los conos determina la formación de delgadas películas turbulentas del líquido en evaporación que permiten elevadas velocidades de transferencia de calor y cortos tiempos de residencia. La unidad se ha diseñado para su limpieza in situ (en el lugar). 
EVAPORADORES DE FLUJO EXPANDIDO 
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Evaporadores de película agitada 
Cuando se utilizan alimentos líquidos muy viscosos , la alimentación se dispersa en el interior de la superficie de calentamiento cilíndrica mediante paletas rotatorias. Se obtienen de esta manera altas velocidades de transferencia de calor 
La configuración cilíndrica del sistema produce menores áreas de transferencia de calor por unidad de volumen de producto , siendo necesario utilizar vapor a alta presión como medio de calefacción con el fin de conseguir elevadas temperaturas en la pared y, por tanto, velocidades de vaporación razonables 
La mayor desventaja de este sistema son los elevados costes de fabricación y mantenimiento, así como la baja capacidad de procesamiento 
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APLICACIONES INDUSTRIALES
Industria Lechera
evaporadores verticales de tubos largos
Industria de jugos
 de frutas
evaporadores de película descendente y el de
película agitada
Hidrolizados
Extractos
Industria frigorífica
Industria avícola
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LECHE en POLVO
Rodrigo Llorens - Tec. Superior Industrias Alimentarias
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LECHE en POLVO
Su obtención es a partir del sometimiento de la leche fluida a distintos tipos de procesos en los cuales se extrae parcialmente el agua que esta contiene. A partir de la aplicación de estos métodos el producto tratado muestras grandes cambios en su estructura y apariencia física, pasando de un líquido diluido como agua a un polvo seco.
Elaboración 
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LECHE en POLVO
Los procesos más utilizados desde hace varios años hasta la actualidad, son dos, aplicados simultáneamente y conformando un solo proceso con dos etapas:
Evaporación
Secado por atomización ( spray ).
Procesos
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LECHE en POLVO
Evaporación
Evaporadores:
 1- Precalentamiento
 2- Pasteurización
 3- Evaporación
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LECHE en POLVO
Características de un Evaporador.
Multietapas
Trabajo bajo vacío
RTV ( recompresión térmica de vahos )
Película descendente.
3-Evaporación 
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LECHE en POLVO
Multietapas: genera un ahorro de energia tal que por kg de agua evaporada se utiliza 1/4 kg de vapor vivo. ( aplicable a un evaporador de 4 efectos ).
Vacío: hace que la T° de ebullición/evaporación del agua disminuya. En estos equipos el rango de T° va desde los 80°C a 45°C
3-Evaporación
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LECHE en POLVO
RTV (recompresión térmica de vahos ): aprovechamiento del vapor de leche remanente de uno de los efectos, para utilizar menos vapor de caldera para la calefacción del 1° efecto. Con este sistema sumamos ahorro de energía utilizada para evaporar: 1 kg de agua / 1/5 kg vapor vivo.
Película descendente: la denominación hace referencia a que el producto es inyectado desde la parte superior del equipo y cae por gravedad formando una fina película sobre toda la superficie del tubo, habiendo mayor contacto con la parte calefaccionada. 
3-Evaporación
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Evaporación
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Evaporación
Cuerpo de calentamiento ( calandria )
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Evaporación
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LECHE en POLVO
La extracción del agua de la leche se hace a través de vapor, este vapor se separa del producto en los separadores de vahos, y es reutilizado para calefaccionar el cuerpo siguiente.
Los vahos del último cuerpo son condensados en un condensador, que puede ser de mezcla o de superficie.
3-Evaporación
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Evaporación
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Evaporación
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LECHE en POLVO
Los evaporadores son equipos para procesos continuos.
Generalmente trabajan entre 20 a 28 hs.
Los volúmenes de procesos diarios van desde los 400 a 1000 m3 de leche.
En la actualidad están altamente automatizados e informatizados.
3-Evaporación 
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LECHE en POLVO
El producto obtenido es un concentrado de leche, con un contenido de sólidos totales de 48 – 50%.
 LECHE FLUIDA ( 11,5 – 12% ST ) CONCENTRADO ( 48 – 50 % )
 Agua contenida ( 88.5 – 88 % ) EVAPORACION Agua contenida ( 52 – 50% ) 
3-Evaporación 
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Secado - Spray
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