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Bienvenido(a) a la página "Funcionamiento de una cafetera" del curso Operaciones Unitarias I, del Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia de la Universidad de Sonora .
En nuestro hogar utilizamos cotidianamente equipos (licuadora, estufa, automóvil, etc.) cuyo funcionamiento involucra operaciones o procesos de ingeniería química. Entre las operaciones tenemos ejemplos como transferencia de calor, flujo de fluidos, filtración, trituración, secado, extracción, disolución, cristalización, mezclado, decantación, evaporación, precipitación, humidificación, adsorción y lixiviación. Entre los procesos podemos encontrar oxidación, combustión, electrólisis, polimerización, fermentación y tostación.
En el presente sitio web se presentan varios estudios realizados en una cafetera común de cocina con el fin de identificar operaciones de ingeniería química en general y operaciones de separación por transferencia de masa en particular que ocurren en nuestra vida cotidiana, como una introducción práctica al estudio de este tipo de operaciones de separación.
Este es un trabajo colaborativo realizado por los estudiantes del curso, en el cual cada grupo desarmó, describió el funcionamiento e identificó las operaciones de separación por transferencia de masa que ocurren en una cafetera común de cocina.



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Equipo # 1


1) Integrantes del equipo:


  • López Cruz María de los Ángeles
  • Martínez Morales Flor de María
  • Jiménez Esparza Martina

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2) Cafetera con la que trabajamos

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foto 2

Características generales de la cafetera:


Marca: West-Bend
Modelo: WB05

  • 100 tazas.
  • Fabricada en aluminio pulido.
  • Asas, base, y espita resistentes al calor.
  • Luz indicadora.
  • Espita dos vías sin goteo.
  • Servicio individual o continuo.
  • Control automático de temperatura.
  • Consumo de:
  • 1500W.
  • 120V.
60Hz.





A este tipo de cafetera se le llama percoladora. En su interior se coloca agua fría y cuenta con una canastilla ubicada en la parte interna superior para agregar el grano de café, que debe ser molido grueso. Durante su funcionamiento el agua hierve y la presión que se genera provoca que suba hasta la canastilla y bañe el grano de café mientras cae por gravedad; este ciclo se repite varias veces. Estas cafeteras encienden un indicador luminoso cuando el café está listo; en ese momento es indispensable retirar el grano junto con la canastilla para que no se amargue el café. Para servir el líquido cuenta con una llave dispensadora colocada en su parte inferior externa.

La foto 3. nos muestra las partes internas de la cafetera que más adelante serán explicadas con detalle.

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Partes:


· Indicador exterior del nivel de agua en el depósito o tanque.

Permite ver cuánta agua hay en el tanque o depósito. Normalmente este indicador tiene grabado el número de tazas de café que pueden prepararse con la cantidad de agua en el tanque.

· Indicador luminoso de encendido.

El interruptor de encendido se ilumina cuando la cafetera está funcionando.

· Indicador luminoso de "café listo".

Es un indicador que se enciende cuando el café ya está preparado. Es usual en cafeteras percoladoras

· Patas de succión o antiderrapantes.

Ayudan a mantener la estabilidad de la cafetera.

· Autoapagado.

Después de dos horas de mantener caliente el café la cafetera se apaga automáticamente.


  • Resistencia

es la que permite que el agua se caliente para que posteriormente hierva.



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  • Resistencia de conservación

Permite que se mantenga el café caliente, mientras la resistencia no está trabajando

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  • Termostato.

Garantiza que el agua alcance esta temperatura y se mantenga mientras la maquina está encendida.
termostatoR.jpgtermostato.jpg


  • Tubo de transporte de agua+vapor


En éste el agua caliente y el vapor suben hasta la parte superior de la cafetera.
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  • Filtro de aluminio

En él se retiene el café molido para que el agua que pasó a través del tubo bañe el grano, dejando solamente pasar el líquido en altas concentraciones de café.
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Ensamble final

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3) Operaciones de ingeniería química identificadas en la operación de la cafetera

  • Transferencia de Calor:
Esta operación se presenta al momento de encender la cafetera, una corriente eléctrica empieza a fluir por la resistencia empezando a calentar el agua de tal manera que toda el agua se encuentre a una temperatura que sea uniforme, comienza con calentar la que está más próxima a la base de la cafetera y por medio de la conducción de calor va fluyendo hacia arriba.
Al momento de que el agua empieza a hervir, la transferencia de calor ya no existe, debido a que el sistema ha entrado en equilibrio.
El agua comienza a subir por el tubo del interior de la cafetera debido a la diferencia de presiones que existe entre el fondo y la superficie originando que ésta suba hasta el exterior del tubo y caiga por fuera de éste y encima del grano de café.
las diferentes formas de transferencia de calor son:


Convección

El fluido (agua y café) cae por gravedad desde la parte superior (filtro) hasta la parte inferior, en donde se encuentra el líquido, y este al caer genera un movimiento entre las demás partículas que se ponen en contacto con el fluido, provocando que se vaya formando una mezcla lo más homogénea que se pueda entre el café y agua localizada en el contenedor de la cafetera.
Conducción
Si existe un gradiente de temperatura, el calor fluye en un sentido decreciente de mayor a menor temperatura, así mismo el calor generado por la resistencia por medio de la energía eléctrica genera un gradiente de temperaturas con el fondo de aluminio de la cafetera, por lo que ocurre una trasferencia de calor de la resistencia hacia el mismo, y este a su vez a las superficies que se encuentren en contacto con él, como lo son las paredes y el agua.
Condensacion:
Proceso físico que ocurre cuando el agua en forma de vapor saturado toca la parte superior (tapa) que se encuentra a menor temperatura, haciendo que este vapor saturado cambie su estado de gas a líquido.

Evaporación:
Operación que ocurre al momento de elevar la temperatura del agua hasta su punto de ebullición, logrando con ello que los átomos de agua aumenten su energía lo suficientemente para que ocurra un cambio de fase.



  • Transferencia de Masa
Esta operación ocurre al momento en que el agua cae encima del grano de café y éste se disuelve al mismo tiempo que le esta transfiriendo su masa al agua, ya que existe un gradiente de concentración entre el agua y el café líquido.

  • Separación
Los métodos de Separación se basan en diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla, tales como: Punto de Ebullición, densidad, presión de Vapor, Punto de fusión, Solubilidad, etc.

4) Operaciones de separación basadas en transferencia de masa presentes en la cafetera

Destilación:
La destilación es la operación de separar, comúnmente mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de las sustancias a separar. En este caso, la destilación se da al momento en que el agua hirviendo se separa del café, originando que el agua se separe en forma de vapor.

Extracción Sólido-Líquido
En este proceso, el sólido (café molido) se extrae con un líquido (agua). en este caso se obtiene la infusión del café (disolvente con la sustancia aromática disuelta) y en el filtro de la cafetera queda el café molido totalmente lixiviado (fase portadora sólida).



5) Bibliografía consultada
http://www.profeco.gob.mx/revista/pdf/est_02/Cafeteras.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Filtraci%C3%B3n
D. Seader, Ernest J. Henley,Separation process principles 6ta edicion.


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Equipo # 2


1) INTEGRANTES DEL EQUIPO:

· Terán Acuña Carlos Martín
· Soto Flores Hugo.

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2) CAFETERA CON LA QUE TRABAJAMOS


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Cafetera de filtro (de goteo o percolador): Consiste en un depósito de agua que se calienta y se hace pasar a través del café molido que está depositado sobre un filtro de papel o de malla de aluminio o acero. El agua pasa lentamente a través del café medianamente molido, y cae gota a gota por gravedad hasta una jarra. Usualmente la jarra es de cristal y va sobre una base o placa eléctrica que lo mantiene caliente. Ideal para preparar varias tazas de café. Funciona con energía eléctrica.


PARTES QUE CONFORMAN LA CAFETERA
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*Cuerpo plástico de la cafetera.
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*Resistencia Eléctrica.

FUNCIONAMIENTO:
1. Levante la tapa frontal y llene el depósito de agua vertiendo agua dulce fría en el conducto de llenado del depósito que se encuentra en la parte superior de la cafetera.
2. Después de llenar el depósito, coloque la jarra en la placa conservadora de temperatura.
3. Inserte un filtro de papel de base plana para 10-12 tazas o el filtro permanente dorado dentro de la cesta del filtro. No utilice ambos tipos de filtros al mismo tiempo. Si utiliza ambos filtros podría hacer que el agua y el café desborden la cesta del filtro.
4. Utilice una molienda mediana adecuada para cafeteras eléctricas de goteo automático: una molienda demasiado fina hará que el café se torne amargo y puede obstruir el filtro de café.
5. Agite levemente la cesta del filtro para nivelar la base de café. Coloque la cesta dentro de la cafetera eléctrica, presiónela hacia abajo para asentarla de manera segura.
6. Presione el botón On/Off (Encendido/ apagado) para comenzar a elaborar el café.
7. Repita los pasos 1-6 para elaborar más jarras de café. Siempre apague la cafetera eléctrica y deje que se enfríe durante 5 minutos antes de comenzar con el siguiente ciclo de elaboración.



3) OPERACIONES DE INGENIERÍA QUÍMICA IDENTIFICADAS EN LA OPERACIÓN DE LA CAFETERA


· Lixiviación: La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido.
· Evaporación: La evaporación es el proceso físico por el cual una sustancia en estado líquido pasa al estado gaseoso, tras haber adquirido energía suficiente para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, este proceso se produce a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada aquélla. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición.
· Condensación: Se denomina condensación al proceso físico que consiste en el paso de una sustancia en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la ebullición
· Filtración: La filtración es una técnica, proceso tecnológico u operación unitaria de separación, por la cual se hace pasar una mezcla de sólidos y fluidos, gas o líquido, a través de un medio poroso o medio filtrante que puede formar parte de un dispositivo denominado filtro, donde se retiene de la mayor parte de él o de los componentes sólidos de la mezcla.
· Conducción de calor: La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto por medio de ondas.




4) OPERACIONES DE SEPARACIÓN BASADAS EN TRANSFERENCIA DE MASA PRESENTES EN LA CAFETERA


Extracción sólido-líquido

Los componentes de una fase sólida pueden separarse por disolución selectiva de la parte soluble de un sólido con un disolvente adecuado. En esta operación se conoce también como lixiviación o lavado. El sólido debe estar finamente dividido para que el disolvente líquido pueda hacer un contacto más completo. Por lo general, el componente deseable es soluble, mientras que el resto del sólido es insoluble. El soluto debe recuperarse del extracto en una etapa adicional de separación.
Un ejemplo cotidiano de extracción sólido-líquido es la preparación de café. Aquí, los constituyentes solubles del café se separan de los insolubles por disolución en agua caliente. Si se permite que estén por tiempo suficiente, la solución de café alcanzará un equilibrio con el sólido remanente. La solución resultante se separa de los líquidos.
La extracción sólido-líquido también se utiliza en la industria para la producción de café instantáneo con el fin de extraer el café soluble del grano. Debido a que una de las fases es un sólido que no fluye, se requieren tipos especiales de equipo para la extracción sólido-líquido.


5) BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
http://www.smallappliance.com/images/SmallAppliance/English/products/standard/KCM515.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Cafetera
Principios de Operaciones Unitarias, 1987, Alan S. Foust, Leonard A. Wenzel, entre otros,2da. ed., Editorial CECSA.




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Equipo # 3



1) Integrantes del equipo:
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Valenzuela Corral, Maria Magdalena
Riesgo Ruiz, Alfonso Aarón
Benito De Ávila, David Sergio












-------------------------------------------------------------------------------- Introducción ----------------------------------------------------------------------------------------------------

El café, bebida altamente consumida a nivel mundial, es obtenida a través de la infusión de los frutos y semillas del cafeto. Como es de esperarse, su método de preparación ha evolucionado a través del tiempo con maquinas cada vez más sofisticadas para su preparación, sin embargo, el principio físico no ha cambiado: "la solubilidad de la cafeína(C8H10N4O2) en agua", a su vez, cabe mencionar que el proceso a que es sometido desde su recolección hasta su empaque ha ido perfeccionándose a fin de obtener un producto de mejor sabor, aroma y cuerpo.


Como se ha mencionado, las maquinas para su preparación, han evolucionado de manera considerable, sin embargo, aun las modernas a nivel casero, tiene un funcionamiento muy simple mismo que será estudiado a continuación.

Un hecho que es digno de estudiarse es el efecto que tiene la temperatura sobre la solubilidad del café en agua, situación que a su vez propicia una mayor transferencia de masa al tener difusividades más grandes y un valor de viscosidad menor. Debido a esto, no solamente es práctico, sino más bien indispensable para un óptimo funcionamiento de las cafeteras el hecho de trabajar a temperaturas elevadas, esto es, cerca del punto de ebullición del agua, situación que a su vez genera gradientes de temperatura.

La extracción de constituyentes solubles de un sólido por medio de un disolvente recibe el nombre de extracción sólido-líquido, (cafeína y otros en agua). Esta será regida por la proporción de café (claro u oscuro), la distribución del solvente en el soluto (sistema de irrigación uniforme), la naturaleza del sólido (cuan soluble es el café en el agua, interacciones, porosidad, etc.), tamaño de partícula (por ello se muele a fin de tener una mayor área de contacto), temperatura, presión, solvente (agua), etc. y el resto de solido, se considerara como inerte.

A la disolución separada se le considerará como extracto y a los inertes también se les puede considerar como lodos o refinado. En el proceso analizado, se puede apreciar que no existe recirculación del extracto, sino que el solvente puro se hace pasar a través de un lecho empacado de café (mismo que no se recircula hasta que acaba el proceso), y el primero va disolviendo los componentes afines al agua, dadas estas condiciones es de esperarse que al principio la concentración de café en agua sea mayor y que conforme pasa el tiempo esta vaya disminuyendo hasta alcanzar las condiciones de equilibrio.

Consideraciones aparte, el solvente que se manejará para este proceso será el agua, debido no solo a su afinidad química (existen mejores solventes), si no a su grado de toxicidad, densidad, sabor y demás propiedades atractivas para el consumo humano, además del antecedente histórico del café, mismo que ha sido preparado con agua a través de su existencia.






2) Cafetera con la que trabajamos


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cafetera Hamilton-Beach
Modelo: 42301MX

Condiciones de operación:
-Potencia: 1100 W
-Voltaje: 127 V
-Frecuencia: 60 Hz

















Componentes de la cafetera: cafetera_partes.JPG

- base
- contenedor
- tubería continua
- termopar
- resistencia eléctrica
- medidor volumétrico
- contenedor volumétrico
- parrilla
- tazón












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3) Operaciones de ingeniería química identificadas en la operación de la cafetera:

· Transferencia de Calor: Esta se origina en la resistencia eléctrica con la que cuenta la cafetera, está a su vez transfiere calor al agua que pasa por una manguera alrededor de ella, misma que se encarga también de mantener la temperatura del café preparado, pues se encuentra conectada a una placa de material metálico puesta justo debajo del contenedor.

· Extracción Sólido – Líquido: El agua que fue previamente calentada asciende a través de un tubo que la conduce hasta un sistema de irrigación, este sirve para que el agua sea distribuida uniformemente sobre el café, mismo que se encuentra sobre un filtro que impide el paso de partículas sólidas, el proceso de extracción ocurre en el punto en que el agua entra en contacto con las partículas de café, en ellas ocurre un equilibrio interfacial sólido-líquido, digno de mencionarse es el hecho de que el café cuente con una porosidad considerable, situación que sumada a la previa molienda del mismo, aumenta su área de contacto, favoreciendo el intercambio de masa a través del paso del agua por el lecho de café; los gradientes de concentración van cesando conforme se va llegando al equilibrio, situación que se mencionó anteriormente.

4) Operaciones de separación basadas en transferencia de masa presentes en la cafetera:

Estas se dan en el lecho empacado de café, primero se separan los componentes solubles en agua del café solido, después, el agua pasa sobre el filtro en que se encontraba el café, el filtro únicamente impide al paso de sólidos.

5) Bibliografía consultada:

· Robert E. Treybal, Operaciones de Transferencia de Masa. Editorial Mc Graw-Hill
· R. Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot, Transport Phenomena, 2ª Edición.






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Equipo # 4



1) Integrantes del equipo:
  • Basurto López Jesús Servando
  • Medrano Pesqueira Carmen Lucia
  • Terán Valdez Diana Patricia


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2) Cafetera con la que trabajamos
La cafetera con la que el equipo trabajo se enuncia a continuación junto con sus características:
Marca: West Bend ®

Modelo: 8 cup automatic percolator
Cat NO 0.5
Especificaciones eléctricas:
650 watts
120 volts
A.C. only

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Funcionamiento detallado de la cafetera:
Dentro de la cafetera podremos encontrar diferentes operaciones muy ligadas a nuestro curso, estas operaciones están basadas en la transferencia de masa y energía.
Las partes que conforma la cafetera son:
· Resistencia


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· Vaso o cavidad del proceso

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·
Canastilla para el depósito del café

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·
Tubo vertical conductor del agua en su punto de ebullición.


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·
Cable de alimentación eléctrica

·
Tapadera

Primero se introduce agua a temperatura ambiente junto con el café que solo éste se encuentra contenida en la canastilla, después el aparato es encendido conectándolo a la alimentación eléctrica, esto hace funcionar una resistencia ubicada al fondo del vaso provocando así el calentamiento del agua dentro del mismo.
Hay que mencionar que dentro del vaso hay una cavidad donde se encuentra situado un extremo del tubo alimentador de la canastilla, su función es trasportar agua en su punto de ebullición hacia el café contenido en la canastilla. Al momento de hacer contacto liquido-café este se lixivia provocando con ello el arrastre de partículas más finas hacia la parte inferior del recipiente, esto a su vez forma un ciclo de operación consiguiendo así un líquido concentrado con café que conforme el ciclo se repite aumenta la densidad de la solución.
Nota: para poder facilitar el trasporte de masa dentro de la canastilla, éste se encuentra perforado en su parte inferior y bajando la solución hacia el fondo por gravedad.
Cabe señalar que para mantener la temperatura en el sistema es necesaria la utilización de una resistencia para proveer calor, esta hace que la energía se convierta de eléctrica a calorífica, la cafetera contiene un termostato bimetálico este artefacto funciona uniendo las dos placas metálicas en su totalidad regulando el calor en el sistema para así mantener el café caliente. En la siguiente figura se puede observar de manera más clara su funcionamiento:

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Fig.1 Cafetera en donde se muestra el funcionamiento del termostato bimetálico.

3) Operaciones de ingeniería química identificadas en la operación de la cafetera
-Conducción térmica. La transferencia de energía entre dos cuerpos diferentes por conducción requiere el contacto directo de las moléculas de diferentes cuerpos, en donde no hay movimiento macroscópico.
-Difusión. Proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente de ellas aumentando la entropía del sistema conjunto formado por partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente.
-Evaporación. Conversión gradual de un líquido en un gas sin que haya ebullición. Las moléculas de cualquier líquido se encuentran en constante movimiento.
-Lixiviación. Proceso de lavado del suelo por filtración del agua.
-Cambio de energía eléctrica a calorífica.
-Condensación.Proceso físico que consiste en el paso de una sustancia en forma gaseosa a forma líquida.

4) Operaciones de separación basadas en transferencia de masa presentes en la cafetera

Inicialmente la energía proporcionada por la resistencia hace que haya un cambio de temperatura en el agua, y llegará a su punto de ebullición producido por la transferencia de calor con el mecanismo de conducción y convección.
El líquido subirá por el tubo alimentador por la energía generada debido al pasar al estado de líquido saturado, al llegar al extremo superior este rociará a los granos de café y así se llevará consigo las particulas más finas de café, pasaran por la malla de la canastilla y desenderán hasta el fondo del recipiente en donde se encuentran el agua pura y por una diferencia de concentración se llegará al equilibrio,en donde, al pasar por un determinado periodo de tiempo se mezclará homogéneamente.

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Fig.2 Proceso de obtención del café en solución.

5) Bibliografía consultada

http://es.wikipedia.org
http://es.encarta.msn.com


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Equipo # 5


Integrantes del Equipo
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  • Ahumada Valdez, Tania Guadalupe
  • López Avilés, Guadalupe
  • Vargas Ramírez, Juan Manuel
INTRODUCCIÓN
Sin lugar a duda, el café es una de las bebidas más populares y antiguas del planeta. Su origen se remonta a los comienzos del siglo XI. Su nombre proviene del vocablo turco kawah, que significa “lo que maravilla y da vuelo al pensamiento”.
El cultivo del café se lleva a cabo en numerosos países tropicales, en especial Brasil, el cual concentra aproximadamente un tercio de la producción mundial. Es uno de los principales productos agrícolas comercializados en los mercados internacionales.
La bebida se obtiene por infusión del café molido en agua caliente, y existen una variedad de métodos de preparación que son la base para el funcionamiento de diversos aparatos diseñados para obtener esta bebida caliente.
El objetivo principal de este trabajo es informar al lector, de manera concreta, sobre el mecanismo de operación de las cafeteras de uso común, como lo es la de filtro (de goteo o percolador), aparato utilizado principalmente en el hogar. Se mostrarán los principales componentes de una cafetera y la función que desarrollan, así como los principios fundamentales de transferencia (ya sea de calor o masa) que son base de su contribución en la preparación de esta bebida.

Cafetera Utilizada


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Imagen 1.- Cafetera Utilizada durante el Análisis.

Características:

- Marca: Black & Decker®
- Modelo: SmartBrew®
- Capacidad: 12 tazas
- Series: DCM 2000
- Voltaje: 120V


FUNCIONAMIENTO
Una cafetera de filtro está conformada por varios accesorios, cada uno de los cuales posee una función específica que contribuye en la obtención del producto final, café en solución.
El procedimiento de operación de esté aparato de cocina, consiste en la añadidura de agua (disolvente del café) en un depósito exclusivo para su posterior aumento de temperatura. Una vez alcanzados los 90°C (aproximadamente), el agua se hace pasar a través del grano molido, previamente colocado sobre un filtro de papel (algunas cafeteras cuentan con una malla de aluminio o acero), para después caer gota a gota por efecto de la gravedad, sobre una jarra. Esté recipiente va colocado sobre una placa eléctrica que tiene como función el mantener la bebida caliente. Generalmente está formado por un cristal con propiedades termofísicas adecuadas para la conservación de temperatura con el fin de reducir el consumo de energía eléctrica.

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Imagen 2.- Diagrama de flujo en el que se muestra el procedimiento de preparación de una solución de café haciendo uso de una cafetera.

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Imagen 3.- Cafetera vista desde la parte superior.

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Imagen 4.- Ilustración de la esprea de la cafetera.

El distribuido de agua (esprea) contribuye en el proceso rociando el solvente sobre el café, el cual esta colocado sobre el filtro en su soporte.

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Imagen 5.- Partes internas de la cafetera utilizada.

La función de la resistencia eléctrica es la de oponerse al paso de la corriente, o bien, al flujo de electrones, que al no poder circular libremente chocan unos contra otros y en consecuencia generan calor.
Por otra parte, una vez encendido el aparato se activa la bomba, succionando el agua e induciendo el flujo de ésta a través de un conducto (previamente calentado por la resistencia mediante el mecanismo de conducción) conformado por un material delgado con una conductividad térmica adecuada, con la finalidad de que pueda transferir el calor generado rápidamente y acondicionarla a una temperatura de aproximadamente 90°C. Posteriormente, el agua pasará a una siguiente etapa, dentro de la cual tendrá como función el cubrir en su totalidad al café molido, iniciando de esta manera una operación de lixiviación.



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Imagen 6.- Porta-filtro y regulador de flujo.

El porta-filtro cuenta con un regulador de flujo, utilizado para permitir el paso de la solución de forma lenta, provocando que ésta se mantenga el mayor tiempo posible en el lecho de café. Lo anterior con la finalidad de aumentar la transferencia de masa.

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Imagen 7.- Plancha Térmica. Sección en la que ocurre una transferencia de calor.

Finalmente, una vez obtenida la solución de café (y almacenada en la jarra), la plancha térmica, calentada de igual manera por efecto de la resistencia, mantendrá la solución a una temperatura deseada. Todo con el objetivo de que el consumidor disfrute de su bebida.

Operaciones de Ingeniería Química Identificadas en la Operación de la Cafetera

  • TRANSFERENCIA DE MASA
Movimiento de especies químicas de una posición a otra, dentro de una misma fase (difusión y convección) o de una fase a otra (transferencia de interfase

  • TRANSFERENCIA DE CALOR
Es la energía en tránsito debido a una diferencia de temperaturas.

Cursos Relacionados con el Plan

  • EQUILIBRIO QUÍMICO
  • BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA
  • FENÓMENOS DE TRANSPORTE
  • TERMODINÁMICA I Y II
  • TRANSFERENCIA DE MASA
  • TRANSFERENCIA DE CALOR
  • ANÁLISIS DE PROCESOS
  • FLUJO DE FLUIDOS
  • OPERACIONES UNITARIAS

Operaciones de Separación (Basadas en Transferencia de Masa) Presentes en la Cafetera

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Imagen 8.- Operación de la cafetera.

  • LIXIVIACIÓN
La lixiviación es la disolución preferente de uno o más componentes de una mezcla sólida por contacto con un disolvente líquido. En el caso de la cafetera, este proceso es la base fundamental de su funcionamiento, ya que al café que se encuentra en forma de lecho, se le agrega agua y después de ser calentada en este dispositivo, a su paso disuelve la cafeína, sales minerales (potasio, magnesio, calcio, sodio, fierro), lípidos, azúcares y aminoácidos con el fin de obtener la bebida deseada.
Variables involucradas: altura del lecho, solubilidad del disolvente, área del lecho, temperatura, presión, tamaño de la partícula.

  • DIFUSIÓN
Es un mecanismo de transferencia de masa a nivel molecular, cuya fuerza impulsora es el gradiente de concentración. Este fenómeno lo podemos apreciar en el proceso de lixiviación del café, pues el agua pura que entra en contacto con el grano, provoca un gradiente de concentración, por lo que las sustancias solubles, tienden a disolverse en ésta; por otra parte, ocurre difusión en la jarra de la cafetera, pues al transcurrir el tiempo, la bebida proveniente de la lixiviación se encuentra cada vez menos concentrada, por lo que se genera una diferencia de concentraciones dentro del tazón contenedor, hasta que se logra el equilibrio y se homogeniza.
Variables: concentración, distancia, difusividad, porosidad, tortuosidad, así como las condiciones del sistema como temperatura y presión, área transversal del flujo del líquido. Además del coeficiente de transferencia de masa, el cual agrupa factores físicos, geométricos y propiedades de transporte.

  • CONVECCIÓN
Es en mecanismo de transferencia de masa debido al movimiento global del fluido, o a la velocidad del fluido. En el proceso de la cafetera la convección se da por el flujo del disolvente en el soluto al caer por gravedad. Variables presentes: flujo, viscosidad del fluido, temperatura, densidad.

Bibliografía Consultada





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