Metodo-cuadricula-HyST para medicion con luxometro
Evaporadores parte i_2013
1.
2. Tema 5 : Evaporadores (IA)
Evaporadores: Tipos y aplicaciones
De circulación forzada, de tubos largos, de tubos cortos,
horizontales, de placas, de película agitada
Transferencia de calor en evaporadores
Disposición de los evaporadores: simple efecto y múltiple efecto
Diseño y cálculo de evaporadores
Aspectos económicos de la evaporación
Influencia en la evaporación de las propiedades del
líquido de alimentación
Tema 6 : Diseño de equipos de Transferencia de calor V
(IQ); 2da parte
3. http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/evaporation.htm
1.Pagina en INTERNET:
•R.L.Earle – M.D.Earle . Unit Operation in Food Processing. Capítulo 8:
Evaporation
2. Bibliografia en CD :
•Albert Ibarz - Gustavo V. Barbosa-Cánovas: Unit Operations in Food Engineering . Capítulo 18:
Evaporation
•P. Fellows. Food Processing Technology. Capítulo 13: Evaporation and distillation.
•James G. Brenann. Food Processing Handbook. Capítulo 3: Evaporation and Dehydration.
•Willian B.Glover – William L.Hyde. Evaporación de Productos Difíciles de Procesar: Evaporación por
película fina agitada. Extraído de : The Magazine or Technical Industry.
•APV. Evaporator Handbook. Fourth Edition
•Dennis Heldman – Daryl Lund. Handbook of Food Engineering. 2nd edition. Capítulo 8 : Evaporation
and Freeze Concentration.
•Joaquín Ocon García – Gabriel Tojo Barreiro. Problemas de Ingeniería Química. Tomo I Ed Aguilar.
Capítulo 3: Evaporación
4.
5. EVAPORACION
El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un
líquido de una solución, por tratamientos térmicos.
6. En la mayoría de los casos la operación se refiere
a eliminación de agua
Definición:
Concentración de una disolución, por paso de
parte del disolvente presente en la misma, a
fase vapor.
EVAPORACION
7. Esta operación consiste en la separación de un disolvente
volátil de un soluto no volátil por evaporación del disolvente
El agua es el disolvente que con más frecuencia
hemos de separar.
La evaporación es así un proceso que es de uso frecuente por
el tecnólogo del alimento.
Se utiliza cuando el producto alimenticio es un líquido, y se
requiere quitar el agua
EVAPORACION
La calefacción se efectúa por medio del vapor
condensante
8. Procesos que se puede usar para remover el agua :
Osmosis reversa:
Concentración por congelación
Evaporación
Secado
Es la más adecuada para líquidos diluidos y no afecta la calidad del
producto. Puede ser usada para la pre-concentración previa a la
evaporación para alimentos líquidos que contengan menos del 10%
de sólidos
Se puede usar para productos sensibles al
calor o cuando las pérdidas de los
componentes volátiles se debe minimizar. Se
pueden alcanzar concentraciones de 40-55
%
Requiere de mucha energía y una alimentación de alta concentración.
Requiere de un proceso previo de preconcenmtración.
Puede concentrar la mayoría de los alimentos líquidos fácilmente
hasta un 50 % de sólidos y en el caso de soluciones azucaradas para la
producción de caramelos duros, puede llegarse as 98% de sólidos.
9. La elección del proceso de concentración depende de:
La extensión de la concentración requerida
El efecto del proceso sobre el producto
La fuente de energía disponible
Los costos relativos de los procesos
El objetivo es remover el agua, aumentando la concentración del soluto, y hacerlo con un
costo mínimo: costo de capital + costo de operación (costo de energía, pérdida de
producto, costo de limpieza).
10. Aplicaciones típicas de la evaporación en la industria
de los alimentos
FRUTAS
LACTEOS
AZUCAR
SAL
VEGETALES
Jugos de frutas concentrados que se obtienen por evaporación a bajas
temperaturas para proveer estabilidad al producto, minimizar los volúmenes
de transporte y de almacenamiento.
A partir del procesos de evaporación de las frutas se obtienen mermeladas y
jaleas.
La evaporación se usa en la industria de los lácteos para concentrar
leche, suero y lactosa previo al secado.
El azúcar refinado a partir de remolacha o de caña de azúcar se realiza por
extracción del azúcar con agua caliente, evaporando el agua hasta la
obtención del jarabe concentrado, y luego por evaporación controlada se
genera la sobresaturación necesaria para el proceso de cristalización.
Los jarabes de malta y glucosa se evaporan después de la hidrólisis
enzimática de la cebada o el almidón de maíz.
En algunos países el agua fresca se produce por evaporación del agua
de mar, que da sal como subproducto. Se concentra y cristaliza de
manera similar al azúcar.
Se extrae el agua de los jugos de vegetales para obtener una
determinada textura como en los pures y pastas.
11. Objetivos de la evaporación:
Concentración de los alimentos
jugos, leche y café antes de su deshidratación, congelación o
esterilización
ahorro energético en las operaciones siguientes
reduce gastos de almacenamiento, transporte y distribución
La leche entera, la leche descremada, y el suero, se preconcentran por
evaporación antes de ser deshidratados por secado spray, secado a tambor o
secado por congelación.
La leche entera contiene 12,5% de sólidos totales y se concentra por evaporación
hasta un 40-50%.
Los granos de café se limpian y se tuestan (para el desarrollo del color: claro,
medio, oscuro y flavor) . Se muelen y los solubles se extraen con agua caliente
( a contracorriente en extractores de lecho estático o continuo). La solución que
deja el extractor tiene 15-28% de SS. Se enfría y se filtra. Luego se concentra
en evaporadores al vacío, usualmente de múltiple efectos de película
descendente, hasta un 60% de SS y finalmente se secan en sacadero spray o
por congelación.
El jugo de caña se obtiene en
molinos de rodillos y el de
remolacha se obtiene
cortando en rodajas la
remolacha y sometiéndola a
extracción con agua caliente a
55-85ºC, en extractores de
lecho estático o móvil a
contacorriente en múltiple
etapas.
Luego el extracto se purifica, se tamiza y
se carbonata. Se agrega lima y se
burbujea CO2. Se forman cristales de
carbonato de calcio, se sedimentan y se
filtran. El jugo se trata con SO2 para
evitar el pardeamiento enzimático, y se
filtra. Este jugo con un 15% de SS se
concentra en un evaporador de múltiple
efecto al vacío hasta un 50-60% de SS. Se
usan evaporadores de tubos cortos
verticales o evaporadores de platos.
Luego se concentra aún mas
en un evaporador de tubos
cortos de efecto único hasta la
sobresaturación. Se siembra
la solución para iniciar la
cristalización.
La remoción parcial de agua reduce la masa y el volumen de líquido reduciendo así el costo de transporte, de
almacanamiento y en algunos casos de empaquetamiento.
Muchos jugos de frutas son extraídos y concentrados en evaporadores de
alto vacío y a baja temperatura (20ºC). El concentrado se congela cerca
del área de crecimiento, y se transporta a otros lugares donde es diluido,
empaquetado y vendido como jugo de fruta frío. Por ejemplo el jugo de
naranja contiene un 12% de SS y se concentra hasta 65% de SS.
12. jarabes caramelizados para panadería y pastelería
Objetivos de la evaporación:
Mejorar la conservación de los alimentos
mermeladas y melazas
reducción de la actividad de agua
Suministrar un producto de uso más cómodo
concentrados de frutas para diluir, sopas, pasta de tomate
Cambiar aroma y/o color de los alimentos
Esto es muy conveniente para el consumidor o para el fabricante ( pectinas líquidas, concentrados para el uso
en helados o productos de panadería)
13. La evaporación se lleva a cabo por la transferencia de calor desde
el vapor condensante hasta la disolución a concentrar.
La cantidad de calor viene dada por:
Q = U A ∆T
Donde:
U: Es el coeficiente global de transferencia de calor
A : Es el área de transferencia de calor
∆T : es la diferencia de temperatura entre el vapor
condensante y el líquido hirviente
14. Factores que afectan el proceso de evaporación
Reducción del coeficiente de transmisión de calor
Posible elevación de la viscosidad durante el proceso al
aumentar la concentración
disminución del coeficiente global de transferencia de
calor
Posible alcance del límite de solubilidad
formación de cristales
Posible degradación térmica de los alimentos
evaporación a vacío
Posible formación de espumas
Pérdidas de material al ser arrastradas las espumas por el
vapor a la salida del evaporador
Aumento de la temperatura de ebullición al aumentar la
concentración de la solución
Posibles incrustaciones sobre las superficies de calentamiento
El punto de ebullición de una solución es más alto que la del solvente puro a la misma presión . Cuanto
más alto es el contenido de sólidos solubles de la solución, más alto es el punto de ebullición.-
Cuando la evaporación avanza y la concentración de SS aumenta, la temperatura de evaporación
aumenta.
Si la temperatura del vapor usada para calentar el líquido se mantiene constante, la diferencia de
temperatura entre él y el líquido que se evapora, disminuye
Esto disminuye la velocidad de transferencia de calor y la velocidad de evaporación.
Para mantener constante la velocidad de evaporación la presión de vapor debe aumentar
Por ejemplo, el aumento de ebullición de una solución de azúcar que contiene 50% SS es de 7ºC.
•Cuando la solución se va concentrando la temperatura de ebullición aumenta.
•La evaporación puede tomar algunos minutos o unas pocas horas. La exposición de los alimentos
líquidos a altas temperaturas por largos tiempos pueden causar cambios en el color y en el flavor de los
alimentos. Estos pueden ser deseables (caramelos toffe) o indeseables en el caso de líquidos sensibles al
calor ( jugos de frutas o leche)
•Para reducir los daños se debe reducir la presión en el evaporador por debajo de la presión
atmosférica por medio de condensadores, bombas de vacío o eyectores de vapor. Esto reduce la
temperatura a la cual el líquido se evapora.
•Típicamente la presión en el evaporador estará en un rango de 7,5 a 85 kPa abs que corresponden a
una temperatura de evaporación en el rango de 40 a 95ºC.
•El uso de presiones más bajas es antieconómico.
•Esto se conoce con el nombre de evaporación al vacío.
•La s temperaturas de evaporación que prevalecen en la evaporación al vacío hacen que se pueda
mantener una diferencia de temperatura razonable entre el medio de calefacción y el líquido en
ebullición . Esto limita los cambios indeseables en el color y en el flavor de los productos.
Algunos líquidos espuman cuando hierven vigorosamente en el evaporador : proteínas de la leche
descremada .
Esto reduce la velocidad de transferencia de calor y la velocidad de evaporación.
Resulta en una excesiva pérdida del producto con el vapor que deja la sección de calentamiento,
contamina el agua fría que se usa en los condensadores y conduce a problemas en los efluentes.
Se pueden usar antiespumantes, siempre y cuando estén permitidos
La viscosidad de la mayoría de los líquidos aumenta cuando el contenido de sólidos aumenta durante la
evaporación.
Esto conduce a la reducción de la velocidad de circulación y de transferencia de calor en la sección del
evaporador
Esto influye en la selección del tipo de evaporador: Evaporadores de película descendente para líquidos
moderadamente viscosos, y de película delgada agitada para líquidos muy viscosos.
El aumento en la viscosidad puede limitar la concentración máxima que se puede obtener en la
evaporación.
El ensuciamiento de las superficies de transferencia de calor disminuye la velocidad de transferencia de
calor y de evaporación. También puede necesitar procedimientos de limpieza costosos. Este
ensuciamiento debe tenerse en cuenta en el diseño y en la selección de los evaporadores: Evaporadores
de circulación forzada o de película delgada agitada
15. La evaporación se lleva a cabo por la transferencia de calor desde
el vapor condensante hasta la disolución a concentrar.
La cantidad de calor viene dada por:
Q = U A ∆T
Donde:
U: Es el coeficiente global de transferencia de calor
A : Es el área de transferencia de calor
∆T : es la diferencia de temperatura entre el vapor
condensante y el líquido hirviente
16. Los factores principales que afectan a la velocidad de
evaporación (Q) son:
a) La velocidad de transferencia de calor al líquido.
b) La cantidad de calor necesaria para evaporar
cada kilogramo de agua.
c) Temperatura máxima que permite el líquido
d) La presión a la cual tiene lugar la evaporación
e) Cualquier cambio que puede ocurrir en el producto
alimenticio durante el proceso de la evaporación
17. Los valores de los coeficientes globales de transmisión de calor (U)
para los evaporadores son del orden de 1800 – 5000 J m-2
s-1
ºC-1
para
la evaporación de agua destilada en un evaporador de tubo vertical
al que se le suministra calor por condensación de vapor de agua.
U : Coeficiente global de transferencia de calor
Este coeficiente incluye:
•El coeficiente de condensación del vapor de calefacción
•La resistencia de conducción del material que forma la
superficie de intercambio de calor (incluyendo los
depósitos sólidos)
•El coeficiente de convección del líquido hirviente
Se determinan experimentalmente para cada caso en particular
También se dispone de gráficas para diferentes evaporadores
18. Coeficientes de transferencia de calor globales para diferentes
tipos de evaporadores
Evaporador U (W/m2 ·°C)
Verticales de tubos largos
Circulación natural 1000–3500
Circulación forzada 2300–12000
Tubos cortos
Tubos horizontales 1000–2300
Tipo calandria 800–3000
Serpentines 1000–2300
Película agitada (Líquidos newtonianos)
Viscosidad 1 mPa·s 2300
100 mPa·s 1800
104
mPa·s 700
Source: McCabe, W.L. and Smith, J.C., Operaciones Bósicasde Ingeniería Quínica, Reverté, Barcelona, Spain, 1968.
19. ∆T : Diferencia de temperaturas
Es función de los siguientes factores:
1. Las condiciones del vapor de calefacción
2. La presión de la cámara de evaporación
3. La concentración de la disolución
20. El evaporador tiene dos funciones
principales:
a) Intercambiar calor
b) Separar el vapor que se forma del
líquido.
21. EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO
Vapor
Hacia el condensador
Alimentación Tubos de intercambio de calor
Vapor de agua
Condensado
Producto concentrado
Cámara de evaporación Cámara de condensación
22. EL EVAPORADOR DE SOLO EFECTO
El evaporador típico se compone de tres secciones
principales:
1. El cambiador de calor
2. La sección de evaporación, donde el líquido
bulle y se evapora.
3. El separador, en el cual el vapor se separa
del líquido y se dirige hacia el condensador
o a otro equipo.
23. En muchos evaporadores estas tres secciones están contenidas en un
solo cilindro vertical:
1. En el centro existe una sección
calentada por vapor de agua,
atravesada por tubos por los que
circula el líquido a evaporar
2. En la parte superior del cilindro
hay unos deflectores que permiten
pasar al vapor pero no a las gotas
de líquido que puedan
acompañarle.
3. El vapor de agua se condensa en la
camisa, haciendo que el líquido a
evaporar entre en ebullición en el
interior de los tubos y en el espacio
encima de la placa que fija los
tubos.
24. La resistencia al flujo de calor está determinada
por:
2. Por el material de las paredes del tubo.
La velocidad de circulación del líquido afecta notablemente
a las velocidades de evaporación, aunque es muy difícil
predecir cuales son las velocidades de circulación y la forma
de flujo.
1. Los coeficientes de vapor de agua y de película
líquida
25. Cuando existen sólidos disueltos la concentración
del líquido que se evapora crece:
La viscosidad aumenta, se dificulta la circulación. Los
valores de U suelen ser mucho menores que 1800 – 5000 J m-2
s-1
ºC-1
y las velocidades de ebullición son más pequeñas.
Aumenta la temperatura de ebullición, se reduce la
diferencia de temperatura disponible y disminuye la velocidad
total de transmisión de calor.
Los valores de U varían con las diferencias de
temperaturas, con lo cual el diseño teórico de un evaporador
está sometido a amplios márgenes de incertidumbre.
26. EVAPORACIÓN POR VACIO
Si el líquido a evaporar puede alterarse por exposición a
temperaturas elevadas, es necesario reducir la temperatura de
ebullición trabajando a presiones bajas
Las presiones reducidas se obtienen por eyectores de vapor de
agua o por bombas de vacío.
La bombas mecánicas de vacío son en general más baratas
que los eyectores de vapor en gastos de mantenimiento, pero
más caras en costo.
El líquido condensado se puede bombear fuera del sistema o
bien se descarga por medio de una columna barométrica.
Las bombas de vacío trabajan con los incondensables, que
pueden descargarse a la atmósfera.
27. TRANSMISIÓN DE CALOR EN LOS EVAPORADORES
El calor se suministra desde una fuente exterior a
temperatura adecuada
Puede ser:
vapor de agua
calefacción directa
calefacción con resistencias eléctricas (elevado costo)
agua caliente (para productos sensibles)
vapor de agua a presión baja (se requiere grandes
volúmenes)
28. En los evaporadores los cálculos se realizan
combinando:
Balances de materia
Balance de energía
Principios de la transferencia de calor.
29. Balances de materia y
energía en un evaporador eHE,
QWW THW ,, FFF hTXF ,,,
WhW,
SsS hTXS ,,,
F
FFX
)( EDW TTUA −
=
SSX
S
=)/( KgkJaguaλ
E
=
+
WWH FFh+ WWh= perdidas+ EEH SSh+
WT
EDT
+
=Q TUA∆ =
=Q 1Q 2Q+ =1Q )( FEDpF TTFC −
=2Q
EDTEλ )(º91,22538 CT−
30. Criterios de selección de evaporadores
Para determinar las condiciones óptimas de diseño,
se debe tener en cuenta una gran cantidad de
factores para obtener de esta manera, un equipo que
tenga una relación óptima entre rendimiento de
evaporación, economía y calidad del producto.
Economía
Calidad del producto
Rendimiento del evaporador
31. PROBLEMA 1
En un evaporador de simple efecto se concentra una solución de
NaOH a razón de 10.000 Kg/h, desde el 10% al 40 % . El vapor
de calefacción es vapor de agua saturado a 3.4 atm absolutas
y abandona la cámara de condensación a la temperatura de
condensación. (Pabs = Patm + Pman)
En la cámara de evaporación se mantiene una presión absoluta de
150 mmHg. Consideremos en primer lugar que el calor de
dilución es despreciable. La pérdida de calor al exterior por
convección y radiación son despreciables. El coeficiente
integral de transferencia de calor vale 1700 kcal/m2
h °C y el
calor específico de la alimentación es Cp=0,9 Kcal/Kg °C .
La disolución puede entrar al evaporador a : 30°C , 60 °C, 80°C.
Determínese para cada una de las condiciones de entrada :
a) Consumo de vapor vivo
b) Superficie de calefaccion
c) Economía del proceso
32. Total sólido liquido
Solución diluida
(F) 10000 1000 9000
Producto
concentrado (S) 2500 1000 1500
Agua evaporada
(E) 7500 7500
BALANCE DE MASA (Kg / h)
34. hKgW /876530 =
hKgW /823860 =
hKgW /788780 =
a)
W
febevap ttCpFE
W
λ
λ ).(.. −+
=
513
)60(9,0.100005,563.7500 ft−+
=
La alimentación entra a menor
temperatura que la cámara de
evaporación (tf < teb)
La alimentación entra a la
temperatura que la cámara de
evaporación (tf = teb)
La alimentación entra a mayor
temperatura que la cámara de
evaporación (tf > teb)
35. b)
TU
W
TU
Q
A
∆
=
∆
=
.
.
.
λ
2
30 34 mA =
2
60 32 mA =
2
80 30 mA =
c)
do(W)suministrancalefacciódeVapor
E)evaporada(aguadeCantidad
nevaporaciódeEconomia =
95,080 =E
91,060 =E
86,030 =E
Donde
∆T util =138,2°C – 60°C = 59,6°C
36. Si después de algun tiempo, debido a las incrustaciones, el U
disminuye a 1300 kcal/m2
h °C y se mantienen las demás
condiciones, calcular la presión a la que debe mantenerse la
cámara de evaporación para que la capacidad sea la misma
(E/A)
Cteb °= 5,3630
mmHgPevap 4630
=
AU
W
tt w
condeb
λ
−=
Cteb °= 6,3660
Cteb °= 5,3480
mmHgPevap 4660
=
mmHgPevap 4280
=
37. Si después de algun tiempo, debido a las incrustaciones, el U
disminuye a 1300 kcal/m2
h °C y se mantienen las demás
condiciones, calcular las condiciones del vapor de calefacción
si no varía la presión en la cámara de evaporación para que la
capacidad sea la misma (E/A)
AU
W
tt w
ebcond
λ
+=
Ctcond °=16230
atmPvapor 5,630
=
38. ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN
Mientras que procede la evaporación, el licor que
permanece en el evaporador se concentra y su punto de
ebullición se eleva
El grado de la elevación del punto de ebullición
depende de la naturaleza del material que es
evaporado y de los cambios de la concentración
La elevación del punto de ebullición se puede
calcular por la ley de Raoult:
∆T = kx
donde:
∆T : es la elevación del punto de ebullición
x : es la fracción molar del soluto
k: es un constante de proporcionalidad.
39. • La presencia de solutos provoca un incremento en el punto de
ebullición
Disoluciones acuosas
S
e
E
M
XK
CT
1000
)(º =∆
disolventeKgsolutoKgX /=
solutodelmolecularmasaMs =
mCTE 51,0)(º =∆
disoluciónlademolalidadm =
Disoluciones acuosas
)10.52,603889,0(113,0029,0 24
04904,0 CC
E ePCT
−
+−
=∆
Zumos
)(º BrixdisoluciónladeiónConcentracC =
)(Pr mbaresiónP =
40. Para las disoluciones iónicas las desviaciones experimentales
son grandes. En la práctica para el cálculo del incremento del
punto de ebullición hacemos uso de la regla de Durhing.
Regla de Durhing: si se
representa el punto de
ebullición de una
disolución frente a la
temperatura de ebullición
del disolvente los puntos
correspondientes a
distintas presiones caerán
sobre una recta
(Diagrama de Durhing
para el NaCl)
46. PROBLEMA 2
En un evaporador de simple efecto se concentra una solución de
NaOH a razón de 10.000 Kg/h, desde el 10% al 40 % . El vapor
de calefacción es vapor de agua saturado a 3,4 atm absolutas
y abandona la cámara de condensación a la temperatura de
condensación. (Pabs = Patm + Pman)
En la cámara de evaporación se mantiene una presión absoluta de
150 mmHg. La pérdida de calor al exterior por convección y
radiación son despreciables. El coeficiente integral de
transferencia de calor vale 1700 kcal/m2
h °C y el calor
específico de la alimentación es Cp=0,9 Kcal/Kg °C .
La disolución puede entrar al evaporador a : 30°C.
Determínese para cada una de las condiciones de entrada :
a) Consumo de vapor vivo
b) Superficie de calefaccion
c) Economía del proceso
47. Total sólido liquido
Solución diluida
(F) 10000 1000 9000
Producto
concentrado (S) 2500 1000 1500
Agua evaporada
(E) 7500 7500
BALANCE DE MASA (Kg / h)
48. BALANCE ENTALPICO:
abs = 150 mmHg = 0,20 Kg/cm2
Teb = 60°C
evap =Ηv - hl =(623,2 – 59,61) Kcal/Kg = 563,5 kcal/Kg
Cámara de evaporación
Cámara de condensación
Pabs = 3,4 atm = 3,51 Kg/cm2
Tcond = 138,3 °C
λW =Hv - hl =(651 –139) Kcal/Kg = 513 kcal/Kg
Si no hubiera incremento en el punto de ebullición la disolución
herviría A 60°C .
Si embargo, cuando la solución de NaOH se concentra , el punto
de ebullición aumenta. Del gráfico de Durhing para el NaOH
50. BALANCE ENTALPICO:
Cámara de evaporación
La disolución hierve a 86°C .Hay un incremento de : 86°C – 60°C
= 26°C en el punto de ebullición,Δe = 26°C
La entalpía del vapor generado=He=[ 623,2+ (0,46x26)]Kcal/Kg=635,2Kcal/Kg
Del gráfico de Durhing para el NaOH
Si Teb /agua pura = 60°C y xS = 0,40 →Teb = 86°C
Y el ∆T util =138°C – 60°C – 26°C=52°C
55. Si después de algun tiempo, debido a las incrustaciones, el U
disminuye a 1300 kcal/m2
h °C y se mantienen las demás
condiciones, calcular la presión a la que debe mantenerse la
cámara de evaporación para que la capacidad sea la misma
(E/A)
Si U se reduce, y se mantienen E = 7500 kg/h, y A = 54m2
,
ΔTutil AUMENTA
CeTCeTTT evapevapcondútil °=∆+−°=∆−−=∆ 68)(138
C
AU
W
Tútil °===∆ 68
54.1300
513.9243
.
.λ
CeTevap °=∆+ 70 Temperatura en la cámara
de evaporación. Ts
56. Si U se reduce, la presión en la cámara de evaporación
disminuye
Del gráfico de Durhing para el NaOH
Si Teb = 70°C y xS = 0,40 →Tagua pura = 44°C
mmHgPevap 72=
57. Ejemplo 3
En un evaporador simple se tratan 15000 Kg/h de una disolución
de NaOH al 10% que ha de concentrarse hasta el 50% en peso.
El vapor empleado como medio de calefacción es vapor saturado a
3,5 atm y una vez condensado sale a la temperatura de
condensación.
El vacío mantenido en la cámara de evaporación es de 620 mmHg
referido a la presión atmosférica normal.
El coeficiente integral de transferencia de calor vale 1600
Kcal/m2
h°C .
Si la alimentación entra a 40°C y no se pierde calor al exterior,
calcular:
a) Consumo horario de vapor de calefacción
b) Superficie de calefacción
c) Economía
58. BALANCE DE MASA (Kg / h)
Total sólido liquido
Solución diluida
15000 1500 13500
Producto
concentrado 3000 1500 1500
Agua evaporada
12000 12000
59. Ejemplo 4
Una disolución de NaOH se concentra desde el 8% hasta
el 25% en peso en un evaporador simple a razón de 3000
Kg/h. Antes de entrar la disolución en el evaporador se
calienta en un cambiador de calor hasta 70ºC, empleando
como medio de calefacción el condensado que sale de la
cámara de condensación. Para la calefacción del
evaporador se emplea vapor saturado 108ºC
manteniéndose la cámara de evaporación a la presión
absoluta de 90 mmHg. Determínese el coeficiente integral
de transmisión de calor U sabiendo que la superficie de
calefacción es de 20 m2
.
60. Condensadores
En los evaporadores que trabajan bajo presión reducida, la
bomba de vacío va precedida por un condensador que
elimina la mayor parte del vapor condensándolos a un
líquido
Un condensador es un equipo de transferencia de calor
utilizado para licuar vapores eliminando su calor latente
El calor latente se retira absorbiéndolo con un líquido más
frío denominado refrigerante
61. Los condensadores se dividen en dos clases:
2. Condensadores de contacto
a. Condensadores de superficie
Los condensadores de superficie proporcionan suficiente
superficie de transmisión de calor para que el vapor ceda el
calor latente de vaporización al agua de enfriamiento
En un condensador de jet, los vapores se mezclan con una
corriente del agua del condensador en cantidad suficiente para
absorber el calor latente de los vapores.
1. Condensadores de tubo y coraza
b. Condensadores de chorro (jet).
El vapor condensante y el refrigerante están separados por una
superficie tubular de transferencia de calor
Las corrientes de vapor y refrigerante (ambas son por lo general
agua) se mezclan físicamente y abandonan el condensador
formando una sola corriente
62. EJEMPLO 5. Agua requerida en un condensador de jet
para un evaporador
¿Cuánto agua sería requerida en un condensador de jet
para condensar los vapores procedentes de un evaporador
que evapora 5000 kilogramos h-1
de agua con un vacío de
15 cm de mercurio? El agua de condensación está
disponible a 18°C y la temperatura permisible más alta
para el agua descargada del condensador es de 35°C.
Balance de calor
La presión en el evaporador es de 15 cm de mercurio =
= Z ρ g = 0.15 x 13.6 x 1000 x 9.81 = 20 kPa
A partir de las tablas de vapor , la T de condensación del agua
a 20 kPa es 60°C y el λ de vaporización es de 2358 kJ kg-1
63. Calor extraído en el condensado
= 2358 x 103
+ (60 - 35) x 4.186 x 103
=
= 2.46 x 106
J kg-1
Calor absorbido por el agua de vaporización
= (35 - 18) x 4.186 x 103
=
= 7.1 x 104
J kg-1
Cantidad de calor necesario por hora
= 5000 x 2.46 x 106
J
∴ la cantidad de agua de refrigeración necesaria por hora será:
= (5000 x 2.46 x 106
)/7.1 x 104
=
= 1.7 x 105
kg
64. EJEMPLO 6: Área del intercambio de calor para un condensador
superficial para un evaporador
¿Cuál es el área del intercambio de calor requerida para un
condensador de superficie operando bajo las mismas condiciones
que el condensador de jet del ejemplo 2, si se asume que el valor de
U es 2270 J m-2
s-1
°C-1
, y despreciando cualquier sobreenfriamiento
del líquido?
Si las diferencias de la temperatura son pequeñas, se pueden
utilizar las medias aritméticas de las temperaturas
Diferencia de temperatura media :(60 - 18)/2 + (60 - 35)/2 = 33.5°C.
Cantidad de calor requerido por el condensado: UA ∆T
5000 x 2.46 x 106
= 2270 x A x 33.5 x 3600
Área de transferencia de calor requerida = 45 m2
Este sería un condensador muy grande, por este motivo
frecuentemente se prefieren los condensadores de jet
