EVAPORADOR DE PELÍCULA ASCENDENTE

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
LABORATORIO INTEGRAL III
PRACTICA 3: EVAPORADOR DE PELICULA ASCENDENTE
26 DE OCTUBRE DEL 2017,OAXACA DE JUAREZ, OAXACA.
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA
Departamento de Ingeniería Química y
Bioquímica

2. Tabla de contenido
EVAPORADOR DE PELÍCULA ASCENDENTE..........................................3
OBJETIVOS ............................................................................................3
MARCO TEORICO..................................................................................3
DESCRIPCION DEL EQUIPO .................................................................6
MATERIALES Y REACTIVOS .................................................................6
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ......................................................7
RESULTADOS ........................................................................................8
CÁLCULOS .............................................................................................8
OBSERVACIONES................................................................................11
CONCLUSIONES..................................................................................12
BIBLIOGRAFÍA......................................................................................13

3. EVAPORADOR DE PELÍCULA ASCENDENTE
PRACTICA N° 3
OBJETIVOS
Comprender el funcionamiento de un evaporador de película ascendente, asícomo determinar la
perdida de calor en el evaporador.
Realizar el balance de materia y energía en el evaporador
MARCO TEORICO
Evaporación como una operación unitaria
El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una solución, suspensión o
emulsión por tratamientos térmicos. Se dice entonces, que la solución, suspensión o emulsión se
está concentrando, y para lograr dicho propósito debemos suministrar una fuente de calor externo;
esta fuente calórica se logra generalmente con vapor de agua, el cual se pone en contacto con el
producto a través de una superficie calefactora.
Evaporación como proceso
El objetivo de la evaporación es concentrar una solución que contenga un soluto no volátil y un
solvente volátil. En la mayoría de procesos de evaporación, el solvente es elagua. La evaporación
consiste en vaporizar una parte del solvente para producir una solución concentrada de licor espeso.
La diferencia entre la evaporación y el secado es que el residuo es un líquido en vez de ser un
sólido.
La transmisión de calor en un líquido en ebullición es evaporación, el objetivo de la evaporación es
concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil y un disolvente volátil. En la mayor
parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La evaporación se realiza vaporizando una parte
del disolvente para producir una disolución concentrada. La evaporación difiere del secado en que el
residuo es un líquido -a veces altamente viscoso- en vez de un sólido; difiere de la destilación en que
el vapor es generalmente un solo un solo componente y, aun cuando el vapor sea una mezcla, en la
evaporación no se intenta separar el vapor en fracciones, difiere de la cristalización en que su interés
reside en concentrar una disolución y no en formar y obtener cristales.
Las propiedades físicas y químicas de la solución que se está concentrando y del vapor que se
separa tiene un efecto considerable sobre el tipo de evaporador que debe usarse y sobre la presión
y la temperatura del proceso. Normalmente, en evaporación el producto valioso es el líquido
concentrado mientras que el vapor se condensa y se desecha.
Los equipos en los que ocurre una vaporización se pueden dividir de la siguiente forma:
A) Calderas
B) Evaporadores
• Plantas de Fuerza. Para recuperar el solvente (agua).

4. • Químicos. Con el propósito de recuperar o concentrar un soluto no volátil.
C) Intercambiadores - Vaporizadores
• Rehervidores. Equipos conectados al fondo de una torre de destilación fraccionada que proveen
del calentamiento requerido para la destilación.
• Vaporizadores. Son equipos que evaporan parte de un líquido por medio de vapor o fluidos
térmicos.
Debido a que los equipos de evaporación se han desarrollado empíricamente existe una gran
variedad de ellos que se utilizan de acuerdo a las características y las condiciones en que se
encuentra la sustancia a evaporar.
Clasificación de los evaporadores de acuerdo al medio calefactor:
I. Medio calefactor separado del líquido a evaporar.
A. Mediante superficies tubulares
B. Mediante superficies solidas diversas
II. Medio calefactor en contacto directo con el líquido a evaporar.
A. Combustión sumergida
B. Discos o cascada
C. Energía Eléctrica
III. Sin medio calefactor
IV. Calentamiento por radiación solar
El evaporador de película ascendente del laboratorio, el medio calefactor está separado del líquido a
evaporar por una superficie de vidrio tipo “corning” consistente en un tubo vertical largo y
corresponde al tipo I.A. de la clasificación anterior.
En estos equipos la alimentación entra por el fondo del tubo interior y de inmediato alcanza una alta
velocidad de ascenso y salida hacia el separador, debida ´está a la expansión del vapor que se
genera por el calentamiento a través de la superficie interna del tubo.
La operación en un evaporador puede ser:
A) Intermitente. Las operaciones de llenado, evaporación y vaciado se ejecutan es pasos sucesivos.
B) Semi-intermitente. La alimentación se lleva a cabo en forma continua, pero la descarga se efectúa
hasta que alcanza la concentración final.
C) Continua-intermitente. La alimentación es continua y, en ciertas partes del ciclo, la descarga
también es continua.

5. D) Continua. La alimentación y descarga son continuas, permaneciendo la concentración de la
alimentación y del producto prácticamente constante. Con objeto de ahorrar energía se tienen
diferentes arreglos de los evaporadores.
Es en los evaporadores verticales de tubos largos en donde se alcanza una mayor evaporación que
en los demás, están diseñados para trabajar en forma continua y se adaptan muy bien a la
operación en múltiple efecto; aunque por lo general, se operan en un solo paso, llevando a cabo la
concentración del líquido en el tiempo que tardan el líquido y el vapor desprendido en pasar a través
del tubo. La recirculación de parte del producto al evaporador es recomendable cuando la relación
de alimentación a evaporación o de alimentación a superficie calefactora es baja, (así, por ejemplo,
en la obtención de jugo de limón concentrado se utilizan evaporadores de 4 efectos y en el de jugo
de naranja de 6 efectos). Este tipo de evaporadores no es apropiado para soluciones incrustantes.
Debido a la simplicidad de su construcción, diseño compacto y altos coeficientes de transferencia
son apropiados para servicios con líquidos corrosivos.
Las principales ventajas que tienen son:
a) Costo moderado.
b) Grandes superficies calefactores en un solo cuerpo.
c) Bajo tiempo y volúmenes de residencia.
d) Ocupan poco espacio.
e) Buenos coeficientes de transferencia de calor a diferencias de temperatura razonables.
Sus principales desventajas son:
a) Tienen mucha altura (algunos hasta 18 m).
b) Por lo general, no son apropiados para soluciones precipitantes o incrustantes.
c) Con diferencias de temperatura pequeñas, sus coeficientes de transferencia de calor son pobres.
Las mejores aplicaciones que tienen este tipo de equipos son:
a) Líquidos claros
b) Líquidos que forman espuma
c) Soluciones corrosivas
d) Grandes cargas de evaporación
e) Diferencia de temperaturas altas La dificultad más frecuente es que tienen demasiada sensibilidad
hacia el cambio en las condiciones operativas

6. DESCRIPCION DEL EQUIPO
MATERIALES Y REACTIVOS
Materiales
2 Termómetrosde mercurio(-10°C- 220°C)
1 Probetade 2000 ml
2 Recipientesde plásticode 5L
Evaporadorde películaascendente
1 Bombade vacío
1 Cronometro
Serviciode vaporde calefacción
Reactivos
20 Litros de leche
20 Litros de agua pura
1
2
3
4
6
5
7
8
10
9
11
Simbología
1.- Intercambiador de calor tubular
2.- Separador liquido – vapor
3.- Contenedor graduado para líquido
4.- Condensador
5.- Alimentación de agua de enfriamiento
6.- Salida de agua de enfriamiento
7.- Matraz receptor de vapor condensado
8.- Alimentación de vapor de calefacción
9.- Salida del líquido concentrado
10.- Salida del vapor condensado
11.- Alimentación de la solución a concentrar

7. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
A) Se alimenta la solución al evaporador en el recipiente graduado a través de la válvula de
alimentación
B) Se alimenta el agua de enfriamiento al condensador
C) Se pone en marcha la bomba de vacío, abriendo la válvula de conexión de los galones a la
línea de vacío
D) Se abre el vapor y se controla la temperatura de los vapores sobre el termómetro colocado
en el tablero
E) Se regula el gasto de vapor en función de la temperatura hasta llegar al valor deseado
F) Se controla la presión de operación del equipo
G) En intervalos regulares de tiempo,se descarga la solución concentrada del recipiente
graduado y del galón superior que contiene el agua evaporada

8. RESULTADOS
Datos de la solución alimentada (leche)
Temperatura de entrada 22°C
Temperatura de salida 40°C
Volumen alimentado de leche 8.0 Litros
Volumen concentrado de leche 6.5 Litros
Volumen de agua extraído 1.350 Litros
Temperatura del vapor destilado 62 °C
Temperatura del destilado condensado 25°C
Velocidad de concentración de la
solución
19.34 min/L
Presión de vacío del equipo 300 mmHg
Datos del agua de enfriamiento Entalpia del liquido
Temperatura de entrada del
agua de enfriamiento
22 °C 40 Btu/Ib
Temperatura de salida del agua
de enfriamiento
25 °C 45 Btu/Ib
Datos del vapor de calefacción
Presión de vapor alimentado 10 Ib/pulg2
Temperatura de vapor alimentado 114.3° C
Entalpia del vapor alimentado 1159.9 Btu/Ib
Temperatura del vapor a la salida 82°C
Entalpia del vapor a la salida 1138.2 Btu/Ib
Volumen de vapor empleado 4.550 Litros
CÁLCULOS
A) Balance de materia
Balance de matera para el soluto 𝑆𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = 𝑠𝑓 + 𝑆𝑓 = 𝑠𝐷 + 𝑆𝐷
Donde:
X: composición = masa soluto X = S / W
F: alimentación
D: descarga

9. s, S: masa de soluto / masa materia inerte
Balance por soluto: 𝑠𝑓 + 𝑆𝑓 = 𝑠𝐷 + 𝑆𝐷
Conociendo los datos de la descarga 𝑓 = 𝑠𝐷 + 𝑆𝐷
Considerando la densidad de la leche igual a la densidad del agua para la realización de los cálculos
𝑓 = 6.5 Kg + 1.350 Kg
Volumen alimentado 𝑓 = 6.5 Kg + 1.350 Kg = 7.850 Kg
De acurdo con los datos obtenidos de la caja de leche se observa que la composición es del 50% de
solutos y 50 % agua de esta forma:
𝑓 = 𝑠𝐷 + 𝑆𝐷
𝑓 = 0.5𝑓 + 0.5𝑓
Por lo tanto se tiene la masa de soluto contenido en la leche es de:3.925 Kg
Y la masa de soluto es de: 3.925 Kg
Calculo de la concentracion final
Determinar el balance general de materia y soluto
:𝐹 = 𝐷 + 𝑊
Balance total de materia con respecto al componente de interes
:𝐹𝑥𝑓 = 𝐷𝑥𝑑 + 𝑊𝑥𝑤:
:
Considerando la composición inicial de le leche de 50% agua y 50% soluto y el destilado obtenido
como agua pura
𝐹𝑥𝑓 = 𝐷𝑥𝑑 + 𝑊𝑥𝑤
𝐹𝑥𝑓 = (0)+ 𝑊𝑥𝑤
(0.5)(7.850 𝐾𝑔) = (6.5 𝐾𝑔) 𝑥𝑤
D
Xd
Destilado
W
XW
Residuos
W
XW
Alimentación

10. La nueva concentración de la solución alimentada es de:
𝑥𝑤 = 0.6033
Que equivale al 60.33%
B) Balance de energía
 Calor que se suministra a la solución para llevarla a su temperatura de ebullición
final
 𝑄1 = 𝑊𝑠𝑜𝑙 𝐶𝑝 𝑠𝑜𝑙(𝑇𝑒𝑏 − 𝑇𝑖)
 𝑄1 = (8000𝑔)(1
𝑐𝑎𝑙
𝑔.°𝐶
)(96°𝐶 − 22°𝐶)
𝑄1 = 592000 Calorias
 Calor latente de vaporización a la temperatura final
 𝑄2 = 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎𝑣 𝐻 𝑣𝑇𝑒𝑏
𝑄2 = (1.350 𝐾𝑔)(4.550
Kcal
kg
) = 6.1425 𝐾𝑐𝑎𝑙 = 6142.5 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑎𝑠
 Calor de concentración
 𝑄3 = 𝑊𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒 (𝐻𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑎 − 𝐻𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙)
𝑄3 = (8000 𝑔)(73.0
𝐵𝑡𝑢
𝐼𝑏
− 40
𝐵𝑡𝑢
𝐼𝑏
) = (8000 𝑔)(33.0
𝐵𝑡𝑢
𝐼𝑏
)
= (8𝑘𝑔)(18.345
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
) = 146.76 𝐾𝑐𝑎𝑙
= 146764.8 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑎𝑠
 Calor total
 𝑄 𝑇 = 𝑄1 + 𝑄2 + 𝑄3
 𝑄 𝑇 = 592000 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑎𝑠 + 6142.5 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑎𝑠 + 146764.8 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑎𝑠
 𝑄 𝑇 = 744907.3 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑎𝑠 = 744.907 𝐾𝑐𝑎𝑙

11. C) Calculo del gasto de vapor
𝐺 𝑉 =
𝑄 𝑇
𝐻 𝐶
𝐺 𝑉 =
744.907 𝐾𝑐𝑎𝑙
18.345
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
= 40.605 Kg de vapor
D) Calculo del coeficiente de cambio k
𝐾 =
𝑄 𝑇
𝑆∆𝑇
𝐾 =
744.907 𝐾𝑐𝑎𝑙
2.5 𝑚2 (114.3° C−82°C)
=9.224
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚2 °𝐶
E) Calculo del gasto de agua para ΔT del agua de enfriamiento y la temperatura ambiente
𝑊𝐴𝑔𝑢𝑎 =
𝑄𝑡
𝐻 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑊𝐴𝑔𝑢𝑎 =
744.907 𝐾𝑐𝑎𝑙
2.77964
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔
= 267.98 𝐾𝑔
OBSERVACIONES
Con el presente desarrollo experimental fue posible analizar de primera mano el proceso de
evaporación de una solución compuesta por un disolvente y un soluto, para lo cual fue necesario
hacer uso de un evaporador de película ascendente; la sustancia utilizada fue leche con un alto
contenido de agua, lo cual facilito el proceso de concentración de la solución.
Al inicio del proceso de evaporación fue necesario generar vacío al interior del equipo para lograr la
suficiente succión con la cual poder alimentar la sustancia de trabajo. Durante la alimentación fue
necesario alcanzar un flujo de entrada ideal que permitiera el correcto intercambio de calor,
proveniente del vapor de calentamiento, hacia la leche; dicho flujo no podía ser rápido debido a que
la tasa de transferencia de calor se vería reducida, evitándose que se produjera la evaporación del
agua presente en la leche, y no podía ser demasiado lento debido a que ocurriría la cristalización de
los solutos. De igual forma fue necesario mantener constante el flujo de vapor de calefacción para
tener una transferencia de calor uniforme y por ende temperaturas estables de todos los fluidos del
proceso.
Dado que el principal objetivo de la práctica era la obtención de los datos suficientes para elaborar
los balances de materia y energía fue de vital importancia realizar mediciones constantes de la
temperatura y la masa de cada uno de los flujos involucrados en el proceso siendo estos la
alimentación de la solución, el vapor de calefacción y el agua de enfriamiento. De igual forma fue

12. necesario hacer uso de tablas de vapor para obtener datos de entalpia con los cuales hacer los
cálculos solicitados en los anexos de la práctica.
La principal desventaja observada durante el proceso de concentración de leche fue la formación de
adherencias de soluto a lo largo del intercambiador de calor y en el receptor del concentrado en el
equipo. Por lo cual al finalizar la práctica fue necesario realizar un lavado inmediato y completo del
evaporador de película ascendente para retirar los residuos con la finalidad de mantener el equipo
en óptimas condiciones para su uso.
CONCLUSIONES
En la presente practica fue posible hacer uso de un evaporador de película ascendente, para lo cual
se alimentaron 8.0 Litros de leche con una composición de acuerdo a sus datos de caja de 50%
agua y 50% solutos, el proceso de destilación tuvo una duración de alrededor de 2 horas y 30
minutos, tiempo en el cual fue posible extraer 1.350 Litros de agua de la solución y obtener un
volumen de leche concentrada de 6.5 Litros, la concentración a la que se encontraba esta solución
de acuerdo al balance de materia realizado fue de 60.33% en solutos y 39.67% de agua, lo cual
representa un aumento en la concentración de solutos del 10.33%.
Para evaporar los 1.350 Litros de agua de la solución fue necesario utilizar 40.605 Kg de vapor de
calefacción que transfirió a la solución de trabajo 592000 Calorías, energía necesaria para aumentar
su temperatura desde la temperatura ambiente a su temperatura de ebullición o sea de los 22°C a
los 96°C.
Así mismo cabe decir que para lograr la condensación del destilado fue necesario retirar de este
6142.5 calorías, dicha energía ocasiono un aumento en la temperatura del agua de enfriamiento
pasando de los 22°C a los 25°C, de esta forma durante el proceso de destilación fue necesario el
uso de 267.98 litros de agua de enfriamiento para lograr la condensación del vapor de agua extraído
de la leche
De igual forma para elevar la concentración a 60.33% en solutos de la solución de trabajo fue
necesario aplicar 146764.8 Calorías, dicha energía se considera como el calor de concentración, el
cual ira en aumento a medida que se deseen obtener concentraciones más elevadas.
La cantidad de calor utilizada en el proceso de vaporación fue 744.907 Kcal, y que comprende tanto
al calor que se suministra a la solución para llevarla a su temperatura de ebullición,el calor de
concentración y el calor latente de vaporización.
Cabe decir que las mediciones de temperatura obtenidas durante la práctica presentan variaciones
que distan de la idealidad, esto principalmente debido a que el equipo utilizado no se encuentra
aislado adecuadamente, lo cual facilita la pérdida de energía térmica hacia el entorno. De igual
manera en el caso de las mediciones de masa existen diferencias mínimas debido a que no todo el
fluido alimentado pasa directamente al intercambiador de doble tubo, sino que se pierde en las
tuberías anexas al intercambiador.
Resulta importante decir que la cantidad de energía utilizada en el proceso de evaporación estará en
proporción a la concentración de la solución de trabajo, asípues al aumentar la concentración de

13. una solución se requerirá aplicar mayor energía para romper las interacciones entre el soluto y el
disolvente y llevarla a su punto de ebullición.
BIBLIOGRAFÍA
Geankoplis, C. (2005). Procesos de transporte y operaciones unitarias. México: Continental.
Holland, C. (1981). Fundamentos y modelos de procesos de separación. Englewood Cliffs: Prentice-
Hall Internacional