op3

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
AREA DE TECNOLOGIA
ASIGNATURA: EQUIPOS MAQUINAS E INSTALACIONES INDUSTRIALES.
PROFESORA: MSc. ZOILA PONTILES DE HERNANDEZ.
UNIDAD I.
GUIA 2
EVAPORADORES.
1. Definición.
Son equipos vaporizantes que utilizan como fuente de energía un vapor latente a una
temperatura mayor a la temperatura de vaporización del agua o solución acuosa para
concentrar.
La evaporación se realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una
disolución concentrada. Difiere de los generadores de vapor porque la fuente de
energía es un vapor y lo que se evapora no necesariamente tiene que ser agua.
Se conoce como evaporador, si se evapora agua; como vaporizador, si se evapora un
producto que no es agua como: alcohol, éter, gasolina, etc.
1
Alimentación
Vapor
F
V1
V0
L1

2. Aplicación.
Son utilizados para la obtención de agua desmineralizada para calderas u otros
procesos, en las industrias de alimentos y farmacología.
2. Componentes Principales.
Los componentes principales de un evaporador son:
A.- Ebullidor Tubular. Es donde ocurre el proceso de ebullición del agua o disolvente
producto del calor transmitido por el vapor latente. Por lo general esta constituido
por un haz de tubos por donde circula la solución a concentrar y una carcasa por la
cual circula el vapor latente.
B.- Separador líquido-vapor. Es donde la mezcla líquido-vapor proveniente del ebullidor
es separada, obteniendo el líquido concentrado y la fase de vapor. El separador fue
diseñado para evitar el arrastre de líquido concentrado en la corriente de vapor.
C.- Área de circulación del medio de calentamiento (vapor, electricidad, etc)
2
COMPONENTES PRINCIPALES DECOMPONENTES PRINCIPALES DE UN EVAPORADOR.UN EVAPORADOR.

3. 3. Clasificación.
Los evaporadores se clasifican en:
• Evaporadores de Plantas de Fuerza o Energía.
• Evaporadores Químicos.
a. Evaporadores de Plantas de Energía.
Son evaporadores que se utilizan en plantas de generación de potencia eléctrica para
obtener agua desmineralizada aprovechando extracciones de vapor en turbinas.
3.a.1. Tipos de Evaporadores de Plantas de Energía.
Evaporadores para agua de reposición para caldera: Reponen agua en las calderas. Este
es, el proceso de evaporación de más volumen y usualmente se efectúa en un
evaporador de simple efecto, aunque ocasionalmente puede usarse un evaporador de
doble efecto, dependiendo de las características del ciclo de condensado en la planta
de fuerza y la cantidad requerida de agua de compensación. No hay plantas de fuerza
modernas que no incluyan este equipo.
Evaporadores para agua de proceso producción agua purificada: Es agua
desmineralizada que se usa en algunos procesos en la planta. Hay- cierto número de
industrias que requieren continuamente grandes cantidades de agua destilada. Este
tipo de plantas emplea evaporadores de doble, triple o cuádruple efecto y recibe calor
ya sea de una purga de la turbina o directamente de la caldera. La selección del
número de efectos está correlacionada con los cargos fijos y el costo del vapor de
operación. Los evaporadores de múltiple efecto con alimentación paralela no necesitan
tener todos los efectos operando simultáneamente, y puede ajustarse si la demanda
de agua destilada varía.
3

4. Destiladores de salmuera: Son utilizados para obtener agua desmineralizada a partir
del agua de mar. Este usa sistemas de evaporación al vacío, la temperatura reducida
favorece una baja velocidad de incrustación.
Transformadores de calor: Son sistemas de efecto simple, con una o mas carcasas en
paralelo. Reciben vapor de escape de una turbina o máquina de alta presión. Su
propósito es de condensar vapor de agua de una caldera de alta presión que ha pasado
a través de una turbina y luego al evaporador. La transferencia de calor se usa para
producir grandes cantidades de vapor de proceso. Este tipo es relativamente grande
hasta 11000 ft2 de superficie.
Evaporación de múltiple efectos en plantas de fuerza: Aumenta la calidad del
producto que requiere (agua desmineralizada)
b. Evaporadores Químicos.
Son utilizados para concentrar productos mediante la evaporación del agua.
3.b.1. Tipos
Circulación Natural: Se usan para requerimientos simples de evaporación. Se
emplean unitariamente o en efecto múltiple.
a.- Tubos horizontales: Dispuestos en cuerpo cilíndrico o rectangular. No es
satisfactorio en líquidos que formen incrustaciones o que depositen sales.
4

5. b.- Tubos verticales cortos: Pueden ser del tipo calandria, el cual consiste en un haz
de tubos verticales colocados entre dos espejos que se remachan en las bridas del
cuerpo del evaporador. El vapor fluye por fuera de los tubos, tipo canasta los tubos
verticales van colocados en soportes ubicados interiormente en el contenedor
metálico. El haz de tubos es desmontable y de fácil limpieza. El principio básico de
operación es la eliminación centrífuga de gotas de líquido. Es similar al de tipo
calandria, excepto que tiene un haz de tubos desmontable lo que permite un limpieza
rápida. El haz de tubos se soporta sobre topes interiores y el derramadero está
situado entre el haz de tubos y el cuerpo del evaporador en lugar de en la parte
central.Generalmente se diseñan con el fondo cónico y se puede o no instalar un
agitador para aumentar la circulación. Este tipo se usa para licores que tienen
tendencia a la incrustación.
5

6. c.- Tubos verticales largos: Formado por un elemento calefactor tubular para el paso
de líquidos a través de los tubos solo una vez, por circulación natural, el vapor entra a
través del cinturón del evaporador. Es excelente para líquidos espumosos o que
formen natas.
6

7. Estos pueden ser de película ascendente y de película descendente.
Evaporador de película descendente: Permiten que los materiales muy sensibles al
calor soporten un mínimo de exposición a la superficie caliente, también son buenos
para la concentración de productos viscosos, son usados para la concentración de jugo
de frutas
Evaporador de película ascendente:
Son típicos los tubos de 1 a 2 pulgadas de diámetro y 3,5 a 10 metros de largo. Como
consecuencia de la acción de ebullición el líquido y el vapor ascienden por el interior de
los tubos, mientras que el líquido que se separa desciende por gravedad hasta el fondo
de los tubos. La alimentación diluida, con frecuencia a temperaturas próximas al
ambiente, se introduce en el sistema mezclándose con el líquido que retorna del
separador. La mezcla entra por el fondo de los tubos, en el exterior de los cuales
7

8. condensa vapor de agua. Al comenzar la ebullición se forman burbujas en el líquido,
dando lugar a un aumento
de la velocidad lineal y de la
velocidad de transmisión de
calor.
Los evaporadores de tubos
largos son especialmente
eficaces para concentrar
líquidos que tienden a
formar espuma, puesto que
la espuma se rompe cuando
la mezcla de vapor y líquido
choca a elevada velocidad
contra la placa deflectora.
Circulación forzada: Se usan para líquidos o soluciones viscosas, corrosivas y en las
que se forman sales o productos cristalinos.
8

9. 4 Definición de Efectos.
Al aumentar los efectos, aumenta la calidad del producto que se requiere, por la
eliminación continúa del agua. Los evaporadores pueden ser de efecto simple o multi-
efectos. Estos arreglos permiten el aprovechamiento del calor del vapor generado en
el evaporador.
- Evaporadores de un solo paso:
• El líquido de alimentación pasa una sola vez a través de los tubos, desprende el
vapor y sale de la unidad como líquido concentrado.
• Son especialmente útiles para el tratamiento de materiales sensibles al calor, y
operando con un vacío elevado se puede mantener el líquido a baja temperatura.
• Con un solo paso rápido a través de los tubos el líquido concentrado está durante
un corto período de tiempo a la temperatura de evaporación y se puede enfriar
bruscamente a medida que abandona el evaporador.
• Los evaporadores de película: agitada, ascendente y descendente también pueden
operar de esta forma.
- Evaporadores de efecto múltiple:
9

10. • Está compuesto por varios evaporadores de efecto simple, donde la alimentación
es suministrada a un primer evaporador y el concentrado que sale de este
alimenta a su vez a otro, lo cual ocurre sucesivamente.
• La solución concentrada que sale de un evaporador de circulación se retira del
líquido contenido en el aparato, que está a la concentración máxima.
• Como el líquido que entra a los tubos contiene varías partes del concentrado por
cada parte de alimentación, su concentración, densidad, temperatura de ebullición
son aproximadamente las correspondientes a la concentración máxima. Por esta
razón el coeficiente de transmisión de calor tiende a ser bajo.
• Estos evaporadores no son adecuados para concentrar líquidos sensibles al calor.
A pesar del uso de un vacío muy bajo, el recipiente está repetidamente en
contacto con los tubos calientes, y por consiguiente una parte del mismo se
calienta a temperaturas excesivamente altas
• Pueden operar en un amplio intervalo de concentraciones, comprendidas entre las
de la alimentación y el líquido concentrado sola unidad, y se adaptan muy bien a la
evaporación de efecto simple en operar tanto con circulación natural (se debe a
las diferencias de densidad) como con circulación forzada (circulación del líquido
mediante una bomba).
• Su modo de circulación puede ser adaptado por medio de varios mecanismos a
evaporadores de efecto múltiple con: alimentación hacia delante, alimentación
hacia atrás y alimentación en paralelo.
Al aumentar los efectos, aumenta la calidad del producto que se requiere, por la
eliminación continúa del agua. Los evaporadores pueden ser de efecto simple o multi-
10

11. efectos. Estos arreglos permiten el aprovechamiento del calor del vapor generado en
el evaporador.
4. Tipos de Alimentación.
La alimentación a los evaporadores de más de un efecto puede ser:
• Directa.
• Inversa.
• Mixta.
• Paralela.
a. Alimentación Directa.
Consiste en introducir mediante una bomba la dilución diluida en el primer efecto y
hacerla circular después a través de los demás efectos, sin bombas, puesto que el
flujo es en el sentido de presiones decrecientes, y todo lo que se requiere es válvulas
de control en las líneas de unión. Es el modelo de flujo de líquido más sencillo. La
concentración de la solución aumenta desde el primer efecto hasta el último, del cual
es extraída por una bomba.
b. Alimentación Inversa.
11

12. En esta la solución diluida se alimenta en el último efecto y se bombea hasta los
sucesivos efectos hasta el primero, esta requiere una bomba entre cada pareja de
efectos además de bomba para extraer la solución concentrada, ya que el flujo es en
sentido de presiones crecientes.
La alimentación inversa conduce con frecuencia a una mayor capacidad que la
alimentación directa cuando la disolución viscosa, pero puede producir menor economía
cuando la alimentación esta fría.
c. Alimentación Mixta.
En este tipo la solución diluida es alimentada en un efecto intermedio, circula con
alimentación directa hasta el extremo de la serie, y después se bombea hacia atrás a
los primeros efectos para conseguir la concentración final. Esta forma permite
eliminar alguna de las bombas que se requieren en la inversa y permite realizar la
evaporación final a temperaturas más elevadas.
12

13. d. Alimentación Paralela.
La solución diluida es alimentada directamente en cada efecto, no hay transporte de
líquido entre los efectos. Se utiliza en los evaporadores que presentan cristalización
y donde se retiran suspensiones de cristales y aguas madres.
13

14. TIPO DE
EVAPORADOR
VENTAJAS DESVENTAJAS MEJORES APLICACIONES DIFICULTADES
CIRCULACION
FORZADA
*Coeficientes de transferencia de
calor elevados.
*Circulación positiva.
*Libertad relativa de ensuciamiento
*Costo elevado
*Energía necesaria para la bomba
de circulación.
*Tiempo de residencia o retención
relativa alto
*Productos cristalinos.
*Soluciones corrosivas.
*Soluciones viscosas.
*Atascamiento de de las entradas de los
tubos por deposiciones de sales.
*Mala circulación, debido a pérdidas de
cargas más altas que las esperadas.
*Formación de deposiciones de sales,
debido a la ebullición en los tubos.
*Corrosión y erosión.
VERTICALES DE
TUBO CORTO
*Coeficientes de transferencia de
calor elevados con diferencias altas
de temperatura.
*Espacio superior bajo.
*Libertad relativa de ensuciamiento
*Eliminación mecánica sencilla de las
escamas.
*relativamente poso costoso.
*Mala transferencia de calor con
diferencias bajas de temperaturas y
a Temp. Bajas.
*Espacio elevado de terreno y peso
alto.
*Retención relativamente alta.
*Mala transferencia de calor con
líquidos viscosos.
*Líquidos limpios.
*Productos cristalinos.
*Líquidos relativamente no
corrosivos, puesto que el cuerpo
es grande y costoso, si se
construye de materiales que no
sean hierro colado o acero dulce.
*Soluciones con formación ligera
de escamas, que requieren una
limpieza mecánica, puesto que
los tubos son cortos y de
diámetros grandes.
VERTICALES DE
TUBO LARGO
*Bajo costo.
*Superficie amplia de calentamiento
en un cuerpo.
*baja retención.
*Necesidad de poco espacio de
terreno.
*Buenos coeficientes de
transferencia de calor con diferencias
razonables de temperaturas (Película
ascendente)
*Buenos coeficientes de
transferencia de calor a todas las
diferencias de temperaturas
(Película descendente)
*Espacio superior elevado.
*No son adecuados para liq. que
forman deposiciones de sales o
escamas.
*Requiere recirculación para la
versión de película descendente
*Con líquidos limpios.
*Con líquidos espumosos.
*Con soluciones corrosivas.
*Con grandes cargas de
evaporación.
*Con diferencias elevadas de
temperatura (Ascendente) Con
diferencias bajas de temperaturas
(descendentes)
*Sensibilidad de las unidades de película
ascendente a los cambios de las
condiciones operacionales.
*Mala distribución de l material de
alimentación a las unidades de película
descendente.
TUBO HORIZONTAL
*Espacio superior muy bajo.
*Buenos coeficientes de
transferencia de calor.
*No son adecuados para los
líquidos que dejan deposiciones de
sales.
*Inapropiados para los líquidos que
forman escamas.
*Costo elevado.
*Espacio superior elevado.
*Pequeña capacidad.
Líquidos que no formen
deposiciones de sales o
escamas.
14