Evaporadores Procesos de separación

1. EVAPORADORES
Equipo 2
Ammi Elizabeth Visentainer Ortiz
Carlos Manuel Tarín Ortega
Ashley Janell Ochoa Meraz
Cristian Jair Álvarez Luna
Hugo Ignacio Dominguez Molinar
Alberto Manuel Blanco Maese

2. Su función primordial radica en facilitar la
transferencia de calor desde un medio líquido hacia
un medio gaseoso, lo que conduce a la evaporación
del líquido y a la condensación del gas. Este proceso
es crucial en la concentración de soluciones, la
producción de alimentos y bebidas, así como en la
refrigeración de espacios y la fabricación de
productos químicos.
Indroducción

3. Los evaporadores son máquinas que
intercambian calor entre fluidos
refrigerantes, permitiendo la
transmisión de energía térmica
dentro de sí mismos.
Estos equipos, considerados unidades
operativas, facilitan la evaporación al
suministrar calor a una solución
diluida o menos concentrada, lo que
separa el vapor generado por la
ebullición.
¿Qué es un evaporador?

4. Clasificación de los evaporadores

5. Según el refrigerante utilizado:
Evaporadores de expansión
directa o expansión seca:
En estos sistemas, el refrigerante
sale del evaporador únicamente en
forma de vapor. Este tipo se emplea
principalmente en aires
acondicionados, pero no es
recomendable para espacios
grandes.

6. Evaporadores inundados: Utilizan
refrigerante líquido que humedece la
superficie del evaporador y produce vapor
frío. Son eficientes en entornos industriales
y suelen utilizar amoniaco como
refrigerante.
Evaporadores sobrealimentados: Contienen
una proporción mucho mayor de
refrigerante en comparación con los
anteriores, lo que resulta en una
vaporización significativamente superior.

7. Según la construcción:
Evaporadores de tubo
expuesto:
Fabricados con tubos de acero o
cobre, se utilizan para enfriar
líquidos. Los de acero se emplean
en evaporadores grandes con
amoniaco, mientras que los de
cobre se usan en evaporadores
más pequeños.

8. Evaporadores de placa:
Comunes en refrigeradores y
congeladores, consisten en placas
soldadas herméticamente a través de
las cuales pasa el vapor refrigerante.
Evaporadores aleteados:
Usados en áreas industriales, constan
de un tubo en forma de serpentín sobre
el cual se colocan aletas o placas
metálicas para aumentar la superficie
de intercambio de calor.

9. Evaporadores para enfriamiento de líquidos:
Enfriador de doble tubo:
Utilizado en condensadores, tiene dos tubos
en forma de serpentín por los que circula el
refrigerante y el líquido a enfriar.
Enfriador Baudelot:
Empleado en la industria para enfriar leche,
consta de varios tubos dispuestos
circularmente por donde circula el
refrigerante mientras el líquido a enfriar cae
sobre una base.

10. Enfriador tipo tanque: Con un tubo
serpenteante dentro de un tanque lleno del
líquido a enfriar, donde el refrigerante
circula a través del tubo.
Enfriador con serpentín en casco: Consiste
en tubos lisos en el interior de un tanque
lleno del líquido a enfriar, cubierto por un
deflector para evitar la mezcla con el
refrigerante.
Enfriador acorazado: Puede ser de
expansión seca o inundado, con un tanque
de acero donde circula el refrigerante,
mientras el líquido a enfriar fluye por fuera
de los tubos del evaporador.

11. Balance de materia y energía

12. Balance de materia
Para explicar el balance de materia se tomara como referencia la figura , donde están representados los flujos de
alimentación y la entrada de vapor que intervienen en un proceso de evaporación de simple efecto, el balance global
viene dado por:
Realizando un balance específico para el soluto obtenemos la siguiente ecuación:
Para un proceso de evaporación eficiente no debe existir arrastre de sólidos en el vapor, por este motivo:
Y la formula queda de la siguiente forma:
Donde:
F: Solución liquida que ingresa al evaporador en
V: Vapor que se desprende de la solución
L: Solución concentrada que sale del evaporador
XF: Concentración de la solución inicial
XL: Concentración de la solución final

13. Balance de energía
Para un balance de energía que tiene lugar con variaciones despreciables en la energía cinética y
energía potencial y sin trabajos eléctricos, ni mecánicos añadidos fuera de lo necesario para el flujo, el
calor añadido es igual a la entalpía del sistema.
En un proceso de evaporación el balance de energía viene dado por:
Como 𝑆= es constante.
Donde los términos son los siguientes:
hf= Entalpía de la solución diluida
Hv= Entalpía del vapor que se desprende de la solución
hl= Entalpía de la solución que sale del Evaporador
Hs= Entalpía del vapor saturado que entra en el cilindro
hs= Entalpía del vapor que se condensa en el cilindro
S= Vapor procedente de la caldera que ingresa en el cilindro y el vapor que se condensa del cilindro

14. Factores que afectan la
operación de evaporación

15. Por lo general, el líquido alimentado a un
evaporador suele ser diluido, lo que resulta en
una viscosidad baja similar a la del agua y en una
operación con coeficientes de transferencia de
calor elevados. Sin embargo, a medida que
avanza la evaporación, la solución se concentra,
aumentando su viscosidad de manera
significativa y ocasionando una disminución
notable en el coeficiente de transferencia de
calor
Concentración en el líquido

16. A medida que se calienta la solución y aumenta
la concentración del soluto o sal, existe la
posibilidad de que se supere el límite de
solubilidad del material en solución, lo que
puede resultar en la formación de cristales.
Este fenómeno limita la concentración máxima
que puede lograrse mediante la evaporación de
la solución.
Solubilidad

17. Muchos productos, especialmente los
alimentos y otros materiales biológicos, son
sensibles a cambios bruscos de temperatura o
a un calentamiento prolongado, lo que puede
provocar su degradación. Esto es
especialmente relevante en productos
farmacéuticos, alimentos como la leche y el
jugo de naranja, así como en extractos
vegetales y materiales químicos orgánicos
delicados. La cantidad de degradación depende
tanto de la temperatura como del tiempo de
exposición.
Sensibilidad térmica de los materiales

18. En ciertas ocasiones, ciertos materiales, como soluciones cáusticas,
leche desnatada y algunas soluciones de ácidos grasos, pueden
generar espuma durante la ebullición. Esta espuma puede ser
arrastrada por el vapor que sale del evaporador, lo que puede resultar
en pérdidas de material.
Formación de espumas

19. El punto de ebullición de la solución está
directamente relacionado con la presión del
sistema. A medida que aumenta la presión de
operación del evaporador, también lo hace la
temperatura de ebullición. Además, la
temperatura de ebullición aumenta con la
concentración del material disuelto debido al
proceso de evaporación, conocido como
elevación del punto de ebullición. Para evitar el
sobrecalentamiento de materiales sensibles al
calor, a menudo es necesario operar el
evaporador a presiones inferiores a 1 atmósfera,
es decir, en condiciones de vacío.
Presión y temperatura:

20. Algunas soluciones pueden depositar materiales sólidos, conocidos como incrustaciones, en las
superficies de calentamiento del evaporador. Estas incrustaciones se forman debido a la
descomposición de productos o a la disminución de la solubilidad, lo que resulta en una reducción
del coeficiente de transferencia de calor y la necesidad de limpiar el evaporador regularmente. La
elección de los materiales de construcción del evaporador es crucial para prevenir la corrosión y
minimizar la formación de incrustaciones. Además, algunos solutos en solución presentan
solubilidad inversa, lo que puede dar lugar a la formación de sólidos (incrustaciones) y reducir el
coeficiente de transferencia de calor.
Formación de incrustaciones y selección de materiales de
construcción

21. Otros evaporadores

22. Evaporadores de película
descendente (Falling Film
Evaporators)
En estos evaporadores, la solución se
distribuye uniformemente sobre una
superficie vertical y desciende en forma
de película delgada, mientras que el
vapor se condensa en la superficie
opuesta.

23. En contraste con los evaporadores de
película descendente, aquí la solución se
alimenta en la parte inferior del
evaporador y fluye hacia arriba en forma
de película delgada a lo largo de las
paredes internas del equipo, mientras
que el vapor se genera en el fondo y
asciende para calentar la solución.
Evaporadores de película
ascendente (Rising Film
Evaporators)

24. Estos evaporadores se utilizan
comúnmente en laboratorios para
concentrar soluciones mediante la
evaporación a presión reducida. La
muestra se coloca en un matraz rotativo
que se calienta suavemente mediante un
baño de agua caliente o un elemento
calefactor, lo que permite una evaporación
controlada a temperaturas más bajas que
en los evaporadores convencionales.
Evaporadores de película giratoria (Rotary Evaporators):

25. Los evaporadores de flash operan bajo vacío y alta
temperatura, lo que permite la evaporación
instantánea de una parte de la solución al reducir
bruscamente la presión. Esto provoca una rápida
vaporización de los componentes más volátiles, que
luego se separan y condensan en un condensador.
Evaporadores de flash (Flash Evaporators)

26. Materiales de Construcción

27. Al diseñar un evaporador se debe de considerar la característica
del líquido con el que se trabajara, además de la temperatura y
presión en que se llevara a cabo.
Acero inoxidable: es el más común, debido a su resistencia a
la corrosión en ambientes agresivos y durabilidad.
Aleaciones de níquel: Las más destacadas son la Inconel y el
Hastelloy, siendo su principal aplicación en el manejo de
solventes altamente corrosivos y son resistentes a la
oxidación

28. Titanio: este presenta las mismas características que los
materiales antes mencionados , siendo la ventaja de este ser
mas liviano.
Vidrio Borosilicato: este es útil en situaciones donde se
requiera trasparencia, este también destaca por ser resistente
a los productos químicos, su principal aplicación es en los
laboratorios.

29. Cobre:es el menos común de los mencionados antes, siendo
utilizado específicamente en situaciones donde se requiera una
buena conductividad térmica.
Polímeros de Ingeniería: de esto se usan el polipropileno y el
teflón, siendo estos menos aptos en términos de temperatura y
corrosión pero siendo opciones económicas.

30. ¡Gracias por
su atención!