El documento describe un evaporador de triple efecto de circulación natural. Explica que este tipo de evaporador aprovecha el calor latente del vapor evaporado de cada efecto para calentar el siguiente efecto, logrando un ahorro de energía. También presenta los cálculos de balance de materiales y calor para cada uno de los tres efectos del evaporador.

1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E
INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
LABORATORIO DE INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE
SEPARACIÓN.
PRACTICA: EVAPORADOR DE TRIPLE-EFECTO DEL TIPO
CIRCULACIÓN NATURAL
GRUPO: 3IV96
ALUMNO:

PROFESOR: JORGE ADRIAN ARTEAGA RODRIGUEZ
OBJETIVOS
Que el alumno al termino de las sesiones correspondientes al estudio de este equipo
experimental sea capa de
 Explicar el funcionamiento del evaporador de múltiple efecto de circulación
natural del tipo de película ascendente.

2.  Operar el equipo realizando cambios en las variables que puedan ser controladas a
voluntad del operador.
 Analizar los efectos de los cambios de las variables y como lograr un aumento en la
capacidad de producción.
INTRODUCCIÓN
Uno de los parámetros importantes en el análisis de operación de los sistemas de
concentración de las soluciones liquido-solido mediante la operación de
separación por evaporación, es la economía de vapor, que se define como los kg
de solvente evaporado que se producen por cada kg de vapor de calentamiento
utilizado, siendo esta la finalidad de un múltiple efecto ya que se tiene un ahorro
de energía por bajo consumo de vapor.
Un múltiple efecto es el que tiene dos o más cuerpos de calentamiento que
reciben el nombre de efectos, cada efecto tiene su separador (espacio liquido-
vapor). Los efectos se enumeran a partir del efecto al cual se le suministra el
vapor de caldera asignándose a este el número uno (siendo el único al que se le
alimenta el vapor de caldera), y de ahí en orden creciente hacia la derecha.
El separador del primer efecto tiene la máxima presión del sistema y por lo tanto
es el de mayor temperatura de ebullición, la presión del separador va
disminuyendo de efecto a efecto en el mismo orden, de tal manera que el ultimo
efecto es el de menor presión y el de menor temperatura de ebullición.
El principio básico de un múltiple efecto es el aprovechamiento de la energía
presente en los evaporados; en tal forma que es indispensable utilizar el solvente
evaporado producido en el primer efecto como medio de calentamiento para el
siguiente efecto y el solvente evaporado producido en el segundo efecto utilizado
como medio de calentamiento en un tercer efecto y así sucesivamente
aprovechando el calor latente del evaporado, excepto del ultimo. Sin embargo el
solvente evaporado producido en el último efecto como ya no hay un efecto en el
cual suministrar calor es enviado al condensador. Como consecuencia del
aprovechamiento del solvente evaporado como medio de calentamiento de los
siguientes efectos, el factor de economía para las instalaciones de múltiple efecto
siempre serán mayor a la unidad. Otra ventaja de estas instalaciones es el ahorro
por consumo de agua de condensación.
En una instalación de múltiple efecto se tiene diferentes arreglos y su elección
depende de las propiedades de la solución a concentrar.
En los múltiples efectos existen cuatro arreglos

3. o Paralelo. el vapor de caldera y la solución a concentrar circulan en el
mismo sentido, es decir, de izquierda a derecha.
o Contracorriente. El vapor de calentamiento fluye del primero al último
efecto y la solución a concentrar de alimenta en el último efecto y el
producto se recupera en el primer efecto.
o Mixto o flujo cruzado. El vapor de calentamiento fluye del primero al
último efecto. Para la solución a concentrar se tiene (n +1) posibilidades
de alimentación. Ejemplo: en un triple efecto se lograran (n+ 1) donde
n=3, esto significa que hay cuatro posibilidades de alimentar la solución
a concentrar.
o Batería. El vapor de calentamiento fluye del primero hacia el último
efecto y la solución a concentrar es alimentada en cada efecto a la
misma concentración y a la misma temperatura. La solución
concentrada se extrae en cada efecto a la misma concentración, sin
embargo, la temperatura de ebullición disminuye del primero al último
efecto.
Tabla de datos experimentales
T1: solución concentrada 1
T2: Evaporado efecto
T3: solución concentrada 2

4. T4: Evaporado 2
T5: solución concentrada 3
T6: Evaporado3
T7: soluciónagua
T8: vaporde caldera
Condicionesde Operación:
Presiónmanométrica del vapor (kg/cm2
) 1
Temperatura de alimentación(°C) 66
Vacío enel condensador(mmHg) 400
Diámetro del
tanque (cm)
Temperatura
(°C)
Tiempo de
operación θ (min)
Diferencias de altura
de nivel (∆h) cm
Solución diluida
MA
59.6 66 10 11
Solución
concentrada
MP3
34.6 68 10 22
Solvente
evaporado
E1
34.6
E1
90
Ec1
90
10 5.5
Solvente
Evaporado
E2
34.6
E2
80
Ec2
80
10 5.4
Solvente
Evaporado
E3
34.6
E3
68
Ec3
68
10 14.1
Vapor de agua
caldera
MV
40.2
Mv
112
Mvc
112
10 7
Agua de
condensación
MH2O
56
tentrada
26
tsalida
38
1 15
Secuenciade cálculos
 Balance global de materiales de todo el sistema

 P
2
P hD785.0 
 P
PM
mcmh 22.022 

5. 3
90.979º68
cm
Kg
Cap 
     
h
kg
h
x
m
Kg
m
MP 47.121
1
min60
min10
0.22m90.979346.0785.0 3
2














 )h()((0.346)785.0 EE
2
1

EM
mcmh 055.07.7 
3
2.965º90
m
Kg
CaE 
h
Kg
h
xm
Kg
M E 94.29
1
min60
min10
(0.055m))2.965((0.346m)785.0 3
2
1








 )h()((0.346)785.0 EE
2
2

EM
mcmh 054.09.7 
3
60.971º80
m
Kg
CaE 
h
Kg
h
xm
Kg
M E 59.29
1
min60
min10
(0.054m))60.971((0.346m)785.0 3
2
2








 )h()((0.346)785.0 EE
2
3

EM
mcmh 141.01.18 
3
78.978º68
m
Kg
CaE 
h
Kg
h
xm
Kg
M E 856.77
1
min60
min101
(0.141m))78.978((0.346m)785.0 3
2
3








6. hr
Kg
M
M
EEEMM
A
A
PA
12.258
856.7759.2994.2947.121
321



 Balance de materiales para cada efecto
EFECTO 1
hr
Kg
M
hr
Kg
M
hr
Kg
M
MMM
P
E
A
EAP
186.22894.2912.258
94.29
12.258
1
1
11




EFECTO 2
hr
Kg
M
hr
Kg
M
hr
Kg
MM
MMM
P
E
AP
EAP
32.199186.29186.228
59.29
186.228
2
2
21
222




EFECTO 3

7. hr
Kg
M
hr
Kg
M
hr
Kg
MM
MMM
P
E
AP
EPP
464.121856.7732.199
856.77
32.199
3
3
32
323




 Balance de calor para cada efecto.
EFECTO 1
Calor suministrado:
mcmh 07.011 
3
37.993º37
m
Kg
CE 
h
Kg
h
x
m
m
Kg
m
M
hD
M
V
VVV
V
95.52
1
min60
min10
)07.()37.993()402.0(785.0
785.0
3
2
2












 



Kg
Kcal
CTE V
3.531º112@ 
hr
Kcal
kg
Kcal
hr
Kg
Q
MQ
S
VVS
335.28132)3.531(*)95.52(1
1

 

Calor absorbido

8. AAEPPA HMHEHMQ  11111
 
 
Kg
Kcal
Kg
Kcal
CpEPEHH
Kg
Kcal
C
CKg
Kcal
TCoH
Kg
Kcal
C
CKg
Kcal
TpCpH
CEE
ACA
CP
2.63505.02.635
66º066
º
1
90)º090(
º
1
º90@
º66@1
º90@1



h
Kcal
Q
h
Kcal
QQQ
h
Kcal
Q
Kg
Kcal
h
Kg
Kg
Kcal
h
Kg
Kg
Kcal
h
Kg
Q
NA
ASNA
A
A
622.5613
708.2251833.28132
708.22518
)66)(12.258()2.635)(94.29()90)(186.228(
1
111
1
1




EFECTO 2
 Calor suministrado
Kg
Kcal
CE 2.545º90@1 
hr
Kcal
kg
Kcal
hr
Kg
Q
MQ
S
EES
28.16323)2.545(*)94.29(2
112

 

Calor absorbido

9. 1122222 PPEPPA HMHEHMQ 
Kg
Kcal
H
Kg
Kcal
H
Kg
Kcal
H
CP
CE
CP
90
3.631
80
º90@1
º80@2
º80@2



h
Kcal
Q
h
Kcal
QQQ
h
Kcal
Q
Kg
Kcal
h
Kg
Kg
Kcal
h
Kg
Kg
Kcal
h
Kg
Q
NA
ASNA
A
A
25.2234
027.1408928.16323
027.14089
)90)(186.228()3.631)(590.29()80)(32.199(
2
222
2
2




EFECTO 3
 Calor suministrado
Kg
Kcal
CE 3.551º80@2 
hr
Kcal
kg
Kcal
hr
Kg
Q
MQ
S
EES
967.16312)3.551)(59.29(3
223

 

Calor absorbido

10. 2233333 PPEPPA HMHEHMQ 
Kg
Kcal
H
Kg
Kcal
H
Kg
Kcal
H
CP
CE
CP
80
5.626
68
º80@2
68@3
º68@3




h
Kcal
Q
h
Kcal
QQQ
h
Kcal
Q
Kg
Kcal
h
Kg
Kg
Kcal
h
Kg
Kg
Kcal
h
Kg
Q
NA
ASNA
A
A
738.24773
705.41086967.16312
705.41086
)80)(32.199()5.626)(85.77()68)(46.121(
3
333
3
3




 Calor total
h
Kcal
Q
QQQQ
hr
Kcal
Q
QQQQ
h
Kcal
Q
QQQQ
TOTALNA
NANANATOTALNA
TOTALS
SSSTOTALS
TOTALA
AAATOTALA
86.16925
738.2477325.2234622.5613
57.60768
967.1631228.1632333.28132
44.77694
705.41086027.14089708.22518
321
321
321












 Calculo de la eficiencia térmica

11. %85.127100
582.60768
44.77694
100
%86.251100
967.16312
705.41086
100
%31.86100
28.16323
027.14089
100
%04.80100
335.28132
708.22518
100
3
3
3
2
2
2
1
1
1




ST
AT
T
S
A
S
A
S
A
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q




 Fuerza impulsora
CT
CttT
CttT
CttT
TTTT
T
PE
PE
PVS
T





44
126880
108090
2290112
323
212
11
321
 Cálculo de “U” para cada efecto y total del proceso
    
tubostubosdeNúmeront
mcmD
mL
mntLDA
4
03.03
54.2
9575.0454.203.0 2



 
Chm
kcal
Cm
h
Kcal
TA
Q
U
CT
A







22
1
1
1
1
01.1069
)22)(9575.0(
708.22518
22
Chm
kcal
Cm
h
Kcal
TA
Q
U
CT
A







22
2
2
2
2
43.1471
)10)(9575.0(
027.14089
10

12. Chm
kcal
Cm
h
Kcal
TA
Q
U
CT
A







22
3
3
3
3
86.3575
)12)(9575.0(
705.41086
12
Chm
kcal
U
U
UUU
U
T
T
T






2
321
78.527
86.3575
1
43.1471
1
01.1069
1
1
111
1
 Cálculo el factor de economía.
utilizadovaporKg
evaporadodeKg
M
E
V .
.
1
1

utilizadovaporKg
evaporadodeKg
h
kg
h
Kg
.
.
5654.0
95.52
94.29
1

utilizadovaporKg
evaporadodeKg
E
E
.
.
2 1
2

utilizadovaporKg
evaporadodeKg
h
kg
h
Kg
.
.
9883.0
94.29
59.29
2

utilizadovaporKg
evaporadodeKg
E
E
.
.
3 2
3


13. utilizadovaporKg
evaporadodeKg
h
kg
h
Kg
.
.
630.2
59.29
85.77
3

utilizadovaporKg
evaporadodeKg
M
E
T V
T
.
.

utilizadovaporKg
evaporadodeKg
h
kg
h
Kg
T .
.
59.2
95.52
38.137

 Cálculo de la capacidad de evaporación.
2
.
22
.
1
1
9575.0
.
.
18.29
9575.0
94.29
mntLDA
mhr
evaporadodeKg
m
h
Kg
A
E
C
calordetransf
calordetransf
E



22
.
2
2
.
.
90.30
9575.0
94.29
mhr
evaporadodeKg
m
h
Kg
A
E
C
calordetransf
E 
22
.
3
3
.
.
26.81
9575.0
85.77
mhr
evaporadodeKg
m
h
Kg
A
E
C
calordetransf
E 
22
. .
.
81.47
)9575.0(*3
34.137
mhr
evaporadodeKg
m
h
Kg
A
E
C
calordetransf
T
ET 

14.  Cálculo de la capacidad de transferencia de calor.
TU
A
Q
C
calordetransf
A
Q 
.
1
1
221 71.23534
9575.0
49.22534
hm
kcal
m
h
Kcal
CQ 
222 86.14646
9575.0
37.14024
hm
kcal
m
h
Kcal
CQ 
223 36.42888
9575.0
64.41065
hm
kcal
m
h
Kcal
CQ 
22
32.27023
)9575.0(*3
5.77624
hm
kcal
m
h
Kcal
CQT 
 Cálculo de la velocidad de la solución a la entrada
    
s
m
seg
h
h
m
m
Kg
m
h
Kg
v
tubostubosdeNúmeront
mntDA
m
kg
A
M
v
E
flujo
C
Pflujo
A
E
02594.0
3600
1
40.93
)90.979)(00283.0(
8.258
.4
00283.403.0785.0785.0
90.979
3
2
1
222
366@
1














15.     
s
m
seg
h
x
m
Kg
m
h
Kg
v
tubostubosdeNúmeront
mntDA
m
kg
A
M
v
E
flujo
C
Pflujo
P
E
0232.0
3600
1
)06.965)(00283.0(
86.228
.4
00283.0403.0785.0785.0
06.965
3
2
2
222
390@
1
2













    
s
m
seg
h
x
m
Kg
m
h
Kg
v
tubostubosdeNúmeront
mntDA
m
kg
A
M
v
E
flujo
C
Pflujo
p
E
02014.0
3600
1
)60.971)(00283.0(
27.199
.4
00283.0403.0785.0785.0
60.971
3
2
3
222
380@
2
3













 Cálculo de la velocidad de la solución a la salida
222
3
º90.
2
3
1
.
.1
1
00283.0)4()03.0)(785.0(785.0
367.2@
956.6
3600
1
00283.0
)367.2)(94.29(
@
mmntDA
kg
m
TaeídoevaporadolsolventedelespecificoVolumenTEV
s
m
seg
h
x
m
kg
m
h
Kg
v
A
TEVM
v
flujo
CEEesp
S
flujo
EespE
S












16. 222
3
º80.
2
3
2
.
.2
2
00283.0)4()03.0)(785.0(785.0
407.3@
00.10
3600
1
0028.0
)407.3)(59.29(
@
mmntDA
kg
m
TaeídoevaporadolsolventedelespecificoVolumenTEV
s
m
seg
h
x
m
kg
m
h
Kg
v
A
TEVM
v
flujo
CEEesp
S
flujo
EespE
S











222
3
º68.
2
3
3
.
.3
3
00283.0)4()03.0)(785.0(785.0
4830.6@
04.50
3600
1
00283.0
)4830.6)(81.77(
@
mmntDA
kg
m
TaeídoevaporadolsolventedelespecificoVolumenTEV
s
m
seg
h
x
m
kg
m
h
Kg
v
A
TEVM
v
flujo
CEEesp
S
flujo
EespE
S











 Tiempo de residencia
2
1
VsVe
Vmedia


media
R
V
tl
t
.

s
ms
m
s
m
Vmedia 325.2
2
95.6025494.0
1 


s
ms
m
s
m
Vmedia 011.5
2
00.100232.0
1 


s
ms
m
s
m
Vmedia 03.25
2
04.5002014.0
1 


seg
seg
m
m
tR 092.1
325.2
54.2
1


17. seg
seg
m
m
tR 580.0
011.5
54.2
2

seg
seg
m
m
tR 1014.0
03.25
54.2
3

“CONDENSADOR”
 Cálculo del consumo de agua.
3º26
3
2
2
09.995
14.2199
01667.0
)15.0)(09.995()56.0(785.0
785.0
2
2
222
2
m
Kg
hr
kg
hr
m
m
Kg
m
M
hD
M
CaOH
OH
OHOHOH
OH







 Cálculo del calor suministrado al condensador por el solvente evaporado.
h
Kg
E
kg
kcal
TevaporadodellatenteCalor
kg
kcal
h
Kg
Q
EQ
CEvaporadoE
C
EC
6.66evaporadodemasaGasto
5.558@
h
kcal
885.43456)5.558)(81.77(
.º68
33






 Cálculo del calor aceptado por el agua de condensación
Kg
Kcal
Cp
hr
kcal
h
Kg
Q
TTCpMQ
OH
A
OHEntradaSalidaOHOHA
OH
OH
1
09.26350C26)º-(38
Kg
Kcal
114.2199
)(
2
2
2222



 Calor no aprovechado

18. h
kcal
795.1710609.26350885.43456 

hr
kcal
h
Kcal
Q
QQQ
NA
ACNA
 Calculo de la eficiencia térmica del condensador
100
C
A
Q
Q

%63.60100
88.43456
09.26350

 Calculo de la fuerza impulsora de la transferencia de calor
Cttt
Cttt
nSoleVS
nSolsVS


303868
422668
'2
'1
Ct
ttt
T
T


36
2)3042(221
 Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor.
C3630)/2r.(42condensadoelenratemperatudeDiferencia
915.19575.02.2
19.382
)º36)(915.1(
09.26350
2
22






T
mcalandrialadeAxA
Chm
kcal
Cm
h
Kcal
U
TA
Q
U
tc
tc
A
 Cálculo de la velocidad de circulación del agua en los tubos del condensador.

19.     
tubosnt
mcmD
mA
ntDA
seg
m
m
Kgm
h
Kg
v
A
M
v
flujo
flujo
OH
OHflujo
OH
OH
2
03.03
10*413.1203.0785.0
785.0
4334.0
).045.997)(10*413.1(
14.2199
232
2
3
23
2
2
2
2









Tabla de resultados. Evaporador
MA Solución diluida
258.12
𝑘𝑔
ℎ
Mp3 Soluciónconcentrada
121.47
𝑘𝑔
ℎ
ME1 Solvente evaporado 1
29.94
𝑘𝑔
ℎ
ME2 Solvente evaporado2
29.59
𝑘𝑔
ℎ
ME3 Solvente evaporado3
77.859
𝑘𝑔
ℎ
MV Vaporde agua de caldera
52.95
𝑘𝑔
ℎ𝑟
MH20 Agua de condensación
2199.14
𝑘𝑔
ℎ
Mp1 Soluciónconcentrada
228.186
𝑘𝑔
ℎ
Mp2 Soluciónconcentrada
199.32
𝑘𝑔
ℎ
Qsum1
28132.335
𝑘𝑔
ℎ
Qsum2
16323.28
𝑘𝑔
ℎ
Qsum3
16312.967
𝑘𝑔
ℎ
Qabs1
22518.708
𝑘𝑔
ℎ
Qabs2
14089.027
𝑘𝑔
ℎ
Qabs3
16312.967
𝑘𝑔
ℎ
Qnoap1
5613.622
𝑘𝑔
ℎ

20. Qnoap2
2234.25
𝑘𝑔
ℎ
Qnoap3
−24773.738
𝑘𝑔
ℎ
Eficiencia1 80.04%
Eficiencia2 86.315%
Eficiencia3 251.86%
Eficienciatotal 127.85%
U1
1069.01
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚2 ℎ °𝐶
U2
1471.43
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚2 ℎ °𝐶
U3
3575.86
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚2 ℎ °𝐶
Ut
527.78
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚2 ℎ °𝐶
Ce1
29.18
𝑘𝑔
𝑚2 ℎ
Ce2
30.90
𝑘𝑔
𝑚2 ℎ
Ce3
81.26
𝑘𝑔
𝑚2 ℎ
Cet
143.43
𝑘𝑔
𝑚2 ℎ
Cq1
23534.71
𝑘𝑔
𝑚2 ℎ
Cq2
14646.86
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚2 ℎ °𝐶
Cq3
42888.36
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚2 ℎ °𝐶
Cqt
27023.32
𝑘𝑐𝑎𝑙
ℎ𝑟𝑚2
E1 0.5654
E2 0.9883
E3 2.63
ET 2.59
Ve1 0.02594
𝑚
𝑠
Vs1 6.95
𝑚
𝑠
Vm 2.325
𝑚
𝑠
t 1.092 𝑠
Ve2 0.0232
𝑚
𝑠
Vs2 10
𝑚
𝑠
Vm2 5.011
𝑚
𝑠
T2 0.58 𝑠

21. Ve3 0.02041
𝑚
𝑠
Vs3 50
𝑚
𝑠
Vm3 25.03
𝑚
𝑠
t3 0.101s
CONDENSADOR.
Calorsuministrado
43456.885
𝑘𝑐𝑎𝑙
ℎ𝑟
Calorabsorbido
26350.09
𝑘𝑐𝑎𝑙
ℎ𝑟
Eficiencia 60.63%
Coeficiente globalde transferenciade calor
382.19
𝑘𝑐𝑎𝑙
ℎ𝑟𝑚2°𝐶
Calorno aprovechado
17106.795
𝑘𝑐𝑎𝑙
ℎ𝑟
Vent 0.4334 𝑚/𝑠
Velocidadde agua 0.433
𝑚
𝑠
Bibliografía.
Academia de Operaciones Unitarias. Manual para el alumno “Laboratorio de Introducción a los
ProcesosdeSeparación.”IPN-ESIQIE.2013.
Geankopolis,ChristieJ.,Procesosde transporte yprincipiosde procesosde separación.Grupo
Editorial Patria.México.2010.