Ensayo De Evaporadores UNITARIAS II PROFESOR: Dr. SALMERON OCHOA IVAN ALUMNOS: ANA LAURA PACHECO MORALES 232553 OSCAR OSWALDO AGUIRRE OLVERA 232619 OSCAR SALGADO POSADA 245454 GRUPO: 7 E

La Evaporación es una transferencia de calor, la cual tiene la función de eliminar el vapor formado por ebullición de una solución liquida de la que se obtiene una solución más concentrada, y la operación unitaria de evaporación se refiere a la eliminación de agua de una solución acuosa, algunos ejemplos de este proceso son la concentración de soluciones acuosas de azúcar, cloruro de sodio, hidróxido de sodio, glicerina, gomas, leche y jugo de naranja. 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. Existen algunas propiedades que afectan a los métodos de este procesamiento los cuales pueden ser: •

Concentración en el líquido: la solución se concentra y su viscosidad puede elevarse causando una disminución en el coeficiente de transferencia de calor. Para que el coeficiente no se reduzca demasiado se requiere una circulación o turbulencia

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Solubilidad: a medida que se calienta la solución y aumenta la concentración del soluto o sal, puede excederse el límite de solubilidad del material en solución y se formaran cristales.

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Sensibilidad térmica de los materiales: muchos productos como alimentos y otros materiales biológicos, son sensibles a la temperatura y se degradan cuando esta sube o el calentamiento es muy prolongado.

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Formación de espumas: los materiales constituidos por soluciones de alimentos como leche deshidratada y algunas soluciones de ácidos grasos forman espuma durante la ebullición.

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Presión y temperatura: el punto de ebullición de la solución está relacionada con la presión del sistema, cuando más elevada sea la presión del vapor, mayor será la temperatura de ebullición.

La evaporación consiste en adicionarle calor a una solución para que se evapore el disolvente. El calor se transfiere por condensación de un vapor que está en contacto con una superficie metálica y del otro lado de la misma se encuentra el líquido. Hay diferentes tipos de evaporadores, uno de ellos es el marmita abierta o artesa que es uno de las formas más simples de un evaporador en la cual se hierve el líquido por medio de serpentines sumergidos en el líquido pero el desperdicio de calor en este evaporador es excesivo. Otro tipo es el evaporador de tubos horizontales con circulación natural este equipo es muy económico y puede utilizarse para líquidos no viscosos con altos coeficientes de transferencia de calor. El evaporador vertical con circulación natural en este el líquido está dentro de los tubos, por lo que se condensa en el exterior a diferencia del evaporador horizontal el vapor pasa por dentro y la solución por fuera. Otro evaporador es el de circulación forzada en el cual la película liquida se puede aumentar por bombeo forzando al líquido en el interior de los tubos, y este modelo es muy útil para líquidos viscosos. El siguiente evaporador es el de película agitada en el cual su principal resistencia en cuanto a transferencia de calor en un evaporador

es el líquido, por lo tanto si queremos aumentar la turbulencia de la película liquida y el coeficiente de transferencia de calor usamos la agitación mecánica este tipo de evaporador es más práctico para materiales muy viscosos sensibles al calor como el látex de caucho, gelatina, jugos de frutas etc. Solo que es muy caro y de baja capacidad. Por ultimo está el evaporador solar de artesa cubierta el cual lleva a cabo un proceso muy antiguo en el cual el agua salina se mete en artesas abiertas con poca profundidad y se deja evaporar en el sol hasta que se cristaliza. Un evaporador está constituido por el coeficiente del lado del vapor que se condensa, cuyo valor aproximado es de 5700W/m2 . k (1000 btu/h.ft2 . °F); por la pared metálica, que tiene una conductividad térmica alta y casi siempre resistencia despreciable. Esta es una de las mayores ventajas de los evaporadores de circulación forzada. En el caso de evaporadores de circulación forzada es posible predecir el coeficiente h en el interior de los tubos cuando ahí ay poca o ninguna evaporación. La carga hidrostática del líquido en los tubos evita la ebullición casi por completo. En el caso de evaporadores de tubos verticales largos con circulación natural, es más difícil predecir el coeficiente de transferencia de calor, pues hay una zona sin ebullición en el fondo de los tubos y una zona de ebullición en la parte superior. La longitud de la zona sin ebullición depende de la transferencia de calor en ambas zonas y de la caída de presión en la región de ebullición de dos fases. En el caso de evaporadores de película con agitación, el coeficiente de transferencia de calor se estima a un intercambio de calor con rapadores de superficie. Estos métodos son útiles para el diseño de evaporadores en la práctica o para evaluar los efectos de los cambios de condiciones de operación sobre los coeficientes. Existen cuatro métodos para la operación de evaporadores los cuales son: evaporadores de efecto simple, evaporadores de efecto múltiple con alimentación hacia adelante, evaporadores de efecto múltiple con alimentación en retroceso y por ultimo evaporadores de efecto múltiple con alimentación en paralelo. La evaporación de varios materiales biológicos suele diferir de materiales inorgánicos como NaCl y NaOH, así como de los materiales orgánicos como el etanol y el ácido acético. Estos son algunos equipos para materiales biológicos y algunos ejemplos: •

Evaporador vertical de tubos largos. Leche condensada

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Evaporador de caída de película: Jugos de frutas = son sensibles al calor y su viscosidad aumenta notablemente al concentrar la solución. El azúcar tiende a formar caramelo cuando se mantiene a temperaturas altas durante largos periodos.

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Evaporador de película agitada. Gelatina, antibióticos.

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Evaporador de ciclo con bomba de calor. Leche y productos farmacéuticos.

En un evaporador mecánico de recompresion de vapor se utiliza un evaporador convencional de un solo efecto. La alimentación fría se precalienta por intercambio con el producto líquido caliente de la salida y luego fluye hacia la unidad. El vapor que se eleva no va hacia un condensador, si no que se envía a un compresor centrífugo o de desplazamiento positivo impulsado por un motor eléctrico o por vapor. Este vapor comprimido se envía de nuevo al intercambiador de calor o caja de vapor. El vapor comprimido se condensa a una mayor temperatura que el punto de ebullición del líquido caliente en el efecto, y se establece una diferencia de temperatura. De nuevo se genera vapor y el ciclo se repite. Un chorro de vapor también se puede usar para comprimir el vapor. Las desventajas son la baja eficiencia del chorro del vapor que hace necesaria la eliminación de este exceso de calor, y la poca flexibilidad a los cambios en las variables de procesos. En los efectos de las variables de proceso en la operación de evaporadores contamos con el efecto de la temperatura de alimentación en donde la temperatura de entrada tiene un gran efecto sobre la operación del evaporador, otro efecto es el de la presión del vapor de agua cuando usamos este vapor saturado a una presión alta el valor de la diferencia de temperaturas incrementa por lo que el tamaño y el costo del evaporador van a disminuir. Sin embargo este suele ser más caro y valioso como fuente de potencia en otros equipos. Para la elevación del punto de ebullición de las disoluciones la mayoría de los casos de evaporación las soluciones no son tan diluidas y las propiedades térmicas de las soluciones que se evaporan pueden variar mucho al igual que los valores de capacidad calorífica y punto de ebullición son más altos a los del agua; si las soluciones están muy concentradas de solutos disueltos no podremos predecir la elevación del punto de ebullición porque se encuentra el soluto presente. Para esto se puede usar una ley muy útil conocida como la regla de Duhring con ella obtenemos una línea recta cuando se grafica el punto de ebullición de una solución contra el punto de ebullición del agua pura a la misma presión para determinada concentración a diferentes presiones, en cada concentración obtenemos una línea recta diferente y solo necesitamos conocer el punto de ebullición de una solución que se encuentre sujeta a dos diferentes presiones para poder trazar una línea.