1. TITULO: EVAPORADORES Y EVAPORACION 2. OBJE OBJET TIVOS VOS: 2.1. OBJETIVO GE GENERAL: Defini Definirr los concep conceptos tos básico básicoss de evapora evaporadore doress y evaporac evaporación ión dentro dentro el contex contexto to termodinámico.
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2.2 2.2. OBJETI ETIVOS VOS ESPECÍFIC FICOS: Definir los principios básicos de un evaporador o intercambiador de calor. Clasificar los evaporadores de acuerdo al tipo de alimentación, construcción y
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funcionamiento. Analizar el fenómeno de evaporación y que factores participan o influyen en
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este. 3. MA MARC RCO O TEÓ TEÓRI RICO CO::
EVAPORADORES Se conoce por evaporador al intercambiador de calor donde se produce la transferencia de energa t!rmica desde un medio a ser enfriado "acia el fluido refrigerante que circula en el interior del dispositivo. Su nombre proviene del cambio de estado sufrido por el refrigerante al recibir esta energa, luego de una brusca expansión que reduce su temperatura. Durante el proceso de evaporación, el fluido pasa del estado lquido al gaseoso. #os evaporadores se encuentran en todos los sistemas de refrigeración como neveras, equipos equipos de aire acondicionado acondicionado y cámaras cámaras frigorfica frigorficas. s. Su dise$o, tama$o y capacidad capacidad depende de la aplicación y carga t!rmica de cada uso.
PRINCIPIO %n los sistemas frigorficos el evaporador opera como intercambiador de calor, por cuyo interior fluye el refrigerante el cual cambia su estado de lquido a vapor. %ste cambio de estado permite absorber el calor sensible contenido alrededor del evaporador y de esta mane manera ra el gas, gas, al aban abando dona narr el evap evapor orad ador or lo "ace "ace con con una una ener energ ga a inte intern rna a nota notabl blem ement ente e superi superior or debi debido do al aume aument nto o de su enta entalp lpa a,, cump cumplili!n !ndos dose e as as el fenómeno de refrigeración. %l flu&o de refrigerante en estado lquido es controlado por un dispositivo o válvula de expansión la cual genera una abrupta cada de presión en la entrada del evaporador.
%n los sistemas de expansión directa, esta válvula despide una fina mezcla de lquido y vapor a ba&a presión y temperatura. Debido a las propiedades termodinámicas de los gases refrigerantes, este descenso de presión está asociado a un cambio de estado y, lo que es más importante a'n, al descenso en la temperatura del mismo. De esta manera, el evaporador absorbe el calor sensible del medio a refrigerar transformándolo en calor latente el cual queda incorporado al refrigerante en estado de vapor. %ste calor latente será disipado en otro intercambiador de calor del sistema de refrigeración por compresión conocido como condensador dentro del cual se genera el cambio de estado inverso, es decir, de vaporización a lquido.
COMPONENTES
TIPOS DE EVAPORADOR Debido a que un evaporador es cualquier superficie de transferencia de calor en la cual se vaporiza un lquido volátil para eliminar calor de un espacio o producto refrigerado, los evaporadores se fabrican en una gran variedad de tipos, tama$os y dise$os y se pueden clasificar de diferentes maneras.
SEGÚN ALIMENTACIÓN DE REFRIGERANTE DE EXPANSIÓN DIRECTA O EXPANSIÓN SECA (DX %n los evaporadores de expansión directa la evaporación del refrigerante se lleva a cabo a trav!s de su recorrido por el evaporador, encontrándose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este. De esta manera, el fluido que abandona el evaporador es puramente vapor sobrecalentado. %stos evaporadores son los más comunes y son ampliamente utilizados en sistemas de aire acondicionado. (o obstante son muy utilizados en la refrigeración de media y ba&a temperatura, no son los más apropiados para instalaciones de gran volumen.
INUNDADOS #os evaporadores inundados traba&an con refrigerante lquido con lo cual se llenan por completo a fin de tener "umedecida toda la superficie interior del intercambiador y, en consecuencia, la mayor razón posible de transferencia de calor. %l evaporador inundado está equipado con un acumulador o colector de vapor el que sirve, a la vez, como receptor de lquido, desde el cual el refrigerante lquido es circulado por gravedad a trav!s de los circuitos del evaporador. )referentemente son utilizados en aplicaciones industriales, con un n'mero considerable de evaporadores, operando a ba&a temperatura y utilizando amonaco *+- como refrigerante.
SOBREALIMENTADOS /n evaporador sobrealimentado es aquel en el cual la cantidad de refrigerante lquido en circulación a trav!s del evaporador ocurre con considerable exceso y que además puede ser vaporizado.
SEGÚN TIPO DE CONSTRUCCION TUBO DESCUBIERTO #os evaporadores de tubo descubierto se construyen por lo general en tuberas de cobre o bien en tubera de acero. %l tubo de acero se utiliza en grandes evaporadores y cuando el refrigerante a utilizar sea amonaco *+-, mientras para peque$os evaporadores se utiliza cobre. Son ampliamente utilizados para el enfriamiento de lquidos o bien utilizando refrigerante secundario por su interior *salmuera, glicol, donde el fenómeno de evaporación de refrigerante no se lleva a cabo, sino más bien estos cumplen la labor de intercambiadores de calor.
DE SUPERFICIE DE PLACA
%xisten varios tipos de estos evaporadores. /no de ellos consta de dos placas acanaladas y asim!tricas las cuales son soldadas "erm!ticamente una contra la otra de manera tal que el gas refrigerante pueda fluir por entre ellas0 son ampliamente usados en refrigeradores y congeladores debido a su economa, fácil limpieza y modulación de fabricación. 1tro tipo de evaporador corresponde a una tubera doblada en serpentn instalada entre dos placas metálicas soldadas por sus orillas. Ambos tipos de evaporadores, los que suelen ir recubiertos con pintura epóxica, tienen excelente respuesta en aplicaciones de refrigeración para mantención de productos congelados. %2A)1+AD1+%S A#%3%AD1S #os serpentines aleteados son serpentines de tubo descubierto sobre los cuales se colocan placas metálicas o aletas y son los más ampliamente utilizados en la refrigeración industrial como en los equipos de aire acondicionado. #as aletas sirven como superficie secundaria absorbedora de calor y tiene por efecto aumentar el área superficial externa del intercambiador de calor, me&orándose por tanto la eficiencia para enfriar aire u otros gases. %l tama$o y espaciamiento de las aletas depende del tipo de aplicación para el cual está dise$ado el serpentn. 3ubos peque$os requieren aletas peque$as y viceversa. %l espaciamiento de la aletas vara entre - "asta -4 aletas por pulgada, dependiendo principalmente de la temperatura de operación del serpentn. A menor temperatura, mayor espaciamiento entre aletas0 esta distancia entre las aletas es de elemental
relevancia frente la formación de escarc"a debido a que esta puede obstruir parcial o totalmente la circulación de aire y disminuir el rendimiento del evaporador. +especto de los evaporadores aleteados para aire acondicionado, y debido a que evaporan a mayores temperaturas y no generan escarc"a, estos pueden tener "asta -4 aletas por pulgada. 5a que existe una relación entre superficie interior y exterior para estos intercambiadores de calor, resulta del todo ineficiente aumentar el n'mero de aletas por sobre ese valor *para aumentar superficie de intercambio optimizando el tama$o del evaporador, ya que se disminuye la eficiencia del evaporador dificultando la circulación del aire a trav!s de este. %sta circulación de aire se realiza de dos maneras6 por convección forzada por ventiladores 7bien sean centrfugos o axiales, mono o trifásicos, conforme la aplicación8 y de manera natural por diferencia de densidades del aire, fenómeno conocido como convección natural.
EVAPORADORES POR ENFRIAMIENTO DE LÍ!UIDO ENFRIADOR DE DOBLE TUBO %s un serpentn que enfra lquido que suministra gran rango de transferencia de calor entre el refrigerante y el lquido que va a ser enfriado. %l camino del refrigerante puede ser a trav!s de uno u otro de los tubos aunque usualmente la salmuera o lquido que va a ser enfriado se "ace circular a trav!s del tubo interior y el refrigerante que remueve el calor esta entre los dos tubos. %ste tipo de serpent9n para intercambio de calor se usa tambi!n en el dise$o de condensadores.
ENFRIADOR BAUDELOT
)uede usarse para enfriar agua, u otros lquidos o para varios usos industriales, y es frecuentemente usado como enfriador de lec"e. %l evaporador está compuesto por tuberas "orizontales unidas en sus extremos laterales, y el lquido que va a enfriarse se "ace circular sobre los serpentines de enfriamientos mediante el flu&o de gravedad desde el arreglo colocado encima de los serpentines. %l lquido es recogido en una bande&a la cual puede ser recirculado por el enfriador baudelot o bombeado a su destino en el proceso industrial
ENFRIADOR TIPO TAN!UE %l enfriador tipo tanque consiste en un serpentn de fluido frigorgeno de tubo desnudo, instalado dentro de un gran tanque que contiene el lquido a enfriar. %l serpentn está separado por un medio deflector de la masa principal del lquido, circulando !ste a trav!s del serpentn movido por un agitador motorizado. %ste enfriador se utiliza en aquellos casos en que la sanidad no sea un factor importante, en las aplicaciones de grandes y frecuentes fluctuaciones de la carga, dada su gran inercia, y en las aplicaciones en que el lquido entra en el enfriador a temperaturas relativamente altas. Se emplea muc"o para enfriamiento de agua, salmuera y otros lquidos refrigerantes secundarios.
ENFRIADOR CON SERPENTÍN EN CASCO %ste tipo consiste en un enfriador de tubos lisos instalado en el centro o al lado del tanque de acero, sumergido en el lquido a enfriar, el serpentn está separado del cuerpo principal del lquido por un deflector. Dentro de este tipo de evaporadores se pueden encontrar los utilizados como acumuladores de "ielo.
ENFRIADOR ACORA"ADO
%stos enfriadores pueden ser de expansión seca o inundados. Consta de un tanque de acero con una determinada cantidad de lquido por donde circula el refrigerante, y por fuera el lquido. Si es de expansión seca, contrariamente a si es inundado, el lquido a enfriar circula por dic"os tubos.
EVAPORACION
#a evaporación es el proceso por el cual las mol!culas en estado lquido *por e&emplo, el agua se "acen gaseosas espontáneamente *e&.6 vapor de agua. %s lo opuesto a la condensación. :eneralmente, la evaporación puede verse por la desaparición gradual del lquido cuando se expone a un volumen significativo de gas. )or t!rmino medio, las mol!culas no tienen bastante energa para escaparse del lquido, porque de lo contrario el lquido se convertira en vapor rápidamente. Cuando las mol!culas c"ocan, se transfieren la energa de una a otra en grados variantes seg'n el modo en que c"ocan. #os lquidos que no parecen evaporarse visiblemente a una temperatura dada en un gas determinado *p.e&.6 el aceite de cocina a temperatura ambiente poseen mol!culas que no tienden a transferirse la energa de una a otra como para darle ;la velocidad de escape; *la energa calórica necesaria para convertirse en vapor. Sin embargo, estos lquidos se evaporan, pero el proceso es muc"o más lento y considerablemente menos visible.
TEORÍA CIN#TICA )ara que las mol!culas de un lquido se evaporen, deben estar localizadas cerca de la superficie, moverse en la dirección apropiada y tener la energa cin!tica suficiente como para vencer las fuerzas intermoleculares de la fase lquida. Sólo una peque$a proporción de las mol!culas cumplen con estos criterios, por lo que la tasa de evaporación es limitada. 5a que la energa cin!tica de una mol!cula es proporcional a su temperatura, la evaporación se produce más rápido conforme la temperatura es más alta. Como las mol!culas que se mueven más rápido escapan, las mol!culas restantes tienen una energa cin!tica media inferior, y por tanto la temperatura del lquido disminuye. %ste fenómeno se conoce como refrigeración evaporativa, y es la razón por la cual la evaporación del sudor refresca el cuerpo "umano. #a evaporación tambi!n tiende a producirse más rápidamente con tasas de flu&o más altas entre la fase gaseosa y lquida, y en lquidos con presión de vapor más alta. )or e&emplo, la ropa tendida en un cordel secará *por evaporación más rápidamente durante un da ventoso que en un da sin viento. 3res puntos claves de la evaporación son el calor, la "umedad y el movimiento del aire.
E!UILIBRIO EVAPORATIVO Si la evaporación ocurre en un recipiente cerrado o en sitios calientes, las mol!culas que se escapan se acumularán como vapor encima del lquido.
en vapor y lquido de una sustancia pura, este estado de equilibrio está directamente relacionado con la presión de vapor de la sustancia, como viene expresado en la relación de Clausius8Clapeyron6 Donde )- y )= son las presiones de vapor a temperaturas 3- y 3= respectivamente, >?vap es la entalpa de la vaporización, y + es la constante universal de los gases. #a tasa de evaporación en un sistema abierto está relacionada con la presión de vapor encontrada en un sistema cerrado. Si un lquido se calienta, cuando la presión de vapor
alcance la presión ambiental, el lquido "ervirá. #a capacidad para evaporarse de la mol!cula de un lquido se debe en gran parte a la cantidad de energa cin!tica que una partcula individual pueda poseer. @ncluso a temperaturas inferiores, las mol!culas individuales de un lquido pueden evaporarse potencialmente si tienen más de la cantidad mnima de energa cin!tica requerida para la vaporización.
FACTORES !UE INFLUYEN EN LA TASA DE EVAPORACIÓN •
Concentración de la sustancia que se evapora en el aire. Si el aire ya tiene una alta concentración de la sustancia que se evapora, entonces la sustancia se
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evaporará más despacio. Concentración de otras sustancias en el aire. Si el aire ya está saturado con otras sustancias, puede tener una capacidad inferior para la sustancia que se
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evapora. 3asa de flu&o de aire. Si aire fresco se mueve sobre la sustancia todo el tiempo, la concentración de la sustancia en el aire tendrá menos probabilidad de subir con el tiempo, potenciando as una evaporación más rápida. %sto resulta en una capa divisoria en la superficie de evaporación que disminuye con la velocidad de
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flu&o, disminuyendo la distancia de difusión en la capa estancada. Concentración de otras sustancias en el lquido *impurezas. Si el lquido contiene otras sustancias, tendrá una capacidad inferior para la evaporación.
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3emperatura de la sustancia. Si la sustancia está más caliente, la evaporación
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será más rápida. uerzas intermoleculares. Cuantos mayores son las fuerzas que mantienen las
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mol!culas &untas en el lquido, más energa será necesaria para evaporarlas. Brea superficial. /na sustancia que tiene un área superficial más grande se evaporará más rápido, ya que "ay más mol!culas superficiales que son capaces
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de escaparse. Calentamiento. Cuanto más grueso es el recipiente donde se está calentando, más se reduce la evaporación del agua, debido a que se dedica menos calor a la propia evaporación.
APLICACIONES S$%&' Cuando la ropa se cuelga de un cordel, aunque la temperatura ambiental est! por deba&o del punto de ebullición del agua, el agua se evaporará. %ste proceso se acelera por factores como "umedad ba&a, calor *del sol y viento. %n un secador de ropa, se "ace pasar aire caliente por las prendas, permitiendo que el agua se evapore muy rápidamente.
C)*+,-/0 #as gotitas de combustible se vaporizan, cuando reciben calor, mezclándose con los gases calientes en la cámara de combustión. %l calor *energa tambi!n puede ser recibido por radiación de cualquier pared refractaria caliente de la cámara de combustión.
D$,%/0 '$ %&&, %vaporando una sustancia y condensándola en un sustrato es posible depositar capas delgadas.
B IBLIOGRAFIA "ttps6es.iEipedia.orgiEi%vaporador
"ttp6.tuaireacondicionadoeb.comel8evaporador8tipos8y8caracteristicas "ttp6.fing.edu.uyiqcursosqicarepartqica=%vaporadores.pdf "ttp6.clubedarefrigeracao.com.bresdonloadsevaporador8donde8el8fluido8 refrigerante8pasa8al8estado8gaseoso "ttps6es.iEipedia.orgiEi%vaporaciFCGFHGn "ttp6definicion.deevaporacion "ttp6.ciclo"idrologico.comevaporacin
