Universidad Técnica del Norte F.I.C.A.Y.A Escuela de Ingeniería Agroindustrial Operaciones Unitarias III
EVAPORADORES Oscar Suquillo Octavo Semestre ¨A¨
INTRODUCCIÓN EVAPORACIÓN Definición.-Evaporación es una operación de la Ingeniería Química, que consiste en separar parcialmente el solvente de un la solución formada por un soluto no volátil, calentando la solución hasta su temperatura de ebullición. Su objetivo es concentrar soluciones, evaporando parte del solvente: generalmente lo que se evapora es vapor de agua saturada, el cual al condensarse en una superficie metálica, transmite su calor latente a través de la pared metálica que separa el vapor de calentamiento de la solución que se está concentrando.
EVAPORADORES Se conoce por evaporador al intercambiador de calor que genera la transferencia de energía térmica contenida en el medio ambiente hacia un gas refrigerante a baja temperatura y en proceso de evaporación. Este medio puede ser aire o agua. Estos intercambiadores de calor se encuentran al interior de neveras, refrigeradores domésticos, cámaras de refrigeración industrial, vitrinas comerciales para alimentos y un sinfín de aplicaciones en procesos para la industria de alimentos, así como en procesos químicos. De igual manera, también se encuentran al interior una diversa gama de equipos de aire acondicionado. Es debido a esto que el evaporador tiene un diseño, tamaño y capacidad particular conforme la aplicación y carga térmica
EQUIPOS UTILIZADOS EN EVAPORACION Los evaporadores son cambiadores de calor, en los cuales el medio de calentamiento es el vapor de agua saturado que transmite su calor latente al condensador a la presión de saturación con la que entra al evaporador. La solución que se va a concentrar recibe el calor, aumentando su temperatura hasta que se inicie la e volución y se produce la evaporación. El vapor producido debe eliminarse continuamente para mantener una presión interior constante. El líquido que se concentra debe eliminarse también con1inuamente para obtener una solución a la concentración deseada.
MARCO TEÓRICO TIPOS DE EVAPORADORES 1. Tubos Largos Estos evaporadores constan de una cámara vertical provistas de cambiadores de calor tubulares. Como medio de calentamiento suele utilizarse vapor que se condensa en el interior de la cámara.
2. Evaporadores Verticales de tubos cortos Este tipo de unidad se usa mucho en procesos industriales, llegándose a conocer como el “evaporador normal.” En él se condensa sobres la superficie exterior de tubos
dispuestos verticalmente. La calandria o conjunto de tubos que atraviesan la cámara de vapor frecuentemente posee un tubo de retorno central que normalmente no rmalmente ocupa al menos el 40 % del área de flujo de los tubos de ascensión. Puesto que el líquido situado en el tubo de retorno está mas frío que el de los tubos calentadores de ascenso se crea corrientes de circulación natural la longitud de los tubos oscila entre 0.5 y 2 m y el diámetro entre 12 y 75 mm.
Cuando se concentran por evaporación líquidos formadores de costras los tubos deberán estar cubiertos por el líquido para que la deposición de material sea mínima. Las unidades pueden equiparse con calandrias de cesta que se pueden desmontar fácilmente para limpiarlas. Este tipo de evaporador alcanza buenas velocidades de evaporación con líquidos de viscosidad moderada, no corrosivos y poco tendentes a la formación de costras. Entre sus aplicaciones típicas se hallan la concentración de soluciones de azúcar de caña, de azúcar de remolacha, glucosa, extracto de malta, sal y zumos de frutas.
3. Evaporadores Verticales de tubos largos
Estos evaporadores están formados por un elemento calefactor tubular diseñado para el paso de los licores a través de los tubos solo una vez, movidos por circulación natural.
El espejo superior de los tubos esta libre, y sobre este hay un deflector de vapor con el fin de reducir el arrastre.
Estos evaporadores no son especialmente utilizados para los licores incrustantes que depositan sales, pero son muy empleados para el manejo de líquidos espumosos o que forman natas.
Una característica muy fundamental es que el vapor que sale de los tubos es mayor que en los tipos de tubos verticales cortos.
Los tubos para estos evaporadores evaporadores son usualmente de 11/4 pulg. a 2 pulg. DE, y de 12 a 14 pies de longitud. Además la liberación del vapor ocurre fuera del cuerpo del evaporador.
4. Evaporadores de película descendente En estos evaporadores la alimentación es introducida por la parte superior del equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura de ebullición del primer efecto, mediante intercambiadores de calor adecuados al producto. Se produce una distribución homogénea del producto dentro de los tubos en la parte superior
del
evaporador,
generando
una
película
descendente
de
iguales
características en la totalidad de los tubos. Este punto es de suma importancia, ya que una insuficiente mojabilidad de los tubos trae aparejado posibles sitios en donde el proceso no se desarrolla correctamente, lo cual lleva a bajos rendimientos de evaporación,
ensuciamiento
prematuro
de
los
tubos,
o
eventualmente
al
taponamiento de los mismos. Dentro de los tubos se produce la evaporación parcial, y el producto que esta siendo concentrado, permanece en íntimo contacto con el vapor que se genera. Los dos fluidos, tanto el producto como su vapor, tienen igual sentido de flujo, por lo que la salida de ambos es por la parte inferior de los tubos. En la parte inferior del evaporador se produce la separación de estas dos fases. El concentrado es tomado por bombas y el vapor se envía al condensador (simple efecto), mientras que los sistemas múltiefecto utilizan como medio calefactor, el vapor generado en el efecto anterior, y por lo tanto el vapor generado en el último cuerpo es el que se envía al condensador. A modo de ejemplo, si alimentamos con 1 kilogramo de vapor vivo un evaporador simple efecto, obtendremos aproximadamente 1 kilogramo de agua evaporada, mientras que si alimentamos un evaporador doble efecto con la misma cantidad de vapor, o sea 1 kilogramo, obtendremos 2 kilogramos de agua evaporada, uno por cada efecto.
5. Evaporadores de película ascendente Un evaporador de película ascendente consta de una calandria de tubos dentro de una carcasa, la bancada de tubos es más larga que en el resto de evaporadores(10-15m). El producto utilizado debe ser de baja viscosidad debido a que el movimiento ascendente es natural. Los tubos se calientan con el vapor existente en el exterior de tal forma que el líquido asciende por el interior de los tubos, debido al arrastre que ejerce el vapor formado. El movimiento de dichos vapores genera una película que se mueve rápidamente hacia arriba. Al igual que en otros evaporadores, el líquido concentrado puede realimentarse (problema porque su viscosidad habrá aumentado) o extraerse como producto final.
6. Evaporadores de película agitada Este tipo de evaporadores, se diseñaron para aumentar, por medio de la convección forzada, el coeficiente de transferencia de calor por parte del líquido, puesto que el vapor no representa el factor limitante en este tipo de procesos. Entonces, se diseñó este tipo de evaporadores, que consisten en un evaporador con una marmita que lo rodea y un agitador. De esta forma, se extrae el líquido concentrado por el fondo del evaporador y el vapor sale por la parte superior del cuerpo del mismo. La diferencia entre este y un evaporador de marmita abierta agitado, es que este evaporador, puede ser conectado a sistemas de vacío de presiones menores a la presión atmosférica local. La aplicación más importante de este tipo de evaporadores, es para materiales muy viscosos, por ejemplo, látex de caucho, gelatina, antibióticos y jugos de frutas.
7. Evaporadores de circulación forzado Los evaporadores de circulación forzada se fabrican en una gran variedad de arreglos, haciéndolos no tan económicos en operación como si lo son los evaporadores de circulación natural, sin embargo son necesarios cuando los problemas de concentración involucran soluciones de flujo pobre, incrustaciones, y ciertas características térmicas.
Este tipo de evaporadores se adaptan muy bien para un control preciso del flujo, particularmente cuando un tiempo de contacto excesivo puede ser perjudicial a la solución química. Los tubos en los evaporadores de circulación forzada son mas pequeños que en los tipos de circulación natural, y por lo general no exceden alas 2pulg. DE. El vapor de calentamiento para estos evaporadores entra al haz de tubos por la parte exterior del cuerpo del evaporar, teniendo este un contacto con los tubos en la parte superior del haz en el espejo anular provisto para este fin. Los deflectores son colocados en la parte superior del espejo y la bomba de recirculación se instala al nivel del piso.
8. Marmitas Evaporadores de marmita abierta Estos evaporadores son, los más sencillos que existen, aparte de la evaporación en salinas, que corresponde a una cristalización. Estos evaporadores consisten en un recipiente abierto, a presión atmosférica local, con una chaqueta rodeándolo por medio de la cual se hace transferir la energía de vapor que condensa sobre la superficie de la marmita.
Figura 1. Evaporador de marmita abierta.
A menudo, para este tipo de evaporadores, se utilizan serpentines sumergidos en el líquido para calentar por contacto casi directo, este tipo de evaporador, puede ser utilizado cuando el proceso requiere agitación, o cuando las cantidades a evaporar no son muy grandes, puesto que al realizarse la evaporación a presión
atmosférica, es necesaria mucha más energía para llegar al punto de ebullición de la solución, así como también hay muchas pérdidas de energía por radiación hacia el medio.
BIBLIOGRAFIA
https://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r60109.PDF
http://www.scribd.com/doc/3169438/EVAPORACION-Y-EVAPO http://www.scribd.com/doc/3169438/E VAPORACION-Y-EVAPORADORES-DERADORES-DEMULTIPLE-EFECTO
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http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_0993_Q.pdf
