UNIVERSIDAD DE ANTIOQUÍA FACULT FACULTAD DE INGENIERÍ IN GENIERÍA A DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
INFORME: EVAPORADORES María Camila Zapata, Liliana Herrera, Herrera, Andrés Felipe Correa. Correa.
____________________________________________________ ________________________ ___________________________________________ _______________ RESUMEN La evaporación es una operación que consiste en la separación de una mezcla de sustancias en diferente fase, teniendo en cuenta que las propiedades térmicas de cada componente de la mezcla deen tener diferente orden de ma!nitud. "n esta pr#ctica se evaporó una mezcla con una concentración inicial conocida de az$car, con el fin de oten otener er una una solu soluci ción ón de az$ca az$carr m#s m#s conce concent ntra rada da.. "l cont contro roll de vari varial ales es como como la temper temperatu atura ra % concent concentrac ración ión en los condensad condensados, os, adem#s adem#s de la mezcla mezcla someti sometida da a evaporación permitieron la otención de una serie de resultados con los cuales se &izo un an#lisis partiendo de alances de calor % masa, para la determinación de par#metros adicionales como la temperatura de eullición de la solución, el calor suministrado % el valor de la ener!ía eléctrica consumida.
ABSTRACT "vaporation is an operation '&ic& consists in t&e separation of a mi(ture of sustances in different p&ase, considerin! t&at t&e t&ermal properties of eac& component of t&e mi(ture must e different order of ma!nitude. )n practice a mi(ture evaporated 'it& a *no'n initial concentration of su!ar, in order to otain a more concentrated solution of su!ar. +&e control variales suc& as temperature and concentration in t&e condensates, a ddition of t&e mi(ture suected to evaporation allo'ed to otain a series of results '&ic& an anal%sis ased on &eat alances, and mass for t&e determination of additional parameters are made as t&e oilin! point of t&e solution, t&e &eat supplied and t&e value va lue of electricit% consumed.
OBJETIVOS General •
Ente Entend nder er y anal analiz izar ar el fenóm fenómeno eno de tran transfe sferen renci ciaa de calo calorr en el proce proceso so de evaporación llevando a cabo la concentración de una solución azucarada.
Espe!"#$s ●
●
●
Encontrar la relación existente entre el volumen de condensado, concentración de la solución y el tiempo. Estimar Estimar el costo energético energético del proceso de evaporación evaporación la solución azucarada si se emplea electricidad. Comparar el costo energético del proceso sí en lugar de electricidad se emplea una fuente de energía alternativa (gas natural o diésel)
MARCO TE%RICO En ngeniería !uímica, la evaporación es una operación en la "ue se separa, mediante ebullición, un disolvente vol#til de uno o varios solutos no vol#tiles, con los "ue se encuentra mezclado formando una disolución o suspensión. En la inmensa mayoría de las evaporaciones el disolvente es el agua. En la evaporización el residuo es un lí"uido, no se pretende separar la mezcla en fracciones y se desea concentrar la disolución.
Fi!ura -. "quipo de evaporación, empleado para concentrar zumo de narana.
$a resolución pr#ctica de un problema de evaporación, est# profundamente afectada por el car#cter del lí"uido "ue se concentra, lo "ue %ace "ue esta operación sea distinta de la simp simple le trans transmi misi sión ón de calor calor.. &lgun lgunas as de las las propi propied edade adess m#s m#s impo importa rtant ntes es de las las disoluciones, a tener en cuenta en un proceso de evaporación son' concentración de la diso disolu luci ción ón,, form formac ació iónn de espu espuma ma,, sens sensib ibil ilid idad ad a la temp temper erat atur ura, a, form formac ació iónn de incrustaciones, eliminación de aire (otros incondensables). El modo m#s sencillo en "ue puede llevarse a cabo la evaporación es empelando una sola etapa, o evaporación de efecto simple. Este modo de operación se emplea cuando la cantidad de disolución a tratar es relativamente pe"uea y*o el coste del vapor es barato comparado con la inversión necesaria para un evaporador m#s comple+o.
Cuando la capacidad re"uerida es grande, es necesario me+orar el aprovec%amiento energético para reducir los costes operativos, lo "ue conduce al empleo de evaporadores de mltiple efecto "ue presentan una me+or economía del vapor. En los evaporadores de mltiple efecto, el vapor generado en un efecto se aprovec%a en otro como medio de calefacción.
EQUIPOS & MATERIALES EQUIPOS El sistema de Evaporación -atc% de un efecto est# compuesto por e"uipos fundamentales' el controlador, el evaporador, el condensador. /er figura 0. 2
3 5
Fi!ura . "squema del /istema de "vaporación 0atc& de "fecto /impl
V'l()las *V+ /1' /#lvula de alimentación de agua al sistema /2' /#lvula de alimentación de la solución azucarada. /0' /#lvula de ingreso de agua fría al evaporador. /' /#lvula de entrada del agua fría al condensador directamente. /3' /#lvula de descarga condensado. /4' 5aso de agua evaporada al condensador. /6' /#lvula de descarga de la solución concentrada en el evaporador.
C$n,r$la-$r: 5ermite el control de temperatura mediante la resistencia, se debe ingresar el valor a controlar set point. En este tablero se encuentran los interruptores para el encendido (78) y apagado (799) del e"uipo, la entrada de electricidad (&), la salida de la resistencia (-) y por ltimo la salida de la :ermocupla (C). /er figura .
Fi!ura 1. Controlador del evaporador
E(ap$ra-$r: Es el dispositivo encargado de evaporar el lí"uido "ue se encuentra en solución dentro del reactor. 5ara su encendido debe darse en la línea de ;reactor<, lado iz"uierdo, en el botón verde y para su apagado en el botón ro+o. /er figura 3. Tabla 1. Dimensiones del evaporador
Calentamiento por resistencia
0,4 => a 041 /
Espesor de pared
?*@ A
Capacidad total aproximada (ml)
2.?11
5rofundidad (mm)
01
Bi#metro interno (mm)
212,? :apa
<ura total (mm) Bi#metro de la base (mm)
?6,@@ 26?
Fi!ura 2. /istema "vaporador3 4e izq. a 4er5 Condensador, evaporador.
C$n-ensa-$r: Es el delegado para el cambio de fase de vapor, proveniente del reactor, al estado lí"uido. 5ara su operación es necesario abrir la v#lvula para permitir la circulación de agua fría dentro de este. /er figura 0 y 3. Tabla 2. Dimensiones del condensador
Coraza Bi#metro Externo (mm)
?6
Bi#metro nterno (mm)
?
$ongitud (mm)
04 Entrada y salida de agua de refrigeración
Bi#metro Externo (mm)
0,?
Bi#metro nterno (mm)
2,@ Derpentín
8umero de espiras
@
Bi#metro de espiras (mm)
42,4
$ongitud total de espiras (mm)
206,?
Bi#metro del tubo (mm)
,6
se refiere a la distancia "ue %ay entre la primera y la ltima espira
Re"ra,./e,r$: Es un instrumento usado para determinar la concentración del azcar en el agua, para su uso se %umedece el porta muestras con una gota de solución y luego se observa la medición a través del lente. $os refractómetros son instrumentos de medición, en los "ue éste fenómeno de la refracción de la luz se pone en pr#ctica. Ellos se basan en el principio por el cual, cuando aumenta la densidad de una sustancia (por e+emplo' cuando se disuelve el azcar en el agua), el índice de refracción aumenta proporcionalmente. $os refractómetros fueron inventados por Br. Ernst &bbe, cientifico &lem#n * &ustriaco a principios del siglo FF. /er figura 4.
Fi!ura 6. 7efractómetro
MATERIALES ● ● ●
Gefractómetro Cronómetro 5inza amperimétrica
● ● ● ● ● ● ● ●
Huantes 5robeta 2111 m$ -alanza Iezclador :ubos de ensayos Gecipiente para preparar la solución 5apel adsorbente &zcar
PROCEDIMIENTO 01 21 31 41 51 61 71 81 91 01 001 021 031 041 051 061 071
$avar el evaporador, abriendo /1, cerrando /6 y luego abriendo /0. :omar una muestra abriendo /6 y encontrar la concentración por refractometría. (Esta concentración debe ser igual a 1J, en caso contrario, repetir el procedimiento anterior las veces "ue sea necesario %asta alcanzar este valor). /erificar "ue el evaporador esté completamente vacío abriendo la v#lvula (/6) de descarga del mismo. 5reparar 2111g de una solución azucarada al 4J en peso. Corroborar la concentración inicial con ayuda del refractómetro. Gealizar el c#lculo necesario para conocer la cantidad de agua "ue se debe evaporar para obtener una solución final de concentración m#xima de 04 J en peso. Harantizar "ue la v#lvula de entrada de agua al evaporador (/0) y la v#lvula de descarga (/6) del mismo se encuentren cerradas. /erificar "ue la v#lvula de entrada de agua al condensador este abierta (/). &brir la v#lvula de entrada de agua evaporada (/4) del condensador y la v#lvula de salida del condensado (/3). &brir la v#lvula de alimentación del evaporador (/2) /erter la solución azucarada preparada previamente y dispuesta en la probeta, evitando derramar muestra. Cerrar /2 Kbicar la probeta limpia y seca en la salida del condensador para recoger y cuantificar el condensado una vez iniciado el proceso de evaporación. Encender el e"uipo usando el botón verde de la parte central iz"uierda del tablero, registrando el tiempo de inicio del experimento. 9i+ar el set point con dos temperaturas antes de llegar a 211 (ayuda a prolongar la vida til del e"uipo, estas temperaturas son 41 y @1LC). Encender agitación ubicado en la parte central derec%a del tablero. Esperar "ue el e"uipo se estabilice en la temperatura deseada, y reporte los datos de volta+e y corriente con la ayuda de una pinza amperimétrica.
N$,a: para tomar los datos de corriente y volta+e se debe seleccionar solamente un cable a la vez de la alimentación de corriente del evaporador y sacar un promedio de ambos, abrir la pinza e introducir el cable en el "ue se va a %acer la medición, girar la perilla %asta donde aparece amperios (011&M), para el dato de volta+e, se repite el mismo proceso con la diferencia "ue la perilla la gira %asta donde aparece voltios (/M) y para este caso se toman ambos cables.
081 091
21
Gegistrar el tiempo en el cual empieza a salir la primera gota de condensado. Cada 211 ml de condesando recolectado en la probeta. :omar una alícuota de la solución concentrada en un tubo de ensayo abriendo cuidadosamente /6 y medir la concentración cuando esta solución este fría (se recomienda sumergir los tubos de ensayo en un beaNer con agua fría) Iedir la concentración del condensado, esta lectura en el refractómetro debe ser cero.
N$,a: es importante "ue dic%o procedimiento se realice con uso de guantes en todo momento para evitar "uemaduras. 201 221 231 241 251 261
Cuando la cantidad de condensado sea 311 ml poner el Det 5oint en 1, pero no apagar el e"uipo. 9inalizar el proceso cuando %aya recolectado la cantidad de condensado suficiente para obtener la concentración deseada del 04J. &pagar el e"uipo usando el botón ro+o de la parte inferior iz"uierda del tablero de control. &brir la v#lvula de descarga del evaporador (/6) para retirar la solución concentrada. Iedir el volumen y pesar la solución concentrada para ser utilizados en los c#lculos de balance de masa. $avar el evaporador usando la v#lvula de entrada de agua (/0) al mismo.
Re$/en-a#.n: Ksar papel adsorbente para secar los tubos de ensayo y en lo posible tener un dulce abrigo para derrames de agua "ue puedan ocurrir durante el procedimiento. REGISTRO DE DATOS Tabla 1. Datos iniciales de la solución preparada.
V$l)/en #n##al -e la @11 s$l)#.n */l+ Masa #n##al s$l)#.n *;+
-e
la
?@3
C$nen,ra#.n #n##al -e 4,3 la s$l)#.n *<+ Tabla 2. Datos de voltaje y corriente.
41 T*=C+ V$l,a>e 001 *V+ C$rr#en,e 22O21,6 *A+
@1
211
001
001
22,0O21,6
22,3O21,?
Tabla 3. Datos para las muestras de solución concentrada.
/olumen condensado (ml)
0 2 3 4 5 6 7 8
:iempo (s)
Concentración teórica de la Dolución Concentrada (J)
Concentración Concentración de experimental de la los condensados Dolución (J) Concentrada (J)
0?@ 243 42 @6? 3006 3@2
6,2? ?,0 @,63 21,@ 23,3 02,6
6,@ ?,@ ,0 21,@ 23 00,6
Ta?la 41 Da,$s (ar#$s para $/ple,ar l$s 'l)l$s en l$s ?alanes T#e/p$ apar##.n pr#/era ;$,a -e $n-ensa-$ *se;+ T#e/p$ ,rans)rr#-$ para lle;ar a la $nen,ra#.n "#nal *se;+ V$l)/en "#nal -e la s$l)#.n $nen,ra-a */l+ Masa "#nal -e la s$l)#.n $nen,ra-a *;+ C$nen,ra#.n "#nal -e la s$l)#.n $nen,ra-a *<+ Masa "#nal -el $n-ensa-$ *;+ C$nen,ra#.n "#nal -el $n-ensa-$ *<+
1 1 1 1 1 1
0316 3@2 20 233,@ 00,6 4@,@ 1
MODELO DE C@CULO & C@LCULOS Prepara#.n -e s$l)#.n -e aar 5< en pes$1 De re"uiere preparar 2111g de solución, entonces la cantidad de azcar es la siguiente' 1000 g
sln ∗5 gazucar =50 g azucar 100 gsln
$uego la cantidad de agua es' 1000 g sln−50 gazucar= 950 g agua
&proximando la densidad del agua a 2g*ml a 04LC, se determina "ue en volumen se debe medir'
volumendeagua =
950 g agua
g 1 ml
=950 mlagua
Es decir, se debe disolver 41 g de azcar en 41 ml o gramos de agua. 9órmula para determinar la cantidad de solución concentrada al 04J "ue debe "uedar en el evaporador para en base a ella calcular la cantidad de condensado "ue se debe retirar. C 1 ×v 1=C 2 × v 2
Tra?a>$ el,r#$ $ns)/#-$1 Qentra =Welectrico =
(V ∗ A∗t ) 1000
Bónde' !entraP Es el calor "ue entra al sistema (=>% P =Q%*seg) /P Es el volta+e (voltios o vattios) &P Es la corriente eléctrica (amperios) tP El tiempo "ue transcurre %asta "ue se recogen los 311 ml de condensado (%oras). Conversión a =Q' KJ ∗h )∗(3600 seg ) seg Qentra ( KJ )=Qemtra 1 hora
(
C$ns#-era#$nes para l$s ?alanes -e /asa ener;!a ● ● ● ● ● ●
Estado estable. :odo el vapor de R01 generado se condensa El sistema no presenta perdidas de calor :emperatura ambiente 04LC De consideran mínimas las pérdidas de muestreo De desprecia el traba+o eléctrico generado por el motor ya "ue no se emplea agitación en el sistema.
Balanes -e /a,er#a ener;!a1
Fi!ura 8. "squema de fluos del sistema de evaporación.
Balane -e /a,er#a1 De tiene "ue el balance de materia en general para un sistema es' macumulada =mentrada −msalida + mgenera −mconsume
Bonde m es la masa. &plicando el balance global al sistema de evaporación se tiene "ue. 0 =mentra −msale
&l reemplazar los flu+os m#sicos se llega a. m 1 −m 2 −m 3 =0 (2) :omando m2 como la masa "ue entra inicialmente al sistema, m0 la masa de agua evaporada y m la solución concentrada. $uego se realiza el balance de azcar. 0 = Xa 1∗m 1 − Xa 3∗m 3
(0)
Diendo Fa2 la fracción m#sica inicial del azcar y Fa la fracción m#sica final. Be las ecuaciones (2) y (0) se obtiene "ue
Xa 1 m 2 =m 1 − ∗m 1 Xa 3
m 3 =m 1 − m 2
Balane -e ener;!a para el e(ap$ra-$r1 E 2− E 1=Qevap −W + mehe −mshs
Con E2 y E0 la energía total del sistema al inicio y al final del proceso, !evap el calor consumido por el proceso, > el traba+o, me y ms los flu+os m#sicos de entrada y salida y %e y %s las entalpias de entrada y salida. Bespreciando la cantidad de traba+o presente en el evaporador y los cambios de la energía total del sistema. 0 =Qevap+ mehe−mshs
Qevap =mshs −mehe
&l reemplazar los flu+os del sistema en la ecuación anterior se tiene "ue. Qevap=m 2 h 2 + m 3 h 3−m 1 h 1 () :omando como temperatura de referencia :ref (1LC) para los c#lculos de entalpíaS siendo :amb P :ref y :sat la temperatura ambiente y de ebullición del agua en Iedellín (04LC y 6.6LC) respectivamente, estas temperaturas se deben remplazar en las ecuaciones siguientes en grados Nelvin. Tamb
h 1=
∫ Cpsln∗dT
(3)
Tref
a Tsat Cp 2 !∗dT + "hvap (¿) Tsat
h 2=
∫¿
Tref
(4)
Tsat
h 3=
∫ Cpsln∗dT
(6)
Tref
Bonde el C psln se calcula de la siguiente manera. Cpsln= Xazucar∗Cpazucar + Xagua∗Cpagua
5ara este caso se toma' −3
−6
2
Cpazucar =1,1269 + 4,524∗ 10 ∗T + 6,24∗10 ∗T
Cpagua =4,188
$ agua=
W agua W Total
T3U.
KJ Kg∗# C T4U.
% $ azucar =
W azucar W Total
Diendo F las fracciones m#sicas del azcar y el agua y Cp las capacidades caloríficas. &l reemplazar (3), (4) y (6) en la ecuación () se obtiene el calor recibido por el evaporador Qevap .
Balane -e ener;!a para el $n-ensa-$r1 E 2− E 1=Qcond −W + mehe −mshs
Bel anterior balance, despreciando la cantidad de traba+o presente en el evaporador y los cambios de la energía total del sistema. Qcond =mshs− mehe
&l reemplazar los flu+os m#sicos y sus entalpías se llega a Qcond =m 2 ( h 4 −h 2)
(?)
:omando como temperatura de referencia :ref para los c#lculos de entalpía y siendo :3 la temperatura de salida del condensador se tiene "ue'
T 4
h 4=
∫ ❑ Cp !∗dT 2
Tref
(@)
&l reemplazar (@) y (4) en (?) se obtiene el calor del condensador.
Cal$r per-#-$ en el e(ap$ra-$r Qperdido =Qentra−Qevap
E"##en#a -el e(ap$ra-$r Eficiencia =
Qevap ∗100 Qentra
C$s,$ para la Ele,r##-aCosto =Qentra
( KW ∗h )∗& 379,544 KW ∗h
C$s,$ para el D#sel Q entra ( KJ )
∗8090,63 & KJ CV' di(sel 832 Kg Kg Costo = donde * diesel = 3 gal∗3,78 ) m ∗832 Kg 1 gal ∗1 m3 3 1m 1 1000 ) CV' = +oder Calorifico
CV' di(sel = 43000
KJ Kg
C$s,$ para el Gas Na,)ral
Qentra ( KJ )
Costo =
C V' ,as-atural
CV' ,as-atural=
( ) KJ 3 m
∗1048,77
& 3 m
35400 KJ 3
m
RESULTADOS & AN@LISIS Tra?a>$ el,r#$ $ns)/#-$1 (220 W ∗11,05 Ȧ∗1,067 h) Qentra =Welectrico= =2,593 KW ∗h 1000
Qentra ( KJ )=2,703
KW ∗h∗( 3600 seg ) =9335,04 KJ 1 hora
Balane -e /a,er#a 784 g−589,8 −144,8 g = 49,4 g
Balane -e aar 0,054∗784 g − 0,226∗144,8 g = 9,6112 g Masa ,e.r#a -e $n-ensa-$ m 2 =784 g−
0,054 0,226
∗784 g=596,67 g
Masa ,e.r#a -e s$l)#.n $nen,ra-a m 3 =784 g− 596,67 g =187,33 g
J de error entre masa experimental y teórica. m0 (masa de condensado) 2,24 m (solución concentrada) 00,?
De observa "ue no se cumple el balance de materia en el evaporador esto debido a "ue puede %aber pérdidas durante la operación cuando se toman las muestras para colocar en el
refractómetro, cuando se retira la solución concentrada y el condensado, puede deberse también a la incertidumbre de la medición, y a errores sistem#ticos.
Balane -e ener;!a para el e(ap$ra-$r h 1=0 KJ / Kg 0,946 4,188 (¿)∗( ¿¿ dT ) + 2257 KJ / Kg
¿ ¿
369,75
h 2=
∫
¿
298,15
0,054 −3
−6
2
1,1269 + 4,524∗10 ∗T + 6,24∗10 ∗T 0,946 4,188 (¿)∗( ¿¿ dT )=¿ 296,5676 KJ / Kg
¿
(¿)∗( ¿ ¿ dT ) +¿ ¿
369,75
∫
¿
298,15
369,75
h3=
∫
¿
298,15
Qevap=0,5898
Kg∗2540,67 KJ Kg∗296,56 KJ + 0,1448 =1541,43 KJ Kg Kg
Balane -e ener;!a para el $n-ensa-$r 0,946 4,188 (¿)∗( ¿¿ dT )
¿ ¿
370,55
h 4=
∫ 298,15 .
¿
(
Qcond =0,5898 Kg∗
286,84 KJ
Kg
− 2540,67
)=−
KJ
Kg
1329,31 KJ / Kg
Cal$r per-#-$ en el e(ap$ra-$r Qperdido =9335,04 KJ −1541,43 KJ =7793,61 KJ
E"##en#a -el e(ap$ra-$r Eficiencia=
1541,43 KJ
∗100 =16,51
9335,04 KJ
$a eficiencia presentada por el evaporador 26,42J es un valor muy pe"ueo poco comn en los procesos industriales, este valor tan regular es de esperarse cuando se analizan las pérdidas de calor ya "ue el e"uipo no cuenta con suficiente aislamiento "ue disminuya las mismas, también puede deberse a "ue realmente no se traba+a en un evaporador sino en un reactor adaptado al proceso de evaporación y esto puede limitar su eficiencia.
C$s,$ -el al$r Costo =2,593
KW ∗ h∗& 379,544 =& 984,16 KW ∗ h
C$s,$ para el D#sel 9335,04 KJ
∗8090,63 &
KJ 43000 Kg gal∗3,78 ) ∗832 Kg 1 gal
Costo =
1m
1
3
= & 558,49 ∗1 m3
1000 )
C$s,$ para el Gas Na,)ral Costo =
9335,04 KJ 35400
KJ m
3
∗1048,77
& m
3
= & 276,56
Tiempo Vs Concentración de sln 25 20 15
Concentración de sln (%)
Experimental Teorica
10 5 0 2000 3000 4000 5000
Tiempo (S)
Fi!ura 9. :r#fica de tiempo ;s concentración de solución.
Vol!men de condensado Vs Concentración de sln 25 20 15
Concentración de sln (%)
10 5 0
0
100 200 300 400 500 600 00
Vol!men condensado (ml)
Fi!ura <. :r#fica de volumen de condensado ;s concentración de solución.
Vol!men de condensado Vs Tiempo 6000 5000 4000
Tiempo (S) 3000 2000 1000 0
0
100
200
300
400
500
600
00
Vol!men de condensado (ml)
Fi!ura =. :r#fica de volumen de condensado ;s tiempo.
El uso de la energía eléctrica resulta restringido, aun"ue es la energía "ue genera menos contaminación por emisión de gases, si se compara esta con combustibles como el diésel o el gas natural, la energía eléctrica es la fuente de calentamiento m#s costosa, alrededor del 41J m#s costosa "ue el diésel y un poco m#s del 61J si se compara con el gas natural. Di se escalan estos valores a nivel industrial la energía eléctrica resultaría pro%ibitiva y de uso restringido. Cuando se analiza la gr#fica ? se puede notar "ue %ay una desviación muy pe"uea cuando se compara la curva de concentración teórica con la concentración experimental de azcar en la solución, esto muestra "ue las consideraciones y los modelos usados para el e"uipo de evaporación se a+ustan y predicen de manera muy cercana el proceso real o experimental. 5ara la gr#fica @ se puede notar "ue la concentración en el evaporador tiene un comportamiento un poco lineal inicialmente, cuando la solución alcanza la ebullición el proceso aumenta su velocidad, por esta razón es necesario "ue la resistencia eléctrica cese su traba+o cuando se %a alcanzado un volumen de 311m$ de condensado, la energía remanente en el interior del evaporador es suficiente para lograr la concentración final de la solución de azcar. En la gr#fica se puede notar "ue el proceso de condensación describe un comportamiento lineal y se puede relacionar de manera estrec%a con lo mencionado en el an#lisis realizado para el caso de la gr#fica @.
N$,a: &sumir el costo del =>% como el de zona residencial estrato (?,433V*=>%) y para el diésel y el gas natural se tomar#n los siguientes datos. CV' /iesel =43000 KJ / Kg
T6U. 3
CV' gas natural =35400 KJ / m
* /iesel=850
Kg m
3
T6U.
TU.
C /iesel=8090,63
& gal T?U.
C gasnatural =1048,77
& 3 m T@U.
PREGUNTAS 01 En ) $ns#s,e l$s e(ap$ra-$res -e ,#r$ "$ra-$ En un evaporador de circulación forzada, se %ace circular la solución a evaporar mediante la bomba de circulación a través de los tubos del intercambiador de calor con alta velocidad de aba+o %acia arriba. $a vaporización se produce en el cabezal de vapor, donde el vapor y el lí"uido son separados por gravedad y*o por fuerza centrífuga. $as venta+as de este sistema son' 7ptima capacidad de transferencia de calor en condiciones d alto vacío, Gango de capacidad de 1 a 211J, &cepta m#s sólidos "ue la película descendente. &plicaciones' $í"uidos contaminantes, $í"uidos cristalizantes. &lgunos e+emplos típicos de lí"uidos aptos para evaporadores de circulación forzada'
Doluciones sulfricas Wcidos fosfóricos Doluciones de sales inorg#nicas con compuestos contaminantes $í"uidos fertilizantes Efluentes de la industria alimentaria Ielazas y vinazas
21 Q) es la e(ap$ra#.n -e /l,#ple e"e,$ Kn evaporador de mltiple efecto consta de un con+unto de evaporadores. El primer efecto es el primer evaporador y así sucesivamente. El primer efecto recibe el vapor vivo procedente de un generador de vapor. Burante el funcionamiento, el vapor procedente de la evaporación del primer efecto se utiliza como vapor calefactor en el segundo efecto y el producido en este como vapor calefactor del tercero y así sucesivamente. Es evidente "ue para su funcionamiento es necesario "ue el vapor calefactor en cada afecto condense a una temperatura superior a la de ebullición en este efecto, lo "ue exige "ue %aya entre los diferentes efectos una diferencia de presión suficiente para "ue se produzca la ebullición. De presentan diferentes formas de alimentación de acuerdo a como circule el lí"uido a concentrar' &limentación directa &limentación a contracorriente &limentación mixta &limentación en paralelo En general, para decidirnos por un sistema de alimentación u otro, es necesario efectuar el c#lculo previo del rendimiento de evaporación para cada uno de los sistemas. Di la temperatura de entrada del alimento es bastante inferior a la de ebullición en el primer efecto, en el caso de corrientes directas todo el calor "ue se da en el primer efecto va destinado a calentar el alimento (calor sensible) y muy poco a producir vapor, lo "ue provocar# un ba+o rendimiento en el proceso global del mltiple efecto. En este caso se prefiere la circulación a contracorriente. 5or lo contrario, cuando la disolución entra en el sistema a temperatura superior a la de ebullición del ltimo efecto, ser# m#s conveniente la alimentación directa, ya "ue lo "ue pasaría sería "ue la disolución al entrar al ltimo efecto lo vaporizaría parcialmente,
produciendo un vapor "ue no tiene utilidades posteriores, entonces la disolución lo enfriaría %asta la temperatura de la c#mara de evaporación del ltimo efecto y posteriormente se tendría "ue ir calentando al entrar a cada efecto.
31 En ) ,#p$ -e #n-)s,r#a -e ) "$r/a es ),#l#a-a la e(ap$ra#.n $/$ )na -e las $pera#$nes )n#,ar#as Heneralmente las industrias "ue m#s utilizan los evaporadores como operación principal de los procesos es la industria alimentaria, en la cual la evaporación se utiliza para concentrar determinado sustrato, el cual ser# el producto final con alto grado valor agregado. & continuación, algunas industrias "ue utilizan este proceso y los productos obtenidos'
In-)s,r#a LeHera: $ec%e entera y descremada, $ec%e condensada, 5roteínas de la lec%e, 5ermeados l#cteos, Iezclas de productos l#cteos, Iantecas, Duero de "ueso, Duero de "ueso previamente cristalizado, 5roteínas de suero, 5ermeados de suero, Doluciones de lactosa, Bulce de lec%e de producción continua y discontinua. In-)s,r#a -e J);$s -e Fr),a: $ec%e de so+a, Qugo de manzana, de naran+a y otros citrus, Qugos mezclas, de tomates, de zana%oria #-r$l#a-$s: 5roteína Ridrolizada, 5roteína l#ctea %idrolizada, Duero %idrolizado, Iolienda %meda del maíz, Qarabe de glucosa, Qarabe de Bextrosa 30 y 44, &gua de Iacerado. In-)s,r#a Fr#;$r!"#a: Extracto de carne y %uesos, 5lasma sanguíneo. E,ra,$s: Extractos de café o té, de carne o %ueso, de malta, de levaduras. In-)s,r#a A(!$la: Concentración de %uevo entero, Concentración de clara de %uevo. O,ras: /inazas alco%ólicas. N$,a: -ibliografía recomendada. =ern, B.!. ;5rocesos de transferencia de calor< Compaía editorial Continental (Cesca), Iéxico, 264. Ed.2ra. CONCLUSIONES Es de gran importancia conocer el funcionamiento y operación de un sistema de evaporación, puesto "ue es uno de los e"uipos m#s usados a nivel industrial en el #rea de alimentos y tratamiento de aguas. Besde el punto de vista energético es importante resaltar "ue la implementación de un sistema de efecto simple resulta ineficiente y solo debe ser utilizado en casos puntuales. $as fuentes de energía son un factor primordial, ya "ue esta muestra la factibilidad económica de un proceso dependiendo de las cantidades de solución "ue se desea concentrar. Besde el punto de vista ilustrativo, es decir, en el laboratorio, la energía eléctrica para el proceso de evaporación resulta la energía m#s limpia y segura para %acer de la pr#ctica de laboratorio lo m#s segura y confiable.
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