UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÀN
LABORATORIO EXPERIMENTAL MULTIDISCIPLINARIO MULTIDISCIPLINARIO 1 ACTIVIDAD PREVIA No. 10
BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA EN UN EVAPORADOR
PROFESORES:
SILVA ESCALONA CELESTINO SIXTO BERROCAL ANA MARIA
ALUMNA:
ATILANO MARTINEZ CITLALLI YOSELIN Grupo: 2301
CUAUTITLAN IZCALLI ESTADO DE MEXICO A VIERNES 25 DE ABRIL 2014
Cabe mencionar que existen muchos tipos y clasificación de evaporadores como son: Los principales evaporadores tubulares que existen 1.- Evaporador de tubos
largos verticales
A) Flujo ascendente (película ascendente): este evaporador cuenta con partes importantes como son:
Intercambiador de calor tubular con vapor de agua en el lado de la coraza
Separador de vapor para separar el líquido arrastrado
Brazo de recirculación
Estos evaporadores son especialmente efectivos para concentrar líquidos que tienden a formar espuma ya que la espuma se rompe cuando la mezcla de agua y vapor choca a alta velocidad contra las paredes deflectoras de la carga de vapor. B) Flujo descendente (película descendente): este tipo de evaporadores es muy efectivo para líquidos que requieren un tiempo mínimo en la exposición al calor, esto se logra cuando el líquido entra por la parte superior y desciende hasta la parte inferior y sale por el fondo, los tubos son largos, de 50 a 250mm (2- 10 in). El principal conflicto y desventaja de ellos es la uniformidad al momento de descender el líquido, para evitar esto se coloca placas metálicas perforadas sobre una placa tubular bien nivelada.
1. Evaporadores de circulación forzada Evaporadores de circulación forzada: en este tipo de evaporadores la velocidad lineal va aumentando al formarse vapor en los tubos de forma en que las velocidades de transferencia de calor son satisfactorias. Se recomienda utilizarlo en fluidos viscosos.
2. Evaporador de película agitada Este evaporador tiene algo especial, una película liquida que por su agitación mecánica reduce la resistencia de líquidos viscosos, la alimentación entra por la parte superior enchaquetada y se dispersa en forma de película altamente turbulenta mediante las palas verticales del agitador. Su principal ventaja del evaporador de película agitada es su capacidad para conseguir elevadas velocidades en transferencia de calor con líquidos viscosos, sus desventajas son los evadas costos y las partes mecánicas internas que requieren de mantenimiento. Los materiales de construcción de los evaporadores siempre que se posible de al gún tipo de acero., pero muchas soluciones reaccionan y atacan los metales ferrosos y se produce contaminación, para estos casos se utiliza el acero inoxidable, aluminio, cobre, níquel, grafito y plomo. La elección correcta depende del líquido con el que se trabaje y sus características.
SEGÚN ALIMENTACIÓN DE REFRIGERANTE
De Expansión Directa o Expansión Seca : En los evaporadores de expansión directa la evaporación del refrigerante se lleva a cabo a través 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.
Inundados: Los evaporadores inundados trabajan con refrigerante líquido con lo cual se llenan por completo a fin de tener humedecida toda la superficie interior del intercambiador y, en consecuencia, la mayor razón posible de
transferencia de calor Sobrealimentados: es aquel en el cual la cantidad de refrigerante líquido en circulación a través del evaporador ocurre con considerable exceso y que además puede ser vaporizado.
Según tipo de construcción
Tubo descubierto: Los evaporadores de tubo descubierto se construyen por lo general en tuberías de cobre o bien en tubería de acero. El tubo de acero se utiliza en grandes evaporadores y cuando el refrigerante a utilizar sea amoníaco (R717), mientras para pequeños evaporadores se utiliza cobre.
De superficie de Placa: Existen varios tipos de estos evaporadores. Uno de ellos consta de dos placas acanaladas y asimétricas las cuales son soldadas herméticamente una contra la otra de manera tal que el gas refrigerante pueda fluir por entre ellas; son ampliamente usados en refrigeradores y congeladores debido a su economía, fácil limpieza y modulación de fabricación. Otro tipo de evaporador corresponde a una tubería doblada en serpentín 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.
Evaporadores Aleteados: Los 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. Las aletas sirven como superficie secundaria absorbe dora de calor y tiene por efecto aumentar el área superficial externa del intercambiador de calor, mejorándose por tanto la eficiencia par a enfriar aire u otros gases.
2.-
3.-Balance de materia en el evaporador
En donde: F1, F3, F4= proceso
F2, F5= servicio
Velocidad constante El balance con respecto a los sólidos es: XWF2=XWF5 Balance de energía F1 (H1) + F2 (H2) + Q = F3 (H3) + F4 (H4) + F5 (H5) Considerando un flujo estacionario Q = = F3 (H3) + F4 (H4) + F5 (H5) - F1 (H1) - F2 (H2)
F= alimentación (Kg/ h)
hf = entalpia de alimentación (J/Kg)
S =vapor de agua saturado (Kg/ h)
Hs = entalpia de entrada vapor saturado (J/Kg)
L = líquido concentrado (Kg /h)
hl = entalpia del líquido concentrado (J/Kg)
V = vapor (Kg /h)
hv = entalpia de vapor (J/Kg)
S´ = vapor condensado (Kg/ h)
hs = entalpia de vapor condensado (J/Kg)
Balance de energía en el pre calentador. Q´V= Q´F + QP Q´V= W´V * ʎ´V Q´F= F Cp´ ∆T En donde: Q’V: Es el calor cedido por el vapor en el pre calentador Q’F: Es el calor ganado por la solución en el pr e calentador QV: Es el calor cedido por el vapor en el evaporador
QF: Es el calor ganado por la solución en el pre calentador QP: Es la cantidad de calor cedido por el pre calentador a la atmósfera Cp = X solución Cp solucion + X H 2O CpH2O ʎ’V: Es el calor latente de vaporización del agua a la temperatura del vapor en el pre calentador
Corriente Vapor Retorno condensado Agua helada Mezcla Concentrado Evaporado
Temperatura de entrada
Temperatura de salida
Flujo
Presión
Presión de Vacío
Tiempo
Volume
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4.- Para disoluciones concentradas, la elevación del punto de ebullición se obtiene mejor a partir de una regla empírica conocida con el nombre de regla de Dühring, que establece que el punto de ebullición de una solución es una función lineal del punto de ebullición del agua pura a la misma presión. Por consiguiente, si se representa la temperatura de ebullición de la solución frente a la del agua a la misma presión
se
obtiene
una
línea
recta.
Aumento del punto de ebullición = constante ebulloscopia X molaridad Para soluciones con mayor concentración el punto de ebullición puede obtenerse mejor a partir de una regla empírica conocida como regla de Duehrin según la cual la temperatura de ebullición de una determinada solución es función lineal de la temperatura de ebullición de la solución contra la del agua pura a una misma presión, por lo tanto si ambas se grafican a diferentes concentraciones el resultado serán diferentes rectas.
5.-Los grados "Brix" son una medida de la cantidad de azúcar en una solución por el valor del total de esa solución. Por ejemplo: Una solución que es 10 grados Brix tiene 10 gramos de azúcar por cada 100 gramos de solución. Si la temperatura de la muestra es mayor de 293K (20°C), sumar al grado Brix observando el valor de la corrección correspondiente, y si la temperatura es menor, restarla. En caso de dilución, multiplicar por dos el valor resultante, para obtener el grado Brix corregido a 293K (20°C), de la muestra sin diluir.
6.- para obtener una mayor eficiencia térmica, se sabe que entre mas efectos contenga un evaporador habrá menos perdidas de temperatura por consiguiente una mejor eficiencia, es necesario conocer esta misma ya que debido a este proceso se determina la calidad de producto, la eficiencia para una maquina térmica, también la eficiencia térmica puede aumentar cuando la maquina aprovecha mejor el calor para transformarlo en w.
Bibleografia: Mc Cabe, Smith y Harriot; Operaciones básicas de ingeniería química, Mc Graw Hill, 4ta Edicion (1991)
