MASAS

ACTIVIDAD No. 1 (Parte individual)

Se concentra el jugo de tomate con 12 % de sólidos en peso hasta 25 % de sólidos en un evaporador de tipo película. La temperatura máxima permisible par el jugo de tomate es de 135 °F, que será la temperatura del producto. (La alimentación entra a 100 °F) se usa vapor de agua saturado a 25 lb/pulg2 absolutas como medio de calentamiento. El coeficiente total de transferencia de calor U es

600 btu/h*pie 2 °F y el área A es 50 pies2 . Se estima que la capacidad calorífica de la alimentación Cp es 0,95 btu/lbm °F. Despreciando cualquier elevación del punto de ebullición, calcular la velocidad de alimentación del jugo de tomate al evaporador1.

.Solución No 1.

Datos: xf= 0.12 xl = 0.25 T1= 135o F: Temperatura Permisible para el líquido

Tf= 100 o F: Temperatura de alimentación

Psat= 25 lb/ in2 : Presión de saturación del agua caliente de servicio

U= 600 Btu/h*ft2* o F : Coeficiente Total de transferencia de masa

A= 50 ft2: Área

Cp= 0.95 Btu/ lbm* o F: Capacidad calorífica de la alimentación

Incognita: F: velocidad de alimentación

Figura 1. Evaporador simple

Realizando un balance global, por componentes y un balance de energía para la figura 1. Tenemos:

F = V + L (1)

Fxf= Lxl (2) ; reemplazando los datos F * (0.12)= L* (0.25) (3)

F Hf + S Hs = Lhl + V Hv + S hs

F Hf + Sλ = Lhl + V Hv (4);

Con F: Velocidad de Alimento en el evaporador; V: Velocidad de salida del vapor; L: Velocidad de salida del líquido concentrado; S: Cantidad de Vapor de agua utilizado para la transferencia de calor; xf: Composición de sólidos en el alimento; xl: Composición de sólidos en la solución concentrada; Hf, Hs, hl, Hv, hs : Entalpías en cada una de las corrientes indicadas.

Despejando L de la ecuación (3) tenemos: L=(F* .012)/0.25=0.48*F (5).

Ahora resolviendo los valores para la ecuación (4), tenemos:

Dado que la presión para el vapor saturado Psat= 25 lb/ in2 ,y su temperatura de saturación tomada de las tablas de vapor (Apéndice A.2 de Geankoplis) Tsat= 249 o F, este vapor posee un calor latente λ= 952 Btu/ lbm (2214 Kj/Kg); además como el calor cedido (q)= U*A* (Ts – T1) (5) y a su vez es igual q= S* λ (6), podemos calcularlo con la ecuación (5) y con la ecuación (6) obtener S, así:

Sea Ts: Temperatura de saturación del agua e igual a 212 o F y T1: Temperatura del evaporador o de la solución e igual a 135 o F, y reemplazando los valores en la ecuación (5) tenemos: q= U*A* (Ts – T1)= (600 Btu*50 ft2*(212-135)F)/(h*ft2*F) = 2310.0 Btu/h (7); ahora despejando S en la ecuación (6) S= q/ λ = 2310.0/ 952= 2426.47 Lbm/ h (8) que corresponde al flujo de vapor necesario para realizar el proceso.

Calculo de las entalpías: hf= Cpf* (Tf-T1) = 0.95* (100- 135) = - 33.25 Btu/ lbm (9)

Hv se calcula por de las tablas de vapor sobrecalentado en el apéndice A.2 de libro de Geankoplis por medio de la temperatura T1= 135 o F ; dato que sólo se hallan calores latentes para temperaturas de 130 y 140 o F se hace necesario interpolar. Así el calor latente λ = 1119.85 Btu/ lbm = Hv (10). hl= 0 (11) dado que no hay diferencia de temperatura dentro del evaporador. De esta manera despejando V y reemplazando los valores, la ecuación (4) queda:

V=(F*hf)/Hv+S*λ/Hv = (F*- 33.25)/1119.85+2426.47*952/(1119.85 )= - F* (0.0297) + 2062.78 lbm/h (11)

Reemplazando la ecuación (5) y (11) en la ecuación (1), obtenemos el valor de F así:

F= 0.48* F - F* (0.0297) + 2062.78 = F* (0.48- 0.0287) + 2062.78

F* (1- 0.4513) = 2062.78

F= 2062.78/ (1- 0.4513)= 3759.40 lbm/ h que es a donde queríamos llegar.

ACTIVIDAD No. 2 (Parte individual)

Un evaporador de doble efecto con alimentación inversa se utiliza para concentrar 4536 kg/h de una solución de azúcar al 10 % en peso al 50 %. La alimentación entra al segundo efecto a 37,8 °C. En el primer efecto entra vapor saturado a 115,6 °C y el vapor de este efecto se usa para calentar el segundo efecto. La presión absoluta en el segundo efecto es de 13,65 kPa absolutos. Los coeficientes globales son U1 = 2270 y U2 = 1705 W/m 2 K. Las áreas de calentamiento para ambos efectos son iguales. Utilice los datos de elevación del punto de ebullición y de capacidad calorífico del ejemplo 8.5-1 del texto referenciado al final de la presente guía, para calcular el área y el consumo de vapor2.

Solución Punto 2.

Datos: xf= 0.1 xl = 0.5 con xf: Composición de sólidos en el alimento; xl: Composición de sólidos en la solución concentrada

Tf= 37.8 oC: Temperatura de alimentación

P = 13.65: Presión de saturación del agua caliente de servicio

U1= 2270 W/m2* K : Coeficiente 1 de transferencia de calor

U2= 4705 W/m2* K : Coeficiente 2 de transferencia de calor

F= 4536: Flujo de alimentación

A1=A2

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