Manual evaporacion efecto simple

EVAPORADOR DOBLE EFECTO Y SIMPLE EFECTO

INTRODUCCIÓN

La evaporación es una operación de Ingeniería, que consiste en separar parcialmente el solvente de una 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 usa 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. Su mecanismo de operación consiste, de manera general, en un tubo que se encuentra sumergido en un recipiente con líquido y fluye por el vapor de agua, el contacto produce la formación pequeñas burbujas de vapor en la superficie del tubo. Donde no hay burbujas el calor pasa por convección al líquido que lo rodea. Este calor también se transmite hacia la burbuja, aumentando su tamaño. Cuando se ha desarrollado suficiente fuerza ascensional entre la burbuja y el líquido, esta se libera de las fuerzas que la mantienen adherida al tubo y sube a la superficie del recipiente. Por la naturaleza esférica de la burbuja establece fuerzas de superficie en el líquido de manera que la presión de saturación dentro de la burbuja es menor que la del líquido que la rodea lo que permite que exista un flujo de calor dentro de la burbuja. El número de puntos en que se originan burbujas depende de la textura de la superficie del tubo, aumentando con la rugosidad.

Existen varios tipos de sistemas de evaporación, entre estos evaporadores de Película descendente, evaporadores de película ascendente, evaporadores de circulación forzada, evaporadores de placa y evaporadores compactos. También se encuentra una variación en su efecto, pues, aunque exista y se use la evaporación a simple efecto, que es una operación discontinua controlada de acuerdo con las variables que involucra la cristalización y, donde solo es posible utilizar el calor del vapor una vez, desde el punto de vista económico, resulta más ventajoso realizar la evaporación de manera continua, donde se puede utilizar el calor del vapor tantas veces como vasos tenga el equipo evaporador.

A nivel industrial, la evaporación tiene amplio uso, la mayoría de las aplicaciones se encuentran en el sector de alimentos con el tratamiento de la leche, los jugos de fruta, los hidrolizados, la industria frigorífica, la avícola y en los extractos de materia prima.

OBJETIVOS

• Evaluar la influencia de las variables del proceso sobre la eficiencia de este.
• Estimar las pérdidas de calor dadas en el dispositivo haciendo uso de los balances de energía.
• Estudiar el cambio de la concentración de sacarosa con respecto a la variable del tiempo.

MARCO TEÓRICO

El objetivo de la evaporación es concentrar una solución que consta de un soluto no volátil y un disolvente volátil, en la inmensa mayoría de las evaporaciones, el disolvente es agua. Para lograr tal objetivo debemos proporcionar una fuente de energía externa, en el cual se logra fácilmente con el vapor de agua, esta separación de componentes por efecto térmico tiende a generar productos físico-químicos donde usualmente el vapor generado por este proceso es agua que generalmente es un producto sin valor comercial, mientras que el líquido concentrado es habitualmente el de gran importancia económica. La evaporación se lleva a cabo vaporizando una parte del disolvente con el fin de obtener una solución concentrada.

Factores que afectan la evaporación:

• Concentración.
• Presión y temperatura.
• Sensibilidad térmica.
• Formación de espumas.
• Formación de incrustaciones.

En la figura 1 se halla esquematizado un evaporador simple, en este se incluyen las diferentes variables de cada una de las corrientes

Por favor venga y le explico el diagrama para mejorarlo!!!!!

Balance de Masa para un efecto

F1= Flujo de vapor proveniente de la Caldera

F2= Flujo de alimentación al evaporador

F3= Flujo líquido evaporado

F4= Alimentación de agua de reposición

F5= Flujo líquido proveniente del evaporador

F6= Flujo condensado del evaporador

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Balance en el intercambiado de calor: F1+F5= F2+F6 (1)

Balance en el evaporador: F2+F4 = F3+F5 (2)

Transmisión de calor en los condensadores

En la cámara de condensación se alimenta una corriente de vapor saturado Wv, que posee una temperatura T, siendo Hw su entalpía. El vapor se condensa, y el único calor que cede es el de condensación, por lo que de esta cámara sale una corriente Wv de agua líquida a la temperatura de condensación T, siendo su entalpía hw, que corresponde a la del agua en su punto de ebullición. El calor de condensación en el evaporador Qe es transferido a través del área de intercambio del evaporador, y es captado por la corriente del alimento en la cámara de evaporación.

El QC (Calor de condensación) se puede estimar usando la ecuación de la velocidad de transmisión de calor (1).

𝑄𝐶=𝑚𝑣∗Δ𝐻𝑣 (3)

𝐻𝑣= 𝐻𝑤−ℎ𝑤 (4)

𝑚𝑣=𝜌𝑠 (5)[pic 18]

=V/t (6)[pic 19]

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Figura 1. Esquema de evaporador de efecto simple.

Donde mv es el flujo de agua de enfriamiento, ρs la densidad del agua, 𝑉̇ es el caudal volumétrico, V es el volumen de agua líquida y Δ𝐻𝑣 es el calor de vaporización. En la cámara de vaporización, el calor transmitido a la solución de panela y agua Qm es únicamente la energía requerida para un cambio de fase, el cual se puede calcular por medio de la ecuación 5, donde mm es el flujo de masa de la solución que va cambiando de fase, y Hme y hms son las entalpías de la solución en fase líquida y vapor respectivamente.

𝑄𝑚=𝑚(𝐻𝑚v−ℎ𝑚𝑠) (7)

Al condensador ingresa una corriente de agua de enfriamiento me a la cual se transfiere el calor de condensación de la muestra Qm y experimenta un cambio de temperatura ∆T; QC es el calor real transferido en el condensador y Cp es el calor específico del agua líquida.

𝑄𝐶=𝑚v 𝐶𝑝 Δ𝑇 (8)

En la práctica, cuando se trabaja con procesos de transferencia de calor, parte de la energía se pierde o no es completamente aprovechada, estas pérdidas se generan principalmente en el evaporador Qpe y en el condensador Qpc.

𝑄𝑝=𝑄𝑝𝑐+𝑄𝑝𝑒 (9)

𝑄𝑝𝑒= 𝑄𝑒−𝑄𝑚 (10)

𝑄𝑝𝑐= 𝑄𝑐−𝑄𝑚 (11)

La eficiencia en el proceso de evaporación equivale a la cantidad de calor aprovechado con respecto al suministrado:

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EQUIPO

Materiales y reactivos

• Panelas
• Dos cronómetros
• Una probeta
• Cuatro baldes
• Dos termómetros
• Refractómetro
• Guantes de carnaza

Evaporador doble efecto

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Figura 2. Partes del equipo evaporador doble efecto

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1. Salida del condensado del vapor gastado.

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RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD

1. Al utilizar el equipo recuerde que al momento de encenderlo debe estar acompañado de alguno de los técnicos de laboratorio, todo esto para evitar algún accidente durante la manipulación de la planta piloto.

1. Usar de manera preventiva los guantes de carnaza, ya que estos le permitirán emplear de una mejor manera la válvula que se encuentra entre los intercambiadores de calor, debido a que estos están generando calor y por medio de conducción térmica la válvula se calienta impidiendo tocarla sin un equipo adecuado.

1. Una vez este en contacto con el equipo, estar atento a cualquier cambio no explicado durante el reconocimiento de la práctica, informarle de esto a cualquier docente o técnico cercano a su puesto trabajo.

1. Revisar de manera adecuada todos los elementos entregados para la práctica e informar de su estado.

PROCEDIMIENTO

1. Llevar las panelas al laboratorio de proceso y entregarlas personalmente a uno de los técnicos del laboratorio. Esto debe hacerse dos días antes de la práctica.
2. Encender el equipo y ponerlo en funcionamiento con ayuda del técnico.
3. Fijar la presión de operación y mantener esta constante con la válvula 1. Se recomienda el uso de guantes de carnaza ya que la válvula para manipular la presión se encuentra en medio de los intercambiadores de calor del equipo.
4. Medir el volumen y el tiempo del agua de enfriamiento dos veces, con el fin de hallar el caudal de operación. Posteriormente, se hace el promedio de los dos caudales y este será el valor de trabajo.
5. Nota: los siguientes pasos se hacen de forma simultánea.
6. Medir el tiempo en que se llenan 6 litros de condensado del vapor gastado e inmediatamente la temperatura.
7. Repetir el paso 5 con el condensado de la muestra.
8. Tomar una muestra del concentrado cada 10 minutos y envasarlo en frascos para muestras que estén debidamente enumerados.
9. Medir la temperatura del agua de enfriamiento cada que se tome una muestra del concentrado.
10. Nota: los pasos 5, 6, 7 y 8 se finalizan cuando no se vea solución en el indicador de nivel.
11. Medir los grados brix de cada una de las muestras del concentrado.
12. Medir el volumen de melaza final.

CÁLCULOS

1. Calcule el caudal de agua de enfriamiento y halle el promedio con los caudales obtenidos.
2. Calcule el calor aprovechado en el evaporador por medio de balance de energía.
3. Calcule el calor suministrado al vapor de la muestra.
4. Calcule la pérdida de energía total.
5. Calcule la eficiencia del proceso.
6. Graficar la variación en el tiempo de los grados brix.

Cálculo del caudal de trabajo para agua de enfriamiento

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