EVAPORADORES

UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA AMAZONIA FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS AMBIENTALES

DEPARTAMENTOS ACADEMICO DE AGROINDUSTRIAL

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

TRABAJO N 01

TEMA: EVAPORADORES

ASIGNATURA: MAQUINAS Y EQUIPOS AGROINDUSTRIALES

DOCENTE: ING.JOSE FLORES FLORES

ESTUDIANTE: HEDENWER SHAJIAN SHAWIT

FECHA DE ENTREGA 16705/2015YARINACOCHA-PERU 2015

I. INTRODUCCION.II. OBJETIVO

entender la transferencia de calor en evaporadores para poder seleccionarlos de catlogos de fabricantes, como se instalan, operan y mantienen estos componentes.

III. MARCO TEORICO

Evolucin del aire en un evaporador

Estudio del evaporador:

Si la temperatura de la superficie de los tubos y aletas es en todo punto superior a la de roco del aire de entrada, el aire en contacto directo con la superficie no estar saturado y por tanto no aparecer pelcula de agua lquida condensada. El punto de salida estar en la lnea recta que une estos dos puntos y todas las ecuaciones clsicas de comportamiento de evaporadores sern vlidas, puesto que solo existe transferencia de calor y no de masa, es decir, el aire se enfra pero no se deshumidifica.Los evaporadores (tambin llamados concentradores) son equipos utilizados para reducir el contenido de agua de un determinado lquido, dando como resultado un producto final lquido pero con una mayor cantidad de slidos totales. El resultado puede ser tanto un producto final en s mismo como es el caso del jarabe de glucosa, jarabe de fructosa, jugo concentrado de frutas, o bien un producto intermedio como por ejemplo la leche concentrada previo al secado spray que da como resultado final la leche en polvo.

SEI Contreras Ingeniera se especializa en el diseo de evaporadores de pelcula descendente o "falling film", de pelcula ascendente o "rising film" y de circulacin forzada para concentrar la ms amplia variedad de sustratos, a partir de un profundo conocimiento de los mecanismos de transferencia de calor involucrados en el proceso y de las propiedades fisicoqumicas de mltiples productos; conocimiento demostrado a lo largo de ms de cuatro dcadas de experiencia.

Mltiples Efectos

En un entorno de crecientes exigencias econmicas y medioambientales orientadas al uso racional de la energa, la introduccin de mltiples efectos en evaporadores optimiza el uso de vapor, ahorrando energa y agua de torre que en la mayora de los casos justifica la inversin inicial.

Nuestros especialistas pueden determinar el nmero ptimo de efectos para su proceso en base a la capacidad de evaporacin requerida y la disponibilidad y costo de los servicios. En esta configuracin de equipos, los vapores generados a partir del agua evaporada en un efecto alimentan el efecto siguiente, y as sucesivamente segn la cantidad de efectos que tenga el equipo. El vaco generado por el condensador permite aprovechar la energa residual de estos vapores a menor presin que en el efecto anterior. Esto da como resultado que la alimentacin del vapor "vivo" directo de caldera se aproveche tantas veces como efectos tiene el evaporador. Ofrecemos alternativas con distinto nmero de efectos, con la configuracin y equipamiento adicional ms adecuado para su proceso. Terminadores

Cuando un producto debe ser llevado a concentraciones elevadas, se aconseja agregar al evaporador un terminador o "finisher" independiente con el objetivo de tener una mayor precisin y control sobre el producto final. Este terminador suele ser un evaporador "falling film", pero puede ser de pelcula rascada o de circulacin forzada cuando la viscosidad es muy elevada. La versatilidad de operacin que tiene un evaporador terminador radica en que es alimentado con vapor "vivo" de manera independiente del concentrador principal, permitiendo que se ajuste la temperatura de evaporacin, caudal y temperatura de vapor sin depender ni alterar las condiciones operativas del equipo principal.

Termo compresin

En los evaporadores actuales es muy frecuente el uso de eyectores para re comprimir parte de los vapores generados utilizando vapor de media presin generando un ahorro importante del consumo a partir de una inversin pequea. El uso de diferentes relaciones de termo compresin as como el involucramiento de ms de un efecto en la compresin abren mltiples posibilidades a ser evaluadas en el diseo de un nuevo equipo o la reforma de un evaporador existente.

En un evaporador con termo compresin, los vapores generados en un efecto determinado son en parte mezclados con vapor de caldera y recirculados al mismo cuerpo mientras que los vapores restantes siguen su paso hacia los efectos siguientes.

Al mezclarse y recomprimirse, los vahos generados aumentan su temperatura y presin pudiendo evaporar a una temperatura ms alta. Esto disminuye la cantidad requerida para evaporar el producto en dicho efecto con el consiguiente ahorro de vapor total. Se estima que un evaporador con termocompresor produce un efecto de reduccin de consumo de vapor similar al agregado de un efecto adicional al equipo, pero a un costo mucho ms bajo.

Compresin Mecnica

Una variante a la compresin trmica es la compresin mecnica, que permite reutilizar parte del vapor generado por el producto mediante un compresor elctrico. En caso de no contar con una caldera de vapor de media presin o estar limitado en el uso del mismo, un pre concentrador con compresin mecnica en conjunto con un terminador se tornan una opcin interesante para generar un ahorro de vapor cuando existe disponibilidad de energa elctrica. Transmisin de calor en evaporadoresRecordatorio: Analoga elctrica para la transmisin de calor a travs de la pared de un tubo. Resistencia controlante la asociada al coeficiente de pelcula exterior (aire o agua).Aumentar la transferencia de calor:

Aumentar he: Aumento del coste de ventilacin/bombeo y calentamiento del fluido de trabajo (10 a 20% del calor de evaporacin).

Aumentar el Ae: Aadiendo superficies extendidas o secundarias (aletas). Eficiencia de aleta (0.3 a 0.7). Plantean problemas en la facilidad de limpieza y el desescarche.

IV. DEFINICION

Son equipos vaporizantes que utilizan como fuente de energa un vapor latente a una temperatura mayor a la temperatura de vaporizacin del agua o solucin acuosa para concentrar.La evaporacin se realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una disolucin concentrada. Difiere de los generadores de vapor porque la fuente de energa es un vapor y lo que se evapora no necesariamente tiene que ser agua.Se conoce como evaporador, si se evapora agua( como vaporizador, si se evapora un producto que no es agua como( alcohol, ter, gasolina, etc.

Aplicacin.

Son utilizados para la obtencin de agua desmineralizada para calderas u otros procesos, en las industrias de alimentos y farmacologa.

1. Componentes Principales.Los componentes principales de un evaporador son(A.- Ebullidor Tubular. Es donde ocurre el proceso de ebullicin del agua o disolvente producto del calor transmitido por el vapor latente. Por lo general esta constituido por un haz de tubos por donde circula la solucin a concentrar y una carcasa por la cual circula el vapor latente.

B.- Separador lquido-vapor. Es donde la mezcla lquido-vapor proveniente del ebullidor es separada, obteniendo el lquido concentrado y la fase de vapor. El separador fue diseado para evitar el arrastre de lquido concentrado en la corriente de vapor.

C.- rea de circulacin del medio de calentamiento (vapor, electricidad, etc)

2. Clasificacin.

Los evaporadores se clasifican en( Evaporadores de Plantas de Fuerza o Energa.

Evaporadores Qumicos.

a. Evaporadores de Plantas de Energa.

Son evaporadores que se utilizan en plantas de generacin de potencia elctrica para obtener agua desmineralizada aprovechando extracciones de vapor en turbinas.

2.1.1. Tipos de Evaporadores de Plantas de Energa.

Evaporadores para agua de reposicin para caldera( Reponen agua en las calderas. Este es, el proceso de evaporacin de ms volumen y usualmente se efecta en un evaporador de simple efecto, aunque ocasionalmente puede usarse un evaporador de doble efecto, dependiendo de las caractersticas del ciclo de condensado en la planta de fuerza y la cantidad requerida de agua de compensacin. No hay plantas de fuerza modernas que no incluyan este equipo.

Evaporadores para agua de proceso produccin agua purificada( Es agua desmineralizada que se usa en algunos procesos en la planta. Hay- cierto nmero de industrias que requieren continuamente grandes cantidades de agua destilada. Este tipo de plantas emplea evaporadores de doble, triple o cudruple efecto y recibe calor ya sea de una purga de la turbina o directamente de la caldera. La seleccin del nmero de efectos est correlacionada con los cargos fijos y el costo del vapor de operacin. Los evaporadores de mltiple efecto con alimentacin paralela no necesitan tener todos los efectos operando simultneamente, y puede ajustarse si la demanda de agua destilada vara.

Destiladores de salmuera( Son utilizados para obtener agua desmineralizada a partir del agua de mar. Este usa sistemas de evaporacin al vaco, la temperatura reducida favorece una baja velocidad de incrustacin.

Transformadores de calor: Son sistemas de efecto simple, con una o ms carcasas en paralelo. Reciben vapor de escape de una turbina o mquina de alta presin. Su propsito es de condensar vapor de agua de una caldera de alta presin que ha pasado a travs de una turbina y luego al evaporador. La transferencia de calor se usa para producir grandes cantidades de vapor de proceso. Este tipo es relativamente grande hasta 11000 ft2 de superficie.

Evaporacin de mltiple efectos en plantas de fuerza: Aumenta la calidad del producto que requiere (agua desmineralizada) b. Evaporadores Qumicos.

Son utilizados para concentrar productos mediante la evaporacin del agua.

2.2.1. Tipos

Circulacin Natural( Se usan para requerimientos simples de evaporacin. Se emplean unitariamente o en efecto mltiple.a.- Tubos horizontales: Dispuestos en cuerpo cilndrico o rectangular. No es satisfactorio en lquidos que formen incrustaciones o que depositen sales.

b.- Tubos verticales cortos: Pueden ser del tipo calandria, el cual consiste en un haz de tubos verticales colocados entre dos espejos que se remachan en las bridas del cuerpo del evaporador. El vapor fluye por fuera de los tubos, tipo canasta los tubos verticales van colocados en soportes ubicados interiormente en el contenedor metlico. El haz de tubos es desmontable y de fcil limpieza. El principio bsico de operacin es la eliminacin centrfuga de gotas de lquido. Es similar al de tipo calandria, excepto que tiene un haz de tubos desmontable lo que permite un limpieza rpida. El haz de tubos se soporta sobre topes interiores y el derramadero est situado entre el haz de tubos y el cuerpo del evaporador en lugar de en la parte central. Generalmente se disean con el fondo cnico y se puede o no instalar un agitador para aumentar la circulacin. Este tipo se usa para licores que tienen tendencia a la incrustacin.

c.- Tubos verticales largos: Formado por un elemento calefactor tubular para el paso de lquidos a travs de los tubos solo una vez, por circulacin natural, el vapor entra a travs del cinturn del evaporador. Es excelente para lquidos espumosos o que formen natas.

Estos pueden ser de pelcula ascendente y de pelcula descendente.

Evaporador de pelcula descendente: Permiten que los materiales muy sensibles al calor soporten un mnimo de exposicin a la superficie caliente, tambin son buenos para la concentracin de productos viscosos, son usados para la concentracin de jugo de frutas

Evaporador de pelcula ascendente: Son tpicos los tubos de 1 a 2 pulgadas de dimetro y 3,5 a 10 metros de largo. Como consecuencia de la accin de ebullicin el lquido y el vapor ascienden por el interior de los tubos, mientras que el lquido que se separa desciende por gravedad hasta el fondo de los tubos. La alimentacin diluida, con frecuencia a temperaturas prximas al ambiente, se introduce en el sistema mezclndose con el lquido que retorna del separador. La mezcla entra por el fondo de los tubos, en el exterior de los cuales condensa vapor de agua. Al comenzar la ebullicin se forman burbujas en el lquido, dando lugar a un aumento de la velocidad lineal y de la velocidad de transmisin de calor.

Los evaporadores de tubos largos son especialmente eficaces para concentrar lquidos que tienden a formar espuma, puesto que la espuma se rompe cuando la mezcla de vapor y lquido choca a elevada velocidad contra la placa deflectora.

Circulacin forzada( Se usan para lquidos o soluciones viscosas, corrosivas y en las que se forman sales o productos cristalinos.

4 Definicin de Efectos.

Al aumentar los efectos, aumenta la calidad del producto que se requiere, por la eliminacin contina del agua. Los evaporadores pueden ser de efecto simple o multi-efectos. Estos arreglos permiten el aprovechamiento del calor del vapor generado en el evaporador.

- Evaporadores de un solo pas:

El lquido de alimentacin pasa una sola vez a travs de los tubos, desprende el vapor y sale de la unidad como lquido concentrado.

Son especialmente tiles para el tratamiento de materiales sensibles al calor, y operando con un vaco elevado se puede mantener el lquido a baja temperatura. Con un solo paso rpido a travs de los tubos el lquido concentrado est durante un corto perodo de tiempo a la temperatura de evaporacin y se puede enfriar bruscamente a medida que abandona el evaporador.

Los evaporadores de pelcula: agitada, ascendente y descendente tambin pueden operar de esta forma.

- Evaporadores de efecto mltiple:

Est compuesto por varios evaporadores de efecto simple, donde la alimentacin es suministrada a un primer evaporador y el concentrado que sale de este alimenta a su vez a otro, lo cual ocurre sucesivamente.

La solucin concentrada que sale de un evaporador de circulacin se retira del lquido contenido en el aparato, que est a la concentracin mxima.

Como el lquido que entra a los tubos contiene varas partes del concentrado por cada parte de alimentacin, su concentracin, densidad, temperatura de ebullicin son aproximadamente las correspondientes a la concentracin mxima. Por esta razn el coeficiente de transmisin de calor tiende a ser bajo.

Estos evaporadores no son adecuados para concentrar lquidos sensibles al calor. A pesar del uso de un vaco muy bajo, el recipiente est repetidamente en contacto con los tubos calientes, y por consiguiente una parte del mismo se calienta a temperaturas excesivamente altas

Pueden operar en un amplio intervalo de concentraciones, comprendidas entre las de la alimentacin y el lquido concentrado sola unidad, y se adaptan muy bien a la evaporacin de efecto simple en operar tanto con circulacin natural (se debe a las diferencias de densidad) como con circulacin forzada (circulacin del lquido mediante una bomba).

Su modo de circulacin puede ser adaptado por medio de varios mecanismos a evaporadores de efecto mltiple con: alimentacin hacia delante, alimentacin hacia atrs y alimentacin en paralelo.

Al aumentar los efectos, aumenta la calidad del producto que se requiere, por la eliminacin contina del agua. Los evaporadores pueden ser de efecto simple o multi-efectos. Estos arreglos permiten el aprovechamiento del calor del vapor generado en el evaporador.

3. Tipos de Alimentacin.

La alimentacin a los evaporadores de ms de un efecto puede ser( Directa.

Inversa.

Mixta.

Paralela.

a. Alimentacin Directa.

Consiste en introducir mediante una bomba la dilucin diluida en el primer efecto y hacerla circular despus a travs de los dems efectos, sin bombas, puesto que el flujo es en el sentido de presiones decrecientes, y todo lo que se requiere es vlvulas de control en las lneas de unin. Es el modelo de flujo de lquido ms sencillo. La concentracin de la solucin aumenta desde el primer efecto hasta el ltimo, del cual es extrada por una bomba.

b. Alimentacin Inversa.

En esta la solucin diluida se alimenta en el ltimo efecto y se bombea hasta los sucesivos efectos hasta el primero, esta requiere una bomba entre cada pareja de efectos adems de bomba para extraer la solucin concentrada, ya que el flujo es en sentido de presiones crecientes.

La alimentacin inversa conduce con frecuencia a una mayor capacidad que la alimentacin directa cuando la disolucin viscosa, pero puede producir menor economa cuando la alimentacin esta fra.

c. Alimentacin Mixta.

En este tipo la solucin diluida es alimentada en un efecto intermedio, circula con alimentacin directa hasta el extremo de la serie, y despus se bombea hacia atrs a los primeros efectos para conseguir la concentracin final. Esta forma permite eliminar alguna de las bombas que se requieren en la inversa y permite realizar la evaporacin final a temperaturas ms elevadas.

d. Alimentacin Paralela.

La solucin diluida es alimentada directamente en cada efecto, no hay transporte de lquido entre los efectos. Se utiliza en los evaporadores que presentan cristalizacin y donde se retiran suspensiones de cristales y aguas madres.

W. Stoecker; Industrial Refrigeracin Handbook, 1998

ASHRAE HandbookofFundamentals, 1997

Juan F. Coronel Toro (jfc@us.es, http://www.jfcoronel.org) Las operaciones de la ingeniera de los LIMENTOS CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS J.G BRENNAN,EDICION 3. ILUSTRADAEDITOR ACRIBA, 1998 N DE PAGINA 728 PAGINAS

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