Universidad Nacional Experimental“Francisco de Miranda”

Núcleo "El Sabino"Programa: Ingeniería Química

Sección: 52

TEMA #2Evaporadores y Secadores

Bachiller:Anna Escalona CI: 20.648.720

Punto Fijo, Julio 2011

EVAPORADORES:

Se conoce por evaporador al intercambiador de calor donde se produce la

transferencia de energía térmica desde un medio a ser enfriado hacia el

fluido refrigerante que circula en el interior del dispositivo. Su nombre proviene

del cambio de estado sufrido por el refrigerante al recibir esta energía, luego de

una brusca expansión que reduce su temperatura. Durante el proceso

de evaporación, el fluido pasa del estado líquido al gaseoso.

Los evaporadores se encuentran en todos los sistemas de refrigeración como

neveras, equipos de aire acondicionado y cámaras frigoríficas. Su diseño,

tamaño y capacidad depende de la aplicación y carga térmica de cada uso.

Clasificación de los Evaporadores:

Debido a que un evaporador es cualquier superficie de transferencia de calor

en la cual se vaporiza un líquido volátil para eliminar calor de un espacio o

producto refrigerado, los evaporadores se fabrican en una gran variedad de

tipos, tamaños y diseños y se pueden clasificar de diferentes maneras.

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. Estos

evaporadores son los más comunes y son ampliamente utilizados en sistemas

de aire acondicionado. No obstante son muy utilizados en la refrigeración de

media y baja temperatura, no son los más apropiados para instalaciones de

gran volumen.

- 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. El evaporador inundado está equipado con un acumulador o colector de

vapor el que sirve, a la vez, como receptor de líquido, desde el cual el

refrigerante líquido es circulado por gravedad a través de los circuitos del

evaporador. Preferentemente son utilizados en aplicaciones industriales, con

un número considerable de evaporadores, operando a baja temperatura y

utilizando amoníaco (R717) como refrigerante.

- Sobrealimentados

Un evaporador sobrealimentado 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. Son ampliamente

utilizados para el enfriamiento de líquidos o bien utilizando refrigerante

secundario por su interior (salmuera, glicol), donde el fenómeno de evaporación

de refrigerante no se lleva a cabo, sino más bien estos cumplen la labor de

intercambiadores de calor.

- 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 absorbedora de

calor y tiene por efecto aumentar el área superficial externa del intercambiador

de calor, mejorándose por tanto la eficiencia para enfriar aire u otros gases.

El tamaño y espaciamiento de las aletas depende del tipo de aplicación para el

cual está diseñado el serpentín. Tubos pequeños requieren aletas pequeñas y

viceversa. El espaciamiento de la aletas varía entre 1 hasta 14 aletas por

pulgada, dependiendo principalmente de la temperatura de operación del

serpentín. A menor temperatura, mayor espaciamiento entre aletas; esta

distancia entre las aletas es de elemental relevancia frente la formación de

escarcha debido a que esta puede obstruir parcial o totalmente la circulación de

aire y disminuir el rendimiento del evaporador.

Respecto de los evaporadores aleteados para aire acondicionado, y debido a

que evaporan a mayores temperaturas y no generan escarcha, estos pueden

tener hasta 14 aletas por pulgada. Ya que existe una relación entre superficie

interior y exterior para estos intercambiadores de calor, resulta del todo

ineficiente aumentar el número de aletas por sobre ese valor (para aumentar

superficie de intercambio optimizando el tamaño del evaporador), ya que se

disminuye la eficiencia del evaporador dificultando la circulación del aire a

través de este.

Esta circulación de aire se realiza de dos maneras: por convección forzada por

ventiladores –bien sean centrífugos o axiales, mono o trifásicos, conforme la

aplicación- y de manera natural por diferencia de densidades del aire,

fenómeno conocido como convección natural.

Evaporadores para Enfriamiento de Líquido

- Enfriador de doble tubo

Es un serpentín que enfria líquido que suministra gran rango de transferencia

de calor entre el refrigerante y el líquido que va a ser enfriado. El camino del

refrigerante puede ser a través de uno u otro de los tubos aunque usualmente

la salmuera o líquido que va a ser enfriado se hace circular a través del tubo

interior y el refrigerante que remueve el calor esta entre los dos tubos. Este tipo

de serpentìn para intercambio de calor se usa también en el diseño de

condensadores.

- Enfriador Baudelot

Puede usarse para enfriar agua, u otros líquidos o para varios usos

industriales, y es frecuentemente usado como enfriador de leche. El

evaporador está compuesto por tuberías horizontales unidas en sus extremos

laterales, y el líquido que va a enfriarse se hace circular sobre los serpentines

de enfriamientos mediante el flujo de gravedad desde el arreglo colocado

encima de los serpentines. El líquido es recogido en una bandeja la cual puede

ser recirculado por el enfriador baudelot o bombeado a su destino en el

proceso industrial

- Enfriador tipo tanque

El enfriador tipo tanque consiste en un serpentín de fluido frigorígeno de tubo

desnudo, instalado dentro de un gran tanque que contiene el líquido a enfriar.

El serpentín está separado por un medio deflector de la masa principal del

líquido, circulando éste a través del serpentín movido por un agitador

motorizado.

Este enfriador se utiliza en aquellos casos en que la sanidad no sea un factor

importante, en las aplicaciones de grandes y frecuentes fluctuaciones de la

carga, dada su gran inercia, y en las aplicaciones en que el líquido entra en el

enfriador a temperaturas relativamente altas. Se emplea mucho para

enfriamiento de agua, salmuera y otros líquidos refrigerantes secundarios.

- Enfriador con serpentín en casco

Este tipo consiste en un enfriador de tubos lisos instalado en el centro o al lado

del tanque de acero, sumergido en el líquido a enfriar, el serpentín está

separado del cuerpo principal del líquido por un deflector. Dentro de este tipo

de evaporadores se pueden encontrar los utilizados como acumuladores de

hielo.

- Enfriador acorazado

Estos enfriadores pueden ser de expansión seca o inundados. Consta de un

tanque de acero con una determinada cantidad de líquido por donde circula el

refrigerante, y por fuera el líquido. Si es de expansión seca, contrariamente a si

es inundado, el líquido a enfriar circula por dichos tubos.

Aplicaciones de los Evaporadores:

Se usan mucho para la concentración de la pasta de tomate, café, leche,

suero, malta y productos azucarados.

En la industria química son usados para materiales sensibles al

tratamiento de concentración al vacío en bajas temperaturas.

Son aplicados a la producción de jugos concentrados, sueros y líquidos

farmacéuticos sensibles al calor de alta calidad.

Son ideales para la destilación al vacío y productos sin sólidos ni

viscosidad.

Son aplicables en la destilación de Biodiesel, desodorización y

evaporización de ácidos grasos.

SECADORES:

Se denominan secadores a los equipos que eliminan o reducen el agua

(humedad) de un producto utilizando energía calorífica.

Las partes básicas de un secador son:

-Hogar: donde se generan los gases calientes que aportarán el calor necesario

para la operación de secado. Si el secador es eléctrico, esta parte no existe.

-Cámara de secado: es el secador propiamente dicho.

-Ventiladores: impulsan el aire caliente a través del secador.

Clasificación de los Secadores:

Los secadores se clasifican según:

1. El método de transmisión de calor a los sólidos húmedos

1. Secadores directos.

2. Secadores indirectos.

3. Secadores diversos.

4. Secadores discontinuos o por lote.

5. Secadores continuos.

6. Secadores para sólidos granulares o rígidos y pastas semisólidas.

7. Secadores que pueden aceptar alimentaciones líquidas o

suspensiones.

El primer método de clasificación revela las diferencias en el diseño y el

funcionamiento del secador, mientras que el segundo es más útil para

seleccionar entre un grupo de secadores que se someten a una consideración

preliminar en relación con un problema de desecación específico.

Secadores directos

La transferencia de calor para la desecación se logra por contacto directo entre

los sólidos húmedos y los gases calientes. El líquido vaporizado se arrastra con

el medio de desecación; es decir, con los gases calientes. Los secadores

directos se llaman también secadores por convección.

Secadores D-Continuos: la operación es continua sin interrupciones, en

tanto se suministre la alimentación húmeda. Es evidente que cualquier

secador continuo puede funcionar en forma intermitente o por lotes, si así

se desea.

Secadores D-Por lotes: se diseñan para operar con un tamaño específico

de lote de alimentación húmeda, para ciclos de tiempo dado. En los

secadores por lote las condiciones de contenido de humedad y temperatura

varían continuamente en cualquier punto del equipo.

Secadores indirectos

El calor de desecación se transfiere al sólido húmedo a través de una pared de

retención. El líquido vaporizado se separa independientemente del medio de

calentamiento. La velocidad de desecación depende del contacto que se

establezca entre el material mojado y las superficies calientes. Los secadores

indirectos se llaman también secadores por conducción o de contacto.

Secadores I-Continuos: la desecación se efectúa haciendo pasar el material

de manera continua por el secador, y poniéndolo en contacto con las

superficies calientes.

Secadores I-Por lotes: en general los secadores indirectos por lotes se

adaptan muy bien a operaciones al vacío. Se subdividen en tipos agitados y

no agitados.

Aplicaciones de los Secadores:

Fabricación de pasta, concentrado y papel.

Preparación de azúcar, leche, cereales, etc.

Secado de tejidos.

Cocción.

Múltiples procesos de la química.

Fabricación de alúmina, electrodos para hornos de arco, ferroaleaciones,

etc.

Operaciones extractivas y preparación de minerales.