operaciones de transferencia de masa 1
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operaciones unitarias de transferencia de masa evaporadoresTRANSCRIPT
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Facultad de Ciencias Qumicas
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EXPERIENCIA EDUCATIVA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
PROGRAMAS EDUCATIVO
INGENIERA QUMICA
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
PRESENTACIN
FACILITADOR: Florentino Snchez Portilla
TEMAS:
APLICACIN Y
CLASIFICACIN DE
EVAPORACIN
FACTORES QUE AFECTAN LA
OPERACIN DE EVAPORACIN
CLCULO TRMICO DE UN
EVAPORADOR DE SIMPLE
EFECTO
BALANCE DE MATERIA Y
ENERGA; CONSIDERACIONES
DE DISEO
CLCULO TRMICO DE UN
SISTEMA DE EVAPORACIN
DE MLTIPLES EFECTOS;
CONSIDERACIONES DE
DISEO
DEFINICIN, IMPORTANCIA Y
APLICACIN DE LA
CRISTALIZACIN
FUNDAMENTOS DE LA
CRISTALIZACIN
USO DE LA CURVA DE
EQUILIBRIO PARA LA
CRISTALIZACIN
NUCLEACIN Y CRECIMIENTO
DE CRISTALES
BALANCE DE MATERIA Y
ENERGA EN CRISTALIZADORES
POR ENFRIAMIENTO Y POR
EVPORACIN
COEFICIENTES INDIVIDUALES
Y GLOBALES DE CRECIMIENTO
COEFICIENTE DE
CRECIMIENTO SUPERFICIAL.
COEFICIENTES NUMRICOS DE
TRNSFERENCIA
RENDIMIENTO EN LA
OPERACIN DE
CRISTALIZACIN
EQUIPO UTILIZADO PARA LA
CRISTALIZACIN
PROCESO EVALUATIVO
CONCEPTOS BSICOS
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PROCESO EVALUATIVO
ASISTENCIA: MNIMO 80 %
EXMENES EVALUATIVOS: 3 PARCIALES
1 FINAL
EXMEN REPROBADO PRESENTAN FINAL
PORCENTAJES DE EVALUACIN:
EXMENES 60 %
PARTICIPACIONES 10 %
TAREAS (PROBLEMAS) 10 %
TRABAJOS 20 %
TOTAL 100 %
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CONCEPTOS BSICOS
Recordar conceptos que se integran en las operaciones detransferencia de masa: Evaporacin y Cristalizacin
"Los grandes conocimientos engendran las grandes dudas".
Aristteles (384 AC-322 AC); filsofo griego.
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ENERGAAl mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se
trasladan y que las mquinas y herramientas realizan las ms variadas tareas.
Todas estas actividades tienen en comn que precisan de la participacin de la
energa.
La energa es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta
en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.
La energa se manifiesta en los cambios fsicos, por ejemplo, al elevar un objeto,
transportarlo, deformarlo o calentarlo.
La energa est presente tambin en los cambios qumicos, como al quemar un
trozo de madera o en la descomposicin de agua mediante la corriente elctrica.
La energa es una magnitud cuya unidad de medida en el Sistema Internacional es el
julio (J).
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Cmo definir la energa?
Energa: capacidad de un cuerpo o sistema paraejercer fuerzas sobre otros cuerpos o sistemas o
entre sus propios subsistemas.
Si las fuerzas ocasionan variaciones temporales
microscpicas y desordenadas, hay transmisin de
energa en forma de calor. Si las variaciones son
macroscpicas o microscpicas ordenadas
(fenmenos elctricos y magnticos) hay
transmisin de energa en forma de trabajo.
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MANIFESTACIONES DE LA ENERGA
Las manifestaciones mas comunes o conocidas de la Energa son:
En forma de movimiento (energa cintica) y,
En forma de posicin (potencial)
Adems tambin se manifiesta en forma de:
Calor,
Electricidad,
Radiaciones electromagnticas, etc.
Segn sea el proceso, la energa se denomina:
Energa trmica
Energa qumica
Energa elctrica Energa radiante
Energa nuclear
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EXPRESIN ANALTICA DE ALGUNOS TIPOS DE ENERGA
ENERGA EXPRESIN ANALTICA MAGNITUD A MEDIR
Cintica
Masa (m)
Velocidad (v)
Potencial
gravitatoria
Masa (m)
longitud (r)
Potencial
electrosttica
Carga elctrica (q)
longitud (r)
Energa en
reposo
=
Masa (m)
Velocidad de la luz (c)
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LA TERMODINMICA
Su objetivo es: Entender las interrelaciones entre los fenmenos mecnicos,
trmicos y qumicos.
Ciencia que estudia todas las transformaciones o conversin de unas formas de
energas en otras y tambin la transmisin o transferencia de determinada clase de
energa.
La Termodinmica se desarrolla a partir de cuatro Principios o Leyes:
Principio Cero: permite definir la temperatura como una propiedad,
Primer Principio: define el concepto de energa como magnitud conservativa,
Segundo Principio: define la entropa como medida de la direccin de los procesos,
Tercer Principio: establece la interpretacin fsica de la entropa como orden de los sistemas (uso termoqumica)
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EL CALOR
Calor = Temperatura
Calor Temperatura
La Pregunta
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EL CALOR Es la transferencia de energa entre dos oms cuerpos en contacto, que se encuentrana diferente temperatura.
La transferencia de energa entre dos o mscuerpos se produce espontneamente desde
el cuerpo de mayor temperatura al de menor
temperatura.
El calor no es una sustancia contenida en loscuerpos.
Es una transferencia de energa entre dos cuerpos a distinta temperatura
Energa en transito
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EL CALOR Y EL COMPORTAMIENTO HUMANO
El calor hace que nuestros vasossanguneos de la piel se dilaten
para que la sangre entregue calor
al medio.
Esto disminuye la cantidad desangre que llega a los msculos.
As nos cuesta ms esfuerzomovernos y nos invade la flojera
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LA TEMPERATURA
Cuando decimos que un cuerpo est fro, tibio ocaliente, estamos expresando su estado trmico, pero deuna forma no muy exacta.
En cambio si decimos que el agua est a 50C, estamosexpresando su temperatura.
Entonces la temperatura es una forma de expresar el estadotrmico de un cuerpo de una manera ms precisa.
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De qu depende la temperatura de un objeto?
La temperatura es un fenmeno quetiene su explicacin en la estructurainterna de la materia.
Si miramos al interior de la materiaveremos que sus partculas estnsiempre en movimiento, lo que se debea la energa interna que posee todasustancia.
La temperatura de una sustanciadepende del movimiento de laspartculas que la forman.
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RELACIN ENTRE LA TEMPERATURA Y EL CALOR
Cuando una sustancia o un cuerpo recibe
calor, aumenta el
grado de movimiento
de sus partculas y,
por lo tanto, aumenta
su temperatura.
Si un cuerpo pierdecalor, disminuye el
movimiento de sus
partculas y
disminuye tambin
su temperatura.
http://www.visionlearning.com/en/library/An
imations
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ENERGA TRMICA
Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas seponen en contacto, el cuerpo de mayortemperatura comunica energa al cuerpo fro
El tipo de energa que se cede de un cuerpo a otrocomo consecuencia de una diferencia de
temperaturas es precisamente la energatrmica
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Segn el enfoque caracterstico
de la teora cintico-molecular,la energa trmica de un cuerpo
es la energa resultante de
sumar todas las energas
mecnicas asociadas a losmovimientos de las diferentes
partculas que lo componen.
La cantidad de energa
trmica que un cuerpo pierde
o gana en contacto con otro adiferente temperatura recibe el
nombre de calor
.. ENERGA TRMICA
El calor constituye, por
tanto, una medida de la
energa trmica puesta
en juego en los
fenmenos calorficos.
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TRANSFERENCIA DE ENERGA
Cuando tu mano toca un objeto, la sensacin trmica que percibesdepende de la diferencia entre la temperatura del mismo y la de tu
mano.
Esto se interpreta como que el objeto esta caliente o fro.
Al tocar un objeto que tiene una temperatura inferior a la de tumano, al cabo de un tiempo, sentirs que tu mano se enfra.
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Existen varios factores queinfluyen directamente en larapidez con que ocurre latransferencia de energa entredos cuerpos.
Algunos de estos factores son:
La temperatura de los cuerpos.
Materiales aislantes
Espesor de los cuerpos.
RAPIDEZ DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGA
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TEMPERATURA DE LOS CUERPOS
La rapidez con que ocurra latransferencia de energa ser mayoro menor dependiendo de si ladiferencia de temperatura de loscuerpos es grande o pequea,respectivamente.
MATERIALES AISLANTES
La existencia de materiales entre los cuerpos influye en rapidez de transferencia.
Se les denomina materiales aislantes.
RAPIDEZ DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGA
ESPERSOR DE LOS CUERPOS
A mayor espesor de los cuerpos y del material que seinterponga entre los cuerpos, menor en la rapidez detransferencia.
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MECANISMOS DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGA
La transferencia de energa debida q una diferencia de
temperatura se efecta de
tres formas distintas:
Por conduccin:
Por conveccin.
Por radiacin.
Conveccin
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MATERIALES
Plata
Cobre
Aluminio
Hielo
Vidrio
Agua
Madera
Aire
CONDUCCIN
Cuando el calor es transmitido deuna partcula a otra adyacente sedenomina conduccin.
No todos los materiales son buenosconductores de calor.
Los materiales que son malosconductores se llaman aislantes,permitiendo la manipulacin debuenas conductores.
En general los metales son buenosconductores. El agua y el airetambin son buenos conductores
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CONVECCIN
Cuando un lquido o un gas recibencalor, sus partculas se mueven ms yempiezan a circular.
La zona mas fra del fluido, como esms densa, se va la fondo.
All se calienta, disminuye su densidady sube.
Luego se enfra y baja nuevamente.
Se produce as un movimiento cclicollamado conveccin.
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RADIACIN
Corresponde a la propagacin decalor en forma de ondaselectromagnticas.
Estas pueden viajar incluso por elespacio, ya que no requiere unmedio material para propagarse.
Todos los cuerpos absorbenradiacin que inciden sobre susuperficie y simultneamenteemiten
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ENERGA ELCTRICA
La Energa elctrica es causada
por el movimiento de las cargas
elctricas en el interior de los
materiales conductores. Esta
energa produce,
fundamentalmente, 3 efectos:
Luminoso,
Trmico y
Magntico.
Ej.: La transportada por la corriente
elctrica en nuestras casas y que se
manifiesta al encender una bombilla.
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ENERGA RADIANTE
La Energa radiante es la que
poseen las ondas electromagnticas
como la luz visible, las ondas de
radio, los rayos ultravioleta (UV), los
rayos infrarrojo (IR), etc. La
caracterstica principal de esta
energa es que se puede propagar
en el vaco, sin necesidad de
soporte material alguno.
Ej.: La energa que proporciona el
Sol y que nos llega a la Tierra en
forma de luz y calor.
Luz
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ENERGA QUMICAENERGA QUMICA
La Energa qumica es la que
se produce en las reacciones
qumicas. Una pila o una batera
poseen este tipo de energa.
Ej.: La que posee el carbn y
que se manifiesta al quemarlo.
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ENERGA NUCLEAR
La Energa nuclear es la energa
almacenada en el ncleo de los
tomos y que se libera en las
reacciones nucleares de fisin y de
fusin, ej.: la energa del uranio, que
se manifiesta en los reactores
nucleares.
http://www.visionlearning.com/libra
ry/flash_viewer.php?oid=2747&l=s
FUSION NUCLEAR
http://www.visionlearning.com/l
ibrary/flash_viewer.php?oid=3
602&l=s Reacciones nucleares
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CONCEPTOS Y DEFINICIONES
SISTEMA, Y SU ENTORNO
Sistema: Porcin del
universo objeto de
estudio. Limitado por un
contorno.
Entorno: Parte del
universo prxima al
sistema que se ve
afectada por el sistema
TIPOS DE SISTEMA
Cerrado: Regin de masa
constante slo se permite
transferencia de energa
(masa de control)
Abierto: Transferencia de
masa y energa (Volumen de
control). Superficie limitante
permeable o imaginaria
(Superficie de control)
Aislado: No transfiere masa
ni energa
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CONCEPTOS Y DEFINICIONES
TIPOS DE LMITES DEL SISTEMA
Adiabticos: No pueden ser atravesados
por el calor.
Diatrmicos: Permiten la transferencia de
calor.
Rgidos: No permiten el cambio de
volumen
Permeables o Semipermeables: Pueden
Pasar a travs de las paredes (lmites) del
sistema cualquier clase o determinada
clase de sustancias respectivamente.
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CONCEPTOS Y DEFINICIONES
MAGNITUDES O PROPIEDADES
Propiedad: Caracterstica
evaluable de un sistema cuyo
valor depende de las
condiciones del sistema.
TIPOS DE PROPIEDADES
De Estado: Dependen unas
de otras.
Extensivas: Dependen de la
masa del sistema (volumen y
energa)
Intensivas: Independientes
del tamao, masa o magnitud
del sistema (presin,
temperatura, viscosidad) se
convierten en Extensivas si
se expresan como masa,
moles o volumen.
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CONCEPTOS Y DEFINICIONES
PROCESO
Proceso: Accin
sobre un sistema por
que este experimenta
un cambio de estado.
TIPOS DE PROCESOS
Cclico: Cuando el sistema a travs de una
serie de cambios de estado vuelve a su
estado inicial.
Cuasiesttico: Se efecta a travs de
sucesivos estados de equilibrio (no existe
es ideal)
No esttico: Son procesos de igualacin.
Reversible: Proceso cuasiesttico que
puede llevarse a su estado inicial.
Irreversible: Tienen degradacin de
energa y generacin de entropa (Reales)
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TRABAJO Y CALOR
El trabajo y el calor no son funciones de estado;sus valores varan de acuerdo a la ruta en que se
efecte un cambio.
El intercambio de energa entre el sistema y suentorno se da de 2 maneras:
Calor (Q), movimiento molecular desordenado;es positivo cuando el sistema lo absorbe de su
entorno y negativo cuando lo cede
Trabajo (W), desplazamiento o movimiento deun objeto por una fuerza; es positivo cuando se
efecta del entorno hacia el sistema y negativocuando se efecta del sistema hacia el entorno
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TRABAJO Y CALOR
El trabajo y el calor no son funciones de estado;sus valores varan de acuerdo a la ruta en que se
efecte un cambio.
El intercambio de energa entre el sistema y suentorno se da de 2 maneras:
Calor (Q), movimiento molecular desordenado;es positivo cuando el sistema lo absorbe de su
entorno y negativo cuando lo cede
Trabajo (W), desplazamiento o movimiento deun objeto por una fuerza; es positivo cuando se
efecta del entorno hacia el sistema y negativocuando se efecta del sistema hacia el entorno
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CONCEPTOS Y DEFINICIONES
EQUILIBRIO
Un sistema esta en
equilibrio cuando no
tiene tendencia por s
mismo para cambiar
de estado y por tanto
sus propiedades.
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CONCEPTOS Y DEFINICIONES
TIPOS DE EQUILIBRIO
Mecnico: cuando la suma de fuerzas y momentos sobre todas y
cada una de las partes del cuerpo se anulan.
Fsico: fases en equilibrio.
Qumico: cuando una reaccin qumica de transformacin ocurre al
mismo ritmo que la transformacin inversa, y por tanto no se
producen cambios en la cantidad de cada compuesto.
Termodinmico: situacin que se da en un sistema fsico (es decir,
un sistema al que podemos atribuir una energa interna) cuando
todos los factores exteriores y/o procesos internos no producen
cambios de presin, temperatura u otras variables macroscpicas.
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CONCEPTOS Y DEFINICIONES
ENERGA LIBRE Y EL EQUILIBRIO
ENERGA LIBRE
EQUILIBRIO
FSICO QUMICO
ENTRE FASES
(FUSIN EBULLICIN)
SISTEMA DE UN COMPONENTE
ENERGA LIBRE MOLAR
REACCIN QUMICA
SISTEMA DE MULTICOMPONENTE
ENERGA LIBRE MOLAR PARCIAL
o POTENCIAL QUMICO
,
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CONCEPTOS Y DEFINICIONES
EVAPORACIN
Accin y efecto de evaporar o evaporarse.
Este verbo, por su parte, hace referencia a
la transformacin de un lquido en vapor.
Durante el proceso fsico denominado
evaporacin, una sustancia lquida pasa lenta
y gradualmente a un estado gaseoso, una vez
que haya adquirido la energa necesaria
para aumentar su superficie.
Eliminacin de un lquido de una solucin,
suspensin o emulsin por tratamientos
trmicos.
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APLICACIN Y CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN
Conocer la clasificacin de los tipos de evaporacin y su aplicacin.
"Los grandes eventos se conforman de los pequeos detalles".
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QUE ES UN EVAPORADOR
EVAPORADOR
Es un intercambiador de calor en el que se producen
cambios de fase y pueden darse otros fenmenos
asociados a la concentracin de una disolucin,
como la formacin de slidos, la descomposicin de
sustancias, etc.
Son de diversos tamaos y con distintas disposiciones
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EVAPORADOR
PARTES QUE LO CONSTITUYEN
La mayora de los evaporadores tienen coincidencia
en caractersticas bsicas, tales como
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EVAPORADOR
CARACTERSTICAS
Deben trabajar siempre a vaco
parcial, pues reduce la temperatura
de ebullicin en la cmara de
evaporacin.
En la cmara de cada evaporador
debe haber siempre menos presin
que en el anterior y en el primero de
ellos siempre menos de la
atmosfrica. De no ser as, la
evaporacin no tendra efecto.
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CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN
TIPOS DE EVAPORACIN
Evaporacin por aumento de la temperatura
Para evaporar un lquido o concentrar una disolucin se
utilizan baos de agua u otras fuentes de calor. Cuando se
trabaja con disolventes inflamables no se deben someter a
la llama directa. Si los vapores del disolvente son
perjudiciales para la salud, se debe trabajar en vitrina
extractora y tomar las precauciones adecuadas.
Esta tcnica tambin se puede utilizar para el secado de
un slido hmedo. Secado de slidos
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CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN
TIPOS DE EVAPORACIN
Evaporacin por disminucin de la presin
Este procedimiento se utiliza para secar una
una substancia a temperatura ambiente
cuando la sustancia es inestable a
temperaturas ms elevadas. Se introduce la
muestra en un desecador de vaco.
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CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN
TIPOS DE EVAPORACIN
Evaporacin por combinacin de ambos efectos
(aumento de temperatura y disminucin de presin)
Una operacin frecuente en un laboratorio de qumica
es la eliminacin del disolvente orgnico voltil de una
solucin de un compuesto orgnico, como por ejemplo
sucede al finalizar un proceso de extraccin. La
eliminacin rpida de grandes cantidades de un
disolvente orgnico se efecta utilizando el roto
evaporador.
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CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN
USOS DE LA EVAPORACIN
Es un proceso utilizado para reducir el contenido
de agua o algn otro solvente de una solucin,
deshidratndola.
Este proceso es muy utilizado en la industria
alimenticia, especialmente para obtener productos
que puedan ser almacenados por perodos
prolongados.
Las aplicaciones de estos evaporadores son
diversas y especficas para las industrias lecheras
y de alimentos.
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CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN
USOS DE LA EVAPORACIN Continua
INDUSTRIAS:
Industria Lechera: Leche entera y descremada, Leche
condensada, Protenas de la leche, Permeados
lcteos, Mezclas de productos lcteos, Mantecas,
Suero de queso, Suero de queso previamente
cristalizado, Protenas de suero, Permeados de suero,
Soluciones de lactosa, Dulce de leche de produccin
continua y discontinua.
Industria de Jugos de Fruta: Leche de soja, Jugo de
manzana, de naranja y otros citrus, Jugos mezclas, de
tomates, de zanahoria
A: Producto
B: Vapor
C: Concentrado
D: Vapor de Calentamiento
E: Condensado
1: Cabezal
2: Calandria
3: Parte baja de la Calandria
4: Zona de Mezcla
5: Separador de Vahos
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CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN
USOS DE LA EVAPORACIN Continua
INDUSTRIAS:
Hidrolizados: Protena Hidrolizada, Protena lctea
hidrolizada, Suero hidrolizado, Molienda hmeda del
maz, Jarabe de glucosa, Jarabe de Dextrosa 42 y 55,
Agua de Macerado.
Industria Frigorfica: Extracto de carne y huesos,
Plasma sanguneo.
Extractos: Extractos de caf o t, de carne o hueso,
de malta, de levaduras.
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CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN
USOS DE LA EVAPORACIN Continua
INDUSTRIAS:
Industria Avcola: Concentracin de huevo entero,
Concentracin de clara de huevo.
Otras: Vinazas alcohlica
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TIPOS DE EVAPORADORES
DE CIRCULACIN NATURAL
USO: Concentrar productos
agresivos como cidos sulfrico,
clorhdrico, fluorhdrico
Materiales Plstico resistente a
corrosin
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EXPERIENCIA EDUCATIVA
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
TIPOS DE EVAPORADORES
DE PELCULA ASCENDENTE
Consta de calandria de tubos dentro de una
carcasa, la bancada de tubos es ms larga
que en el resto de evaporadores (10-15m)
El producto utilizado debe ser de baja
viscosidad debido a que el movimiento
ascendente es natural. Los tubos se calientan
con el vapor existente en el exterior de tal
forma que el lquido asciende por el interior
de los tubos, debido al arrastre que ejerce el
vapor formado. El movimiento de dichos
vapores genera una pelcula que se mueve
rpidamente hacia arriba.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
TIPOS DE EVAPORADORES
DE PELCULA DESCENDENTE
Generan una fina pelcula de lquido dentro
de los tubos, la cual desciende por
gravedad. Para lograr la pelcula se usan
unos difusores llamados boquillas de
pulverizacin. Es ms apropiado para
lquidos viscosos que caen fcilmente por
gravedad.
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TIPOS DE EVAPORADORES
DE VACO CON SERPENTINA SUMERGIDA
Evaporadores de vaco con recubrimiento
anticorrosivo y desincrustante.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
TIPOS DE EVAPORADORES
DE VACO CON DISCO CALENTADOR Y CEPILLO DE LIMPIEZA
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
TIPOS DE EVAPORADORES
DISCONTNUO
El evaporador discontinuo consiste en que un
producto se calienta en un recipiente (normalmente
esfrico) rodeado por un encamisado por el que
circula el fluido calefactor (comnmente agua
caliente o vapor, en funcin del grado de
evaporacin deseado).
El calentamiento generado es capaz de elevar la
temperatura de la disolucin a evaporar hasta el
punto en que su disolvente alcanza su punto de
ebullicin a la presin de la cmara.
A partir de ese momento la temperatura de la
disolucin permanecer constante hasta que
finalice la evaporacin del disolvente a eliminar.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
FACTORES QUE AFECTAN LA OPERACIN DE EVAPORACIN
Clasificar.
"Los grandes conocimientos engendran las grandes dudas".
Aristteles (384 AC-322 AC); filsofo griego.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIN
La velocidad de evaporacin depende de un conjunto de
factores. Unos facilitan la energa cintica molecular, y por tanto la
evaporacin, y otros la dificultan. El cambio de estado de lquido a
vapor necesita calor.
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FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIN
TEMPERATURA
Es el principal factor que afecta a la evaporacin, ya que sta es mxima en
condiciones de fuerte insolacin, con lo que se eleva la cantidad de vapor en
la atmsfera formando una capa que limita el paso de lquido a vapor,
alcanzando un estado de equilibrio, permaneciendo constante la humedad
del aire.
La temperatura facilita la amplitud del movimiento molecular en el lquido y
las posibilidades de escape hacia la atmsfera, y permite que el aire pueda
contener un mayor porcentaje de humedad, alejndose del punto de
saturacin, con lo que un mayor volumen de agua puede integrarse en la
atmsfera..
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FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIN
RADIACIN SOLAR
Es un factor determinante de la evaporacin ya que es una fuente
de energa que afecta dicho proceso
El calor latente de evaporacin necesario para evaporar un gramo
de agua vara con la temperatura.
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FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIN
TEMPERATURA DEL AIRE
El aumento de temperatura en el aire facilita la evaporacin ya que:
en primer lugar crea una conveccin trmica ascendente, que
facilita la aireacin de la superficie del liquido; y por otra parte la
presin de vapor de saturacin es ms alta.
La humedad del aire atena la oscilacin trmica diaria al absorber
calor durante las horas de presencia solar y devolverlo en las
de ausencia.
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FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIN
HUMEDAD ATMOSFRICA
Es un factor determinante en la evaporacin ya que para sta se
produzca, es necesario que el aire prximo a la superficie de
evaporacin no est saturado(situacin que es facilitada
con humedad atmosfrica baja).
La humedad del aire atena la oscilacin trmica diaria al absorber
calor durante las horas de presencia solar y devolverlo en las
de ausencia.
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FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIN
AIRE (VIENTO)
Despus de la radiacin es el ms importante, ya que renueva el aire
prximo a la superficie de evaporacin que est saturado. La combinacin
de humedad atmosfrica baja y viento resulta ser la que produce mayor
evaporacin. El viento tambin produce un efecto secundario que es el
enfriamiento de la superficie del lquido y la consiguiente disminucin de la
evaporacin.
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FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIN
PRESIN ATMOSFRICA (O MANOMTRICA)
La presin atmosfrica, al obstaculizar el paso del vapor a la atmsfera libre,
disminuye las posibilidades de evaporacin. Las molculas de vapor de
agua chocan con el resto de molculas gaseosas y se ven obligadas a
regresar a la masa lquida en mayor proporcin. Por tanto, con la altitud y
la consecuente disminucin de la presin se favorece la evaporacin.
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FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIN
TAMAO DE LA MASA DE AGUA
El volumen de la masa de agua y su profundidad son factores que afectan a
la evaporacin por el efecto de calentamiento de la masa. Volmenes
pequeos con poca profundidad sufren un calentamiento mayor que facilita
la evaporacin.
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CLCULO TRMICO
LEY DE CONSERVACIN DE LA ENERGA
La energa ni se crea ni se destruye, solo se transforma.
(1 Ley de la Termodinmica)
(Energa del sistema) + (Energa de alrededores) = 0
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CLCULO TRMICO DE UN EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO
Clasificar.
"Los grandes conocimientos engendran las grandes dudas".
Aristteles (384 AC-322 AC); filsofo griego.
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CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE
Antes de iniciar cualquier clculo de energa o de materia, es
necesario primero.
Definir el Sistema, para ello es necesario establecer el diagramacorrespondiente
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CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE
Evaporacin: Separacin de un
disolvente voltil de un soluto no voltil
por vaporizacin del disolvente;
mediante vapor condensante como
calefactor.
La velocidad de la cantidad de calor
transmitida desde el vapor condensante
hasta la disolucin a concentrar est
dada por la expresin = Q = Velocidad de transferencia de calor (Carga calorfica) en W, (btu/h)U = Coeficiente total de transferencia de calor en W/m2 K, (btu/h ft2 F)A = rea de transferencia de calor en m2 (ft2)t = diferencial de temperatura K (F)
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CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE CALOR
Li velocidad del flujo del liquido de alimentacin,contiene una fraccin msica xf
L0 velocidad de flujo del producto liquido, contiene una fraccin msica xp
Vi es la masa del vapor condensado en la cmarade vapor
V0 es la masa de disolvente vaporizado en elevaporador.
s calor latente de condensacin del vapor deagua que entra j kg-1
Cp es el calor especifico medio del liquido dealimentacin (j kg-1 C-1)
v es el calor latente de vaporizacin de losvapores producidos j kg-1
Salida de
vapor V0 Kg/s
Vapor de
agua Vi Kg/s
Liquido de
alimentacion ( LiKg/s) (fraccin
de solid xf)
Liquido producto
( L0 Kg/s)
(fraccin de
solid xp)Condensado
La diferencia de temperaturas entre el vapor
condensante y el lquido hirviente es funcin de:
Condiciones del vapor de calefaccin La presin de la cmara de evaporacin Concentracin de la disolucin
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CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE CALOR
Li velocidad del flujo del liquido de alimentacin,contiene una fraccin msica xf
L0 velocidad de flujo del producto liquido, contiene una fraccin msica xp
Vi es la masa del vapor condensado en la cmarade vapor
V0 es la masa de disolvente vaporizado en elevaporador.
s calor latente de condensacin del vapor deagua que entra j kg-1
Cp es el calor especifico medio del liquido dealimentacin (j kg-1 C-1)
v es el calor latente de vaporizacin de losvapores producidos j kg-1
V0 Kg/s
( Li Kg/s) (fraccin de solid xf)
( L0 Kg/s) (fraccin
de solid xp)
Vi Kg/s
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CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE CALOR
Donde:
velocidad de transmisin de calor a travs de lasuperficie de calefaccin desde el vapor de agua (BTU/h;Kcal/h; cal/h)
Hv = entalpa especfica del vapor de agua (BTU/lb; Kcal/kg;cal/g)
Hl = entalpa especfica del condensado
s = calor latente de condensacin del vapor de agua(BTU/lb;Kcal/kg; cal/g)
m = flujo msico (lb/h ; kg/h)
Si consideramos el proceso a presin constante tenemos
V0 Kg/s
( Li Kg/s) (fraccin de solid xf)
( L0 Kg/s)
(fraccin de
solid xp)
Vi Kg/s
TUAV si slvs mHHmQ ...
)(
.
Q
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CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE CALOR
Donde:
Cp = Capacidad calorfica a presin constante, se considera constante pararangos no muy amplios de temperatura
Se tiene:
Donde:
V0 Kg/s
( Li Kg/s) (fraccin de solid xf)
( L0 Kg/s) (fraccin
de solid xp)
Vi Kg/s
CpdT
Hd
CpdTdH dTCpHT
T
2
1
TCpH
)()(.....
acpaacass ttcmmmmQ
mv = flujo msico de vapor de calefaccinma = flujo msico de alimentacin al evaporador
mc= flujo msico del lquido concentrado que sale del evaporadors = calor latente de vaporizacin del agua (vapor de calefaccin)
= calor latente de vaporizacin del agua a la presin existente en la
cmara del evaporador
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE CALOR
Cpa= calor especfico (capacidad calorfica) del lquido de alimentacin
tc = temperatura del concentrado (al punto de ebullicin)
ta = temperatura del lquido de alimentacin
Si se requiere calcular el rea de calefaccin se utiliza la expresin:
V0 Kg/s
( Li Kg/s) (fraccin de solid xf)
( L0 Kg/s) (fraccin
de solid xp)
Vi Kg/sTUAttUAQ
lv )(
.
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CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE CALOR
Donde:
U = coeficiente global de transferencia de calor(BTU/pie2.h.F)
A = rea de transmisin de calor (pie2, m2)
tv = temperatura de condensacin del vapor decalefaccin
tl = temperatura de ebullicin de la solucin
T = cada de temperatura entre el vapor decalefaccin y la solucin en el evaporador
Hacia el condensadorVapor
Alimentacin
Vapor de agua
Condensado
Producto concentrado
Tubos de intercambio
de calor
Pl
Tl
Tl
TF
TS
TlTUAttUAQ
lv )(
.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE CALOR
De acuerdo con la figura, en el evaporador de simpleefecto:
La alimentacin entra a T F o K (TF)
En la seccin de intercambio de calor entra vaporsaturado a TS
El vapor condensado sale en pequeos chorros
La solucin del evaporador y el producto concentradotienen la misma concentracin y Tl
La temperatura del vapor Tl es igual a la de la solucin
La presin de vapor de la solucin a Tl es Pl
La alimentacin debe tener una temperatura lo mas altaposible TF
Hacia el condensadorVapor
Alimentacin
Vapor de agua
Condensado
Producto concentrado
Tubos de intercambio
de calor
Pl
Tl
Tl
TF
TS
Tl
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE CALOR
Para el clculo de la velocidad de transferencia de caloren un evaporador se emplea el concepto de uncoeficiente total de transferencia de calor, de acuerdo alo siguiente:
q = UA AT = U A(Ts-Tl)
Donde:
q = velocidad de transferencia de calor en W (btu/h)
U = coeficiente total de transferencia de calor en W/m2 K(btu/h pie2 F)
A = rea de transferencia de calor en m2 (pie2)
Ts = temperatura del vapor que se condensa en K (F)
Tl = punto de ebullicin del lquido en K (F)
Hacia el condensadorVapor
Alimentacin
Vapor de agua
Condensado
Producto concentrado
Tubos de intercambio
de calor
Pl
Tl
Tl
TF
TS
Tl
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE MASA GLOBAL
El balance de masa permite conocer los flujos de entraday de salida como el flujo de alimentacin, concentrado yevaporado obtenido en el proceso de evaporacin, paraello se utilizan las siguientes ecuaciones:
F = C + E y FXP = CXC + EXEDonde:
E = Corriente del evaporado en (kg/h)
F = Corriente de alimentacin en (kg/h)
C = Corriente del concentrado en (kg/h)
XP = Fraccin molar de la alimentacin (adimensional)
XC = Fraccin molar del concentrado (adimensional)
XE = Fraccin molar del evaporado (adimensional)
Hacia el condensadorVapor
Alimentacin
Vapor de agua
Condensado
Producto concentrado
Tubos de intercambio
de calor
Pl
Tl
Tl
TF
TS
Tl
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CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO
BALANCE DE ENERGA
El balance de energa permite conocer la cantidad de vapor que seempleara en el evaporador, as como tambin las temperaturas ypresiones a la que trabajara el equipo. Para ello se utilizan lasecuaciones siguientes:
F + W = E + C + W + Qp Qp=0
FhF+ WHW = EHE + ChC + WhW + Qp
W = HW hW
WW = ( F C ) e + FCpF ( ts tf )
Donde:
E = Corriente del evaporado en (kg/h)
F = Corriente de alimentacin en (kg/h)
C = Corriente del concentrado en (kg/h)
XP = Fraccin molar de la alimentacin (adimensional)
XC = Fraccin molar del concentrado (adimensional)
XE = Fraccin molar del evaporado (adimensional)
Hacia el condensadorVapor
Alimentacin
Vapor de agua
Condensado
Producto concentrado
Tubos de intercambio
de calor
Pl
Tl
Tl
TF
TS
Tl
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
BALANCE DE MATERIA Y ENERGA; CONSIDERACIONES DE DISEO
Clasificar.
"Los grandes conocimientos engendran las grandes dudas".
Aristteles (384 AC-322 AC); filsofo griego.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
CLCULO TRMICO DE UN SISTEMA DE EVAPORACIN DE MLTIPLES EFECTOS;
CONSIDERACIONES DE DISEO
Conocer
Todo parece imposible hasta que se lleva a cabo Albert Einstein.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
DEFINICIN, IMPORTANCIA Y APLICACIN DE LA CRISTALIZACIN
Conocer
Todo parece imposible hasta que se lleva a cabo Albert Einstein.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
FUNDAMENTOS DE LA CRISTALIZACIN
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"El verdadero significado de las cosas se encuentra al decir las mismas cosas con
otras palabras". Charles Chaplin (1889-1977); actor y director britnico.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
USO DE LAS CURVAS DE EQUILIBRIO PARA LA
CRISTALIZACIN Clasificar.
"El verdadero significado de las cosas se encuentra al decir las mismas cosas con
otras palabras". Charles Chaplin (1889-1977); actor y director britnico.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
NUCLEACIN Y CRECIMIENTO DE CRISTALES
Clasificar.
"El verdadero significado de las cosas se encuentra al decir las mismas cosas con
otras palabras". Charles Chaplin (1889-1977); actor y director britnico.
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGA EN CRISTALIZADORES POR ENFRIAMIENTO Y
POR EVAPORACIN
Clasificar.
"El verdadero significado de las cosas se encuentra al decir las mismas cosas con
otras palabras". Charles Chaplin (1889-1977); actor y director britnico.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
COEFICIENTES INDIVIDUALES Y GLOBALES DE CRECIMIENTO
Clasificar.
"El verdadero significado de las cosas se encuentra al decir las mismas cosas con
otras palabras". Charles Chaplin (1889-1977); actor y director britnico.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
COEFICIENTE DE CRECIMIENTO SUPERFICIAL. COEFICIENTES
NUMRICOS DE TRANSFERENCIA Clasificar.
"El verdadero significado de las cosas se encuentra al decir las mismas cosas con
otras palabras". Charles Chaplin (1889-1977); actor y director britnico.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
RENDIMIENTO EN LA OPERACIN DE CRISTALIZACIN
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"El verdadero significado de las cosas se encuentra al decir las mismas cosas con
otras palabras". Charles Chaplin (1889-1977); actor y director britnico.
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OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1
EQUIPO UTILIZADO PARA LA CRISTALIZACIN
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"El verdadero significado de las cosas se encuentra al decir las mismas cosas con
otras palabras". Charles Chaplin (1889-1977); actor y director britnico.