EVAPORACIN (Informe)

Andrs Felipe Lastra 02245568, Andrs Camilo Forero 02245541, Juan David Tibocha 02245498, Pedro Gonzlez 02245468, Sebastin Ochoa 02245532, Sergio Mario Velasco 0224549918-02-2015

1. TABLA DE DATOS:

Se realiz un experimento previo a la prctica para determinar si sera posible realizar la prctica con doble efecto. Este consisti en realizar pruebas en el primer evaporador(o primer efecto) para comprobar si se inundaba, al demostrar que se inund se determin que no se trabajara el doble efecto, solo en el segundo evaporador. 2. MUESTRA DE CLCULOS:

Despus de tomar los datos de flujos de condensacin respectivos, los cuales eran la condensacin del vapor vivo alimentado y el vapor generado por el evaporador, se hallaron las entalpias de cada corriente con las temperaturas y presiones medidas y con las suposiciones pertinentes.Posteriormente se realiz un balance de masa global para determinar el calor perdido durante el proceso.

Tambin se hall una relacin entre el flujo msico de salida del vapor generado ya condensado y el flujo msico del vapor vivo, el cual se llam Economa.

Por ltimo se determin el coeficiente global de transferencia de masa (Ud) con ayuda del rea de transferencia de calor, la diferencia aparente de temperaturas en el intercambiador de calor y el flujo de calor entregado por el vapor vivo en el evaporador.

3. RESULTADOS:En cada caso se obtuvieron flujos de vapor vivo, vapor producido y lquido de fondos distintos. En un funcionamiento ideal del equipo, los valores se deberan haber mantenido constantes en cada medicin; sin embargo, este no fue el caso. Debido a esto, se muestran los distintos resultados en funcin de la cantidad de vapor vivo procesado en el rango de tiempo respectivo con el objetivo de evaluar la dependencia de estos con el flujo.Se calcularon los valores de la economa del evaporador, su coeficiente global de transferencia de calor y el calor total entregado por el vapor vivo. En todas las grficas: retirando fondos () y sin retirar fondos ().

Grfica 1. Economa del evaporador para cada flujo de vapor vivo.

Grfica 2. Calor entregado por el vapor vivo para cada flujo de vapor vivo.

Grfica 3. Coeficiente global de transferencia de calor para cada flujo de vapor vivo.

Finalmente se obtuvo que las prdidas promedio de calor para el proceso sin corriente de fondos fueron de 3,2 kW, representando el 34,2% del calor entregado por el vapor alimentado. Para el caso del proceso con corriente de fondos las prdidas fueron 3,5 kW, equivalentes al 37,1%.

4. ANLISIS DE RESULTADOS:

En la grfica 1 puede verse que no existe una dependencia clara de la economa con el flujo de vapor vivo circulando. Este comportamiento es debido a la dispersin misma de los datos de caudales obtenidos en la prctica. Cada uno de los caudales medidos de vapor producido, no tena un correspondiente valor en el caudal de vapor alimentado. Esto quiere decir que no existe una relacin clara y constante entre la cantidad de vapor vivo utilizado y vapor producido.

El vapor vivo que se alimentaba se controlaba mediante una vlvula, esto con el fin de evitar que la presin en el evaporador fuese muy alta porque poda representar un peligro, adems que puede aumentar el gasto energtico de la evaporacin. La variacin en la presin del evaporador se vea afectada por la presencia de la trampa de vapor, la cual generaba variaciones inesperadas en la presin del sistema. El hecho de estar abriendo y cerrando la vlvula que regulaba el paso de vapor vivo hace que el flujo msico de vapor en el sistema sea variable, se considera que este es el principal factor por el cual no se tiene un solo valor de flujo de vapor vivo condensado y de vapor producido y por ende no se tiene una economa fija para el proceso.

Por su parte la alimentacin no se alimentaba continuamente y se manejaba una especie de proceso semibatch, en el cual una vlvula sinusoidal regulaba el flujo de alimentacin abriendo y cerrando peridicamente con el fin de mantener un nivel de agua constante en el evaporador. Se considera que una de los posibles causas por las cuales el primer evaporador se inunda puede ser porque esta vlvula se encuentra averiada o no posee una frecuencia de apertura apropiada para trabajar con las especificaciones de transferencia de calor de este evaporador. Esto se traduce en que esta vlvula permite mayor entrada de alimento de la que el evaporador puede procesar, de tal forma que se genera una acumulacin de masa en el mismo generando que este se inunde.

Retomando las pruebas en el segundo evaporador se tiene entonces que estos dos sistemas (la vlvula de regulacin del vapor vivo y la vlvula sinusoidal de regulacin de alimentacin) al estar separados causaban que cada flujo fuese diferente e independiente del anterior, y la transferencia de calor total fuese diferente, ya que en unos casos el calor aportado por el vapor se suministraba a una mayor cantidad de lquido. Esto explica el hecho que se mencion al inicio del anlisis, que no se tena un valor fijo y contante de la relacin vapor vivo vapor producido.

Adems de la grfica 1 se puede observar como la economa promedio de los productos sin retirar fondos, es mayor a la obtenida retirando fondos, siendo 0,66 y 0,60 respectivamente. Esto se justifica si se tiene en cuenta que al retirar fondos del sistema se le est suministrando energa a una masa de agua que no alcanza a vaporizarse antes de salir del sistema, por lo cual se est gastando parte de la energa suministrada por el vapor vivo en obtener unos productos de fondo a alta temperatura y no en evaporar una mayor masa de agua. Es decir esta corriente de lquido est arrastrando una parte del calor suministrado por el vapor vivo alimentado.

Tanto el calor como el coeficiente global de transferencia presentaron un comportamiento creciente con el flujo de vapor vivo, como puede observarse en las grficas 2 y 3.

La tendencia lineal del calor en funcin del flujo de vapor vivo, es debido al comportamiento que viene representado por la siguiente ecuacin:

Si el flujo de vapor es mayor, la turbulencia aumenta el rgimen de flujo vara. Los remolinos formados en el flujo fomentan la transferencia de calor y por eso el coeficiente de transferencia aumenta. Asimismo, si ms vapor circula y mayor es el coeficiente, una mayor cantidad de calor es entregado por el vapor hacia el lquido.

Se puede observar de la grfica 2 como el calor transferido en el proceso retirando fondos, alcanza valores menores al caso sin retirar fondos, esto tambin debido al calor que arrastra el lquido de salida.

Los valores para el coeficiente global de transferencia de calor hallados oscilan entre 250 y 370 BTU/ (h ft2 F) que son valores que se encuentran un poco por debajo de los esperados para este tipo de equipos. La diferencia se puede deber a obstrucciones por el uso del equipo, principalmente porque este mismo, en otras prcticas de laboratorio, se utiliza para concentrar soluciones de azcar, dejando residuos dentro de las tuberas. Adicionalmente se observ que existen fugas a la salida de la bomba que alimenta de lquido al evaporador junto con pequeas perdidas debido a las vlvulas de escape de los tanques donde se recolectan los condensados del proceso. Sin embargo estos factores no son tan representativos como el primero.

Por otra parte, si se tiene en cuenta que las temperaturas de entrada y salida del vapor y la entalpa de vaporizacin son relativamente invariables, el calor entregado es directamente proporcional al flujo msico de vapor. Sin embargo, el calor recibido por el lquido depende del coeficiente global de transferencia de calor U, por lo que no todo el calor cedido llega al fluido a evaporar.

Finalmente, las prdidas de calor son similares para ambos procesos y su diferencia radica principalmente en la forma en cmo se extrajo la corriente de fondos, dado que al separar uno de los tubos del equipo por all hubo transferencia de calor con el ambiente. Las prdidas generales se deben al intercambio de calor del equipo con el ambiente en cada una de sus partes dado que este no est aislado perfectamente y adicionalmente se considera una prdida grande en la recoleccin del condensado de vapor alimentado, dado que por all escapaba parte del vapor contenido dentro del evaporador.

5. CONCLUSIONES: Se determin que la economa promedio sin corriente de fondos es 0,66. Se determin que la economa promedio con corriente de fondos es 0,60. La dispersin en los valores de la economa se deben a la variacin en los flujos de alimentacin de lquido y de vapor vivo. El vapor vivo logr entregar ms calor debido al aumento en el flujo y en el coeficiente de transferencia. El coeficiente global de transferencia de calor oscila entre 250 y 370 BTU/ (h ft2 F). El coeficiente global de transferencia de calor fue mayor a mayores flujos de vapor debido al aumento en la turbulencia. El coeficiente global de transferencia de calor es menor al reportado por la literatura debido principalmente a las obstrucciones presentes. Las prdidas de calor fueron de 3,2 kW para el proceso sin corriente de fondos y de 3,5 kW con corriente de fondos.

6. BIBLIOGRAFA:Kern, D. Q. (1995). Procesos de Transferencia de Calor. Mxico: C.E.C.S.A.