Evaporadores y Secadores
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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.