UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOFES Cuautitln LEM IIProf.: Quiroz Macas Mara Elena Castillo Agreda Margarita

Alumnos: Andrade Len Edwin Uriel Astudillo Nateras Ricardo Hernndez Reyes Eduardo Montes de Oca Barrera Fabiola Grupo: 1501Ingeniera QumicaEvaporadores (calandria y tubos largos)

Fecha de entrega: 24 de noviembre del 2015

Introduccin:La evaporacin es una operacin unitaria que consiste en la eliminacin de un lquido de una solucin, suspensin, emulsiones, etc., mediante tratamientos trmicos; entonces la solucin se est concentrando y para llevar a cabo este proceso generalmente se utilizan equipos especficos tal como los evaporadores.Los evaporadores son muy utilizados en la industria para llevar a cabo tal proceso y lograr la concentracin de diversos productos en los que generalmente se encuentra un exceso de agua. Es por esto que en el LEM de Ingeniera Qumica trabajamos con un evaporador de calandria y otro de pelcula, se realiz la prctica en 2 tipos de evaporadores para comparar su funcionamiento y caractersticas de cada equipo, as como la economa.La prctica realizada tiene una gran importancia debido a que es un equipo que se ocupa en la industria y posiblemente en alguna ocasin ocuparemos algn tipo de evaporador, por lo que el conocer su funcionamiento y condiciones de operacin es fundamental para obtener el mayor rendimiento posible.Los evaporadores tienen una amplia aplicacin en diversas industrias, principalmente en las alimentarias tales como: produccin de leche, jugos, extractos de carnes, caf o t, y en algunos casos en vinos, por lo que es importante familiarizarnos con los evaporadores y entender su funcionamiento asi como las ventajas y desventajas entre cada tipo de evaporador.

Generalidades:TIPOS DE EVAPORADORES:Para determinar las condiciones ptimas de diseo, se deben tener en cuenta una gran cantidad de factores para obtener de esta manera, un equipo que tenga una relacin ptima entre rendimiento de evaporacin, economa y calidad del producto. Evaporador de pelcula descendiente:Estos tipos de evaporadores son los ms difundidos en la industria alimenticia, por las ventajas operacionales y econmicas que los mismos poseen. Estas ventajas se pueden resumir de la siguiente forma: Alta eficiencia, economa y rendimiento. Alta flexibilidad operativa. Altos coeficientes de transferencias trmicos. Capacidad de trabajar con productos termosensibles o que puedan sufrir deterioro parcial o total de sus propiedades. Limpieza rpida y sencilla (CIP). En estos evaporadores la alimentacin es introducida por la parte superior del equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura de ebullicin del primer efecto. Se produce una distribucin homognea del producto dentro de los tubos en la parte superior del evaporador, generando una pelcula descendente de iguales caractersticas en la totalidad de los tubos. Dentro de los tubos se produce la evaporacin parcial, y el producto que esta siendo concentrado, permanece en ntimo contacto con el vapor que se genera. Los dos fluidos, tanto el producto como su vapor, tienen igual sentido de flujo, por lo que la salida de ambos es por la parte inferior de los tubos. Evaporador de pelcula ascendiente:En estos tipos de evaporadores la alimentacin se produce por la parte inferior del equipo y la misma asciende por los tubos. El principio terico que tienen estos evaporadores se asimila al 'efecto sifn', ya que cuando la alimentacin se pone en contacto con los tubos calientes, comienza a producirse la evaporacin, en donde el vapor se va generando paulatinamente hasta que el mismo, empieza a ejercer presin hacia los tubos, determinando de esta manera, una pelcula ascendente. Esta presin, tambin genera una turbulencia en el producto que est siendo concentrado, lo que permite mejor la transferencia trmica, y por ende, la evaporacin. En estos evaporadores existe alta diferencia de temperaturas entre la pared y el lquido en ebullicin. Cabe mencionar que la altura de los mismos es limitada, ya que la capacidad del vapor en arrastrar la pelcula formada hacia la parte superior del equipo no es suficiente y determina la altura mxima posible para el diseo. Son evaporadores en los cuales se puede recircular el producto concentrado, donde el mismo es enviado nuevamente al interior del equipo, y de esta forma, asegurar un correcto caudal de alimentacin.Evaporador de circulacin forzadaLos evaporadores de circulacin forzada pueden no ser tan econmicos, pero son necesarios cuando los productos involucrados en la evaporacin tienen propiedades incrustantes, altas viscosidades, precipitaciones, cristalizaciones o ciertas caractersticas trmicas que imposibilitan una circulacin natural. Son equipos en donde el producto es calentado a travs de un intercambiador de calor (los intercambiadores puede ser horizontales o verticales), luego se enva a un separador, donde la evaporacin se lleva a cabo gracias a la presin reinante dentro del mismo, producindose de esta forma una evaporacin flash y por ende un enfriamiento del producto. La velocidad de circulacin del producto dentro de los tubos es un factor esencial a tener en cuenta para cada tipo de producto.Objetivos: Conocer el funcionamiento bsico de los evaporadores (calandria y vertical de tubos largos). Comprender las ventajas y desventajas de cada uno de ellos a ciertas condiciones dadas.Descripcin de actividades:

Evaporador de tubos largos

Verificar que haya servicios

Alimentar el agua fra a los evaporadores (menor a 22C)

Purgar el equipo alimentando el vapor

Verificar que la presin de vaco del evaporador y tanques sean aprox. 40 cmHg

Dejar que el equipo se estabilice

Una vez estable, se trazaron las marcas iniciales del fluido en los 2 tanques

Se tomo el tiempo de aprox. 15 minutos

Cerramos las llaves de paso a los tanques y se marc la altura final del lquido

Medimos la cantidad del lquido contenido en los dos tanques hasta la marca inicial

Vaciar los tanques y cerrar hasta al ltimo el paso de agua fra para enfriar el equipo.

Resultados experimentales:Resultados experimentales del evaporador de calandria:Presin vaco (cmHg)44

Temperatura entrada (C)22

Temperatura salida (C)30

Presin vapor (kg/cm2)1.5

Temperatura evaporador (C)62

Condensado (L)10.3

Concentrado (L)43.5

Flujo (gal/min)1

Tiempo (minutos)15.00

Resultados experimentales del evaporador de tubos largos:Presin vaco (cmHg)40

Temperatura entrada (C)13

Temperatura vapor (C)45

Temperatura evaporador (C)55

Condensado (L)13.1

Concentrado (L)21.2

Flujo (gal/min)1

Tiempo (minutos)4

Observaciones y anlisis de resultados:En base a los resultados obtenidos en el evaporador de tubos largos se puede calcular la economa del evaporador, la cual es una relacin entre el gasto de la vaporizacin entre el gasto del vapor de calentamiento:

Donde: W evapW vap= A partir de nuestros resultados experimentales para el evaporador de calandria obtuvimos una economa de:

Mientras tanto para el evaporador de tubos largos se obtuvo el siguiente valor de economa:

Podemos observar que la economa para cada evaporador utilizado vara ligeramente e indica que el evaporador de tubos largos es menos eficiente que el evaporador de calandria si consideramos a la economa como un parmetro para determinar la eficiencia del equipo.Por lo que se vaporiza una mayor cantidad de agua en el de calandria utilizando la misma cantidad de vapor en cada equipo.De esta manera se utiliza el vapor consecutivamente lo que ocasiona un mayor aprovechamiento del mismo y la cantidad de agua o disolvente evaporado ser mayor, por lo tanto la economa tambin aumenta.

Memoria de clculo:-Evaporador de calandria:Partiendo de la ecuacin para calcular la economa de un evaporador:

Donde: W evapW vap=

Calculamos la cantidad de lquido evaporado y la cantidad de vapor de calentamiento empleado entre el tiempo en el cual se trabaj la evaporacin, obteniendo lo siguiente:

Por lo tanto la cantidad de condensado es:

Mientras que la cantidad de concentrado es:

El valor de 60.9671 es la densidad del agua a la temperatura del evaporador.Para obtener se realiza con la siguiente ecuacin:

Calculando el W vap= :

Dnde:

Por lo tanto:

Por ltimo se calcula W evap, de la siguiente forma:W evapW evap

La economa para el evaporador de calandria es el siguiente:

-Evaporador de tubos largos o de pelcula:Para el evaporador de tubos largo se realiz el mismo procedimiento obteniendo las cantidades de condensado y concentrado en el tiempo de trabajo, se realiz el mismo procedimiento que en el de calandria solo que cambia las densidades debido a las temperaturas que tienen los sistemas de trabajo.

Conclusiones:Podemos decir que durante el trabajo experimental que se llev a cabo en los dos evaporadores, evaporador de calandria y evaporador de tubos largos, se pudo observar y conocer de forma correcta el funcionamiento esencial o bsico de los evaporadores, ya que se aprendi a manipular los equipos as como saber que variables afectan de forma directa el funcionamiento de los mismos en este caso se presentaron problemas con el servicio de vapor, debido a que en el evaporador de tubos largos era muy poca la presin de vapor que se tena para alimentar el evaporador y as tener mediciones por debajo de las esperadas, con esto y con la eficiencia obtenida debida a los resultados experimentales podemos concluir en parte que los dos presentan una eficiencia muy cercana aunque podemos decir que el aprovechamiento del evaporador de calandria presenta una mayor eficiencia que en comparacin con el de tubos largos.

Bibliografa: KERN, Q. Donald. (1965). Procesos de transferencia de calor. (1 ed). Mxico: Continental, S.A. PERRY RH, y col. (2003). Manual del Ingeniero Qumico. (7 ed). Espaa: Mc Graw Hill