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Captulo 5 tipos de evaporadores
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Captulo 5 Balance de energa de un evaporador
Sistema: Cualquier masa de material o segmento de equipo
especificados
arbitrariamente y en el cual deseamos concentrar nuestra
atencin. Un
sistema se define circundndolo con una frontera. La frontera del
sistema
no tiene que coincidir con las paredes de un recipiente. Un
sistema
encerrado por una frontera a travs de la cual no hay
transferencia de masa
se denomina sistema cerrado o sistema sin flujo, en
contraposicin a u
sistema abierto o sistema con flujo, en el que se permite el
intercambio
de masa. Toda masa o equipo externos al sistema definido se
designan
como entorno. Siempre debemos trazar fronteras similares al
resolver los
problemas, pues este paso fija claramente el sistema y su
entorno.
Trabajo: El trabajo (w) es un trmino que usamos ampliamente en
la vida
cotidiana (como en me voy al trabajo), pero que tiene un
significado especializado en relacin con los balances de energa. El
trabajo es una
forma de energa que representa una transferencia entre el
sistema y el
entorno. No es posible almacenar trabajo.
Calor: Al hablar de calor entramos en un rea en la que el uso
que
solemos dar al trmino puede causar confusin, ya que usaremos el
trmino
calor en un sentido muy restringido cuando apliquemos las leyes
que rigen
los cambios de energa. El calor (Q) comnmente se define como la
parte
del flujo total de energa a travs de la frontera de un sistema
que se debe a
una diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno.
Evaporador: Se conoce por evaporador al intercambiador de calor
donde
se produce la transferencia de energa trmica 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 energa, luego de una brusca
expansin que
reduce su temperatura. Durante el proceso de evaporacin, el
fluido pasa
del estado lquido al gaseoso.
Concepto del balance de energa en una operacin: El balance de
energa en una operacin de evaporacin, consiste en determinar la
cantidad de calor Q necesario para una tarea determinada. Este
calor
necesario usualmente es suministro por vapor de agua, que luego
se
condensa. Entonces el balance de energa en una operacin de
evaporacin
se establece para calcular la cantidad de vapor de calefaccin,
lo que se
consigue haciendo un balance de entalpias de acuerdo de la
relacin.
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Captulo 5 tipos de evaporadores
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( ) .....................(I) La cual considera que las cargas de
las corrientes de materiales, son
despreciables. Considerando un evaporador normal de tubos
verticales de
simple efecto, como el que se muestra en la siguiente figura,
donde la
solucin hierve por accin del calor que cede el vapor de
calefaccin que
circula por el interior de los tubos, donde : .
Figura 5,1: evaporador de efecto simple de tipo vertical
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Captulo 5 tipos de evaporadores
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F= corriente de alimentacin.
V= vapor producido.
S= concentrada obtenida.
W= masa de vapor de calefaccin.
Cuyas entalpias especficas son:
=entalpia de la alimentacin.
= entalpia de la solucin concentrada.
= entalpia del vapor producido.
=entalpia del vapor de calefaccin
=entalpia de condensado
Balance de materiales Balance de total:
F=V+S
Balance parcial:
Balance de energa o balance de entalpias
El calor que cede el vapor o calor que se suministra al sistema
se determina
por.
( )
Considerando que el calor cedido por el vapor de calefaccin se
pierde por
radiacin u otros efectos, unas cantidades como p, entonces el
efecto calrico
neto ser:
( ) ( )
Para efectos de clculo en la solucin de problemas, las prdidas
de calor
pueden ser despreciable a no ser que indique lo contrario,
entonces el calor
necesario que se suministra al sistema, es el calor que cede el
vapor, es decir:
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Captulo 5 tipos de evaporadores
341
( ) ( )
( )
( )
Donde es el calor latente de evaporacin usado a una temperatura
( ) determinada. El balance de energa se simplifica, cuando se toma
como temperatura de referencia, el punto de ebullicin de la solucin
en la cmara
de evaporacin; porque si las corrientes V y S salen a esa
temperatura de
ebullicin, entonces:
(Calor latente de evaporacin del vapor produciendo de la solucin
en ebullicin.) A partir de la ecuacin (I):
( )
( )
=entalpia de vapor producido:
Entalpia de la solucin concentrada:
Entalpia de la alimentacin:
Reemplazando las entalpias en la ecuacin (I) desarrollado:
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Captulo 5 tipos de evaporadores
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( )
Problemas: unos 15000 libras de una solucin al 12% de soluto a
120F,
se alimentan a un evaporador donde se concentra hasta contener
0.40 lb
soluto/lb de agua.
El evaporador se produce a 206F. se usa vapor saturado a 290F
que se
descarga como condensado a 285F. si la entalpia de la
alimentacin esta
medido por sobre el estado lquido a 38F, y si los calores
especficos cp. de
la mezcla y la solucin concentrada son 0.92 y o,72BTU/lbF
respectivamente.
a) Cunto libras de vapor de calefaccin se consume?
b) Determinar adems el calor que se suministra al sistema.
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Problemas: unos 15000 libras de una solucin al 12% de soluto a
120F,
se alimentan a un evaporador donde se concentra hasta contener
0.40 lb soluto/lb
de agua.
El evaporador se produce a 206F. se usa vapor saturado a 290F
que se
descarga como condensado a 285F. si la entalpia de la
alimentacin esta
medido por sobre el estado lquido a 38F, y si los calores
especficos cp. de
la mezcla y la solucin concentrada son 0.92 y o,72BTU/lbF
respectivamente.
a) Cunto libras de vapor de calefaccin se consume?
b) Determinar adems el calor que se suministra al sistema.
