7/23/2019 EVAPORACIN Informe Final

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Evaporacin

EVAPORACIN

OBJETIVO

Analizar la evaporacin en un evaporador de tubos verticales largos de pelculaascendente tomando como muestra una solucin de agua azucarada.

Determinar los diferentes parmetros involucrados (cadas de temperatura, flujosde agua evaporada) en la mencionada evaporacin manteniendo una presinconstante.

Con los datos calricos obtenidos de bibliografa se debe calcular el coeficiente detransferencia de calor global () ! su variacin con la temperatura.

FUNDAMENTO TEORICO

"a evaporacin es un cambio progresivo del estado l#uido al estado gaseoso. $l procesode evaporacin consiste en la eliminacin de un l#uido de una solucin, por tratamientost%rmicos.

"os distintos l#uidos a evaporar pueden clasificarse de la siguiente forma&

"os #ue pueden ser calentados a altas temperaturas sin sufrir descomposicin, !los #ue 'nicamente pueden calentarse a bajas temperaturas ( *).

"os #ue dan lugar a la aparicin de slidos al concentrarlos, en cu!o caso eltama+o ! forma de los cristales pueden ser importantes, ! los #ue no originanslidos.

"os #ue a una presin dada cual#uiera ierven apro-imadamente a la mismatemperatura #ue el agua, ! los #ue tienen un punto de ebullicin muco mselevado.

"a evaporacin se lleva a cabo suministrando calor a la disolucin para vaporizar aldisolvente. $l calor se suministra en gran parte para proporcionar el calor latente devaporizacin !, mediante la adopcin de m%todos de recuperacin de calor del vapor, elingeniero #umico a podido conseguir una gran economa en la utilizacin del calor.ientras #ue el medio calefactor es generalmente vapor de agua a baja presin, paracasos especiales puede utilizarse Do/term o gases de combustin.

"a resolucin prctica de un problema de evaporacin est profundamente afectada por elcarcter del l#uido #ue se concentra. "a gran variedad de caractersticas del l#uido es lo#ue ace #ue esta operacin constitu!a un arte separado de la simple transmisin decalor. "os factores ! criterios #ue a! #ue tener en cuenta ante un proceso deevaporacin son&

Concentracin.$l l#uido de alimentacin puede ser suficientemente diluido ! poseer mucas de laspropiedades fsicas del agua, pero a medida #ue aumenta la concentracin, la solucinad#uiere un carcter ms particular. "a densidad ! viscosidad aumentan con el contenidode slidos asta #ue la solucin se satura. "a ebullicin continuada de una solucinsaturada da lugar a la formacin de cristales #ue es preciso retirar para evitar laobstruccin de los tubos.

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Formacin de es!ma.Algunas sustancias orgnicas forman espuma durante la vaporizacin. Con el vapor saledel evaporador una espuma estable #ue origina gran arrastre. $n caso e-tremo, toda lamasa de l#uido es arrastrada por el vapor."ensi#i$idad a $a temerat!ra.

ucos productos #umicos, medicamentos ! alimentos se estropean cuando se calientana temperaturas moderadas por un corto tiempo. $n la concentracin de estos materiales,se utilizarn t%cnicas especiales para reducir la temperatura del l#uido ! el tiempo decalentamiento.

Incr!staciones.Algunas soluciones depositan costras sobre la superficie de calentamiento0 luego elcoeficiente global disminu!e paulatinamente asta #ue es preciso parar el evaporador !limpiar los tubos. 1i la costra es dura e insoluble, la limpieza es difcil ! costosa.

Materia$es de constr!ccin."os evaporadores se constru!en en ierro colado o acero. 2ero, mucas soluciones

atacan a los metales f%rreos o son contaminadas por ellos, siendo preciso utilizarmateriales como cobre, n#uel, acero ino-idable, aluminio, grafito ! plomo. Como estosson caros, resulta conveniente obtener elevadas velocidades de transmisin de calor paradisminuir el coste inicial del aparato.

Presin % temerat!ra.$l punto de ebullicin de la solucin est relacionado con la presin del sistema. Cuantoms elevada sea la presin de operacin del evaporador, ma!or ser la temperatura deebullicin. Adems, la temperatura de ebullicin tambi%n se eleva a medida #ue aumentala concentracin del material disuelto por la accin de la evaporacin. $ste fenmeno sellama elevacin del punto de ebullicin. 2ara mantener a un nivel bajo la temperatura delos materiales termosensibles suele ser necesario operar a presiones inferiores a la atm.,

esto es, al vaco.

"o$!#i$idad.A medida #ue se calienta la solucin ! aumenta la concentracin del soluto o sal, puedee-cederse el lmite de solubilidad del material en solucin ! se formarn cristales. $stolimita la concentracin m-ima #ue puede obtenerse por evaporacin de la solucin. 1emuestran algunas solubilidades en agua de ciertas sales en funcin de la temperatura. $nla ma!ora de los casos, la solubilidad de la sal aumenta con la temperatura. $sto significa#ue, al enfriar a temperatura ambiente una solucin concentrada caliente #ue proviene deun evaporador puede presente una cristalizacin.

Ca$or esec&'ico

Tio de e(aorador.)i#eracin de *a+es en e$ roceso de e(aoracin.

To,icidad.Pe$i*ro de e,$osin.Radiacti(idad.Condiciones est-ri$es etc.

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2ara determinar las condiciones ptimas de dise+o, se debe tener en cuenta una grancantidad de factores para obtener de esta manera, un e#uipo #ue tenga una relacinptima entre rendimiento de evaporacin, economa ! calidad del producto. 2araseleccionar el tipo de evaporador es necesario considerar&

Ca$idad de$ rod!cto. Rendimiento de$ e(aorador. Econom&a.

MECANI"MO" DE VAPORI/ACIONCuando a trav%s de un tubo flu!e vapor ! a#uel se encuentra sumergido en un recipientecon l#uido, se forman pe#ue+as burbujas de vapor de una forma completamente al azarsobre la superficie del tubo. $l calor #ue pasa a trav%s de la superficie del tubo donde nose forman burbujas, entra por conveccin al li#uido #ue lo rodea .algo del calor delli#uido flu!e entonces acia la burbuja, provocando evaporacin desde su superficieinterna acia el interior de ella misma .cuando se a desarrollado suficiente fuerzaasensorial entre la burbuja ! el li#uido, este se libera de las fuerzas #ue la mantienen

aderida al tubo ! sube a la superficie del recipiente.

2ara #ue esta conducta prevalezca, el li#uido debe estar mas caliente #ue su temperaturade saturacin en la burbuja incipientes esto es posible !a #ue la naturaleza esf%rica de laburbuja establece fuerzas de superficie en el li#uido , de manera #ue la presin desaturacin dentro de la burbuja es menor #ue la del li#uido #ue la rodea.."a temperaturade saturacin de la burbuja siendo menor #ue la del li#uido permite flujo del calor dentrode la burbuja. 1e a encontrado #ue la diferencia de temperatura del li#uidosobrecalentado ! la temperatura de saturacin del vapor es menor para las superficiesrugosas #ue para a#uellas lisas.

1e a encontrado #ue los siguientes factores afectan la velocidad de transferencia de

calor por vaporizacin de los recipientes ! an entorpecido, en gran parte la posibilidad deobtener una o dos correlaciones simples aplicables a la ma!ora de l#uidos&

3. 4aturaleza de la superficie ! distribucin de las burbujas.5. 2ropiedades del l#uido tales como tensin superficial, coeficiente de e-pansin !

viscosidad.. "a influencia de la diferencia de temperatura sobre la evolucin ! el vigor de las

burbujas.

"a influencia de la tensin superficial en la formacin de las burbujas ! su crecimiento, esun factor #ue se muestra en la siguiente figura.

1i la tensin superficial de un li#uido es baja, tiende a mojar las superficies de manera#ue la burbuja de la fig. (a) $s fcilmente ocluida por el li#uido ! asciende fcilmente .paral#uidos de tensin superficial inmediata (como en b) e-iste un balance momentneo entrela burbuja ! la pared del tubo de manera #ue es necesario formar una burbuja ms grandeantes de #ue las fuerzas asensoriales la liberen de la superficie del tubo. "a burbuja de lafigura c. 6ndica la influencia de una gran tensin superficial.

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I. TIPO" DE EVAPORI/ADOR CON U"O" VENTAJA" 0 DE"VENTAJA"1

A. EVAPORADORE" DE TUBO" 2ORI/ONTA)E"" a solucin a evaporarse ierve por fuera de los tubos orizontales, dentro de loscuales ierve el vapor. "os tubos orizontales interfieren con la circulacin natural dell#uido de ebullicin !, por tanto, minimizan la agitacin del l#uido.

Des(enta3as1 $l coeficiente total de transferencia de calor es menos #ue en otras formas de

evaporadores, en especial si la solucin es viscosa, se encuentran entre 5789tu:pie5;