8/18/2019 Problemas Evaporación

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  UNSM-T-FIAI-DAIAIIngeniería Agroindustrial III

Problemas de Evaporación

1.  Se está usando un evaporador con una área de 85 m2  y U= 2750 W/m2 K para obtener el agua destilada que se alimenta a una

caldera. Al evaporador se introduce agua municipal que tiene 1600 ppm de sólidos disueltos a 20 °C y La unidad opera a 1.2

atm abs de presión. Se dispone de vapor de agua saturado a 140 °C. Calcúlese La cantidad de agua destilada que se produce

 por hora cuando el líquido de salida contiene 9500 ppm de sólidos.

2.  Se está usando un evaporador de efecto triple con circulación forzada y alimentación en retroceso para concentrar una solución

de NaOH al 5 % en peso a 60°C hasta 40 %. El vapor de agua empleado entra a 90 kPa manométricas. La presión absoluta

en el espacio de vapor del tercer efecto es 15 kPa. La velocidad de alimentación es 18400 kg/h. Los coeficientes detransferencia de calor son U1 = 5380, U2 = 3770 y U3 = 2450 W/m2 K. Todos los efectos tienen la misma área. Calcúlense el

área superficial y el consumo de vapor de agua.

3.  Se está concentrando jugo de naranja com 12 % de sólidos em peso hasta 50% de sólidos em um evaporador de tipo película.

La temperatura máxima permisible para el jugo de tomate es 57°C, que será la temperatura del producto. La alimentación

entra a 25 °C. Se usa vapor de água saturado a 150 kPa como médio de calentamiento. El coeficiente total de transferência de

calor U es igual a 1989 W/m2 K y El área es 14 m2 . Se estima que la capacidad calorífica del jugo es Cp = 4.19- 1.5 x.

Calcúlese la velocidad de alimentación del jugo de naranja al evaporador.

4.  Se está usando un evaporador de efecto triple con circulación forzada y alimentación mixta para concentrar una solución de

 NaOH al 15% en peso a 50°C hasta 50%. El vapor de agua empleado entra a 95 kPa manométricas. La presión absoluta en el

espacio de vapor del tercer efecto es 7 kPa. La velocidad de alimentación es 40200 kg/h. Los coeficientes de transferencia de

calor son U1 = 6320, U2 = 3870 y U3 = 2650 W/m2 K. Todos los efectos tienen la misma área. Calcúlense el área superficial y

el consumo de vapor de agua.

5.  Un evaporador de efecto simple está concentrando una alimentación de solución de coloides orgánicos desde 7 % hasta 60 %

en peso. La solución tiene una elevación del punto de ebullición EPE = 5.4x + 8.77 x2. La capacidad calorífica de la

alimentación es cp = 4.19 –  2.4  x, kJ/kg K y la alimentación entra a 30 °C. Se dispone de vapor de agua saturado a 200 kPa

y la presión en el espacio del vapor del evaporador es 20 kPa. Se desea evaporar un total de 12000 kg/h de agua. El

coeficiente total de transferencia de calor es 1187 W/m2 K. ¿Cuáles son los requerimientos de área superficial en m2 y de

consumo de vapor de agua?

6.  Un evaporador está concentrando F kg/h a 100°C de una solución de NaOH al 10% en peso hasta 30 % en peso. El vapor de

agua saturado usado para el calentamiento está a 200 °C. La presión en el espacio de vapor del evaporador es 15 kPa. El

coeficiente total de transferencia de calor es 2958 W/m2 K y el área es 84 m2. Calcúlense la velocidad de alimentación F del

evaporador.

7. 

Un evaporador de efecto triple con alimentación mixta está evaporando una solución de azúcar con una EPE °C = 3.5  x + 9.22 x

2  desde 18 % en peso hasta 60 %. Se está usando vapor de agua saturado a 180 kPa. La presión en el espacio del vapor del

tercer efecto es 20 kPa . La velocidad de alimentación alcanza 9000 kg /h y la temperatura es 50 °C. La capacidad calorífica

del líquido es c p = 4.19 –  2.5  x, donde c p está en kJ/kg K y x es la fracción en peso. Los coeficientes de transferencia de calor

son U1 = 3023, U2 = 2297 y U3 = 1135 W/m2 K. Calcúlense el área superficial de cada efecto cuando todos ellos tienen la

misma área. Así como la misma velocidad de vapor de agua.

8.  Un evaporador de efecto triple con alimentación en retroceso está evaporando una solución de azúcar con una EPE °C = 3.5  x 

+ 9.22  x2  desde 18 % en peso hasta 40 %. Se está usando vapor de agua saturado a 160 kPa. La presión en el espacio del

vapor del tercer efecto es 20 kPa . La velocidad de alimentación alcanza 15000 kg /h y la temperatura es 50 °C. La capacidad

calorífica del líquido es c p = 4.19 –  2.5  x, donde c p está en kJ/kg K y x es la fracción en peso. Los coeficientes de transferencia

de calor son U1 = 3023, U2 = 2297 y U3 = 1135 W/m2 K. Calcúlense el área superficial de cada efecto cuando todos ellos

tienen la misma área. Así como la misma velocidad de vapor de agua.

9. 

Se está usando un evaporador de efecto triple con circulación forzada y alimentación hacía adelante para concentrar unasolución de NaOH al 10% en peso a 45°C hasta 50%. El vapor de agua empleado entra a 150 kPa manométricas. La presión

absoluta en el espacio de vapor del tercer efecto es 7.5 kPa. La velocidad de alimentación es 25000 kg/h. Los coeficientes de

transferencia de calor son U1 = 4350, U2 = 3570 y U3 = 2270 W/m2 K. Todos los efectos tienen la misma área. Calcúlense el

área superficial y el consumo de vapor de agua.

10.  Una alimentación de 4535 kg/h de solución de sal al 2.0% en peso a 3ll K, entra continuamente a un evaporador deefecto simple para concentrarse a 3.0%. La evaporación se lleva a cabo a presión atmosférica y el área del evaporador es69.7 m2. El calentamiento se logra con vapor de agua saturado a 383.2 K. Puesto que la solución es diluida, se puede

suponer que tiene el mismo punto de ebullición del agua. Se estima que la capacidad calorífica de la alimentación es cp=4.10 kJ/kg K. Calcule las cantidades de vapor y de líquido producidas y el coeficiente total de transferencia de calor U.

11.  Un evaporador de efecto simple concentra una alimentación de 9072 kg/h de una solución de NaOH al 10% en peso en

agua para obtener un producto con 50% de sólidos. La presión del vapor de agua saturado es 42 kPa (manométricas) y la presión en el evaporador es 20 kPa (abs). El coeficiente total de transferencia de calor es 1988 W/m2  K. Calcule lacantidad de vapor de agua que se usa, la economía de vapor en kg vaporizados/kg vapor de agua y el área para lassiguientes condiciones de alimentación: a) Temperatura de alimentación a 288.8 K (15.6 °C). b) Temperatura de

alimentación a 322.1 K (48.9 °C).

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12.  Para concentrar 4536 kg/h de una solución de NaOH al 10% en peso hasta el 20% en peso, se usa un evaporador deefecto simple con área de 37.6 m2. La alimentación entra a 21.1 °C (294.3 K). Se usa vapor de agua saturado a 110 “C

(383.2 K) como medio de calentamiento y la presión en el evaporador es de 5 1.7 kPa. Calcule los kg/h de vapor de aguautilizado y el coeficiente total de transferencia de calor.

13.  Una alimentación que contiene 2% en peso de solidos orgánicos disueltos en agua se introduce a un evaporador deefecto doble con alimentación en retroceso. La alimentación entra a 100 ‘F y se concentra hasta 25% de sólidos. Tanto la

elevación del punto de ebullición como el calor de disolución pueden despreciarse. Cada evaporador tiene un área de1000 pies2  y los coeficientes de transferencia de calor son U1  = 500 y U2 = 700 btu/h pie2 °F. La alimentación seintroduce al efecto 2 y en el efecto 1 se alimenta vapor de agua a 100 lb/pulg2 abs. La presión en el espacio del vapor del

efecto 2 es 0.98 lb/pulg2 abs. Suponga que la capacidad calorífica de todos los líquidos es igual a la del agua líquida.Calcule la velocidad de alimentación F y la velocidad del producto L1 de una solución que contiene 25% de sólidos.[Sugerencia: Suponga una velocidad de alimentación de, por ejemplo, F = 1000 Ib/h. Calcule el área. Después calcule la

alimentación real multiplicando 1000 por (área dada/área calculada.)]