Bhgc EVAPORACIÓN.

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1 bhgc EVAPORACIÓN

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3 bhgc EVAPORACION El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una solución, por tratamientos térmicos.

4 EVAPORACION Definición:
bhgc EVAPORACION Definición: Concentración de una disolución, por paso de parte del disolvente presente en la misma, a fase vapor. En la mayoría de los casos la operación se refiere a eliminación de agua

5 bhgc EVAPORACION Esta operación consiste en la separación de un disolvente volátil de un soluto no volátil por evaporación del disolvente El agua es el disolvente que con más frecuencia hemos de separar. La calefacción se efectúa por medio del vapor condensante Se utiliza cuando el producto alimenticio es un líquido, y se requiere quitar el agua La evaporación es así un proceso que es de uso frecuente por el tecnólogo del alimento.

6 Procesos que se puede usar para remover el agua :
Es la más adecuada para líquidos diluidos y no afecta la calidad del producto. Puede ser usada para la pre-concentración previa a la evaporación para alimentos líquidos que contengan menos del 10% de sólidos Osmosis reversa: Se puede usar para productos sensibles al calor o cuando las pérdidas de los componentes volátiles se debe minimizar. Se pueden alcanzar concentraciones de % Concentración por congelación Puede concentrar la mayoría de los alimentos líquidos fácilmente hasta un 50 % de sólidos y en el caso de soluciones azucaradas para la producción de caramelos duros, puede llegarse as 98% de sólidos. Evaporación Secado Requiere de mucha energía y una alimentación de alta concentración. Requiere de un proceso previo de preconcenmtración.

7 La elección del proceso de concentración depende de:
La extensión de la concentración requerida El efecto del proceso sobre el producto La fuente de energía disponible Los costos relativos de los procesos El objetivo es remover el agua, aumentando la concentración del soluto, y hacerlo con un costo mínimo: costo de capital + costo de operación (costo de energía, pérdida de producto, costo de limpieza).

8 Aplicaciones típicas de la evaporación en la industria de los alimentos
Jugos de frutas concentrados que se obtienen por evaporación a bajas temperaturas para proveer estabilidad al producto, minimizar los volúmenes de transporte y de almacenamiento. A partir del procesos de evaporación de las frutas se obtienen mermeladas y jaleas. FRUTAS LACTEOS La evaporación se usa en la industria de los lácteos para concentrar leche, suero y lactosa previo al secado. El azúcar refinado a partir de remolacha o de caña de azúcar se realiza por extracción del azúcar con agua caliente, evaporando el agua hasta la obtención del jarabe concentrado, y luego por evaporación controlada se genera la sobresaturación necesaria para el proceso de cristalización. Los jarabes de malta y glucosa se evaporan después de la hidrólisis enzimática de la cebada o el almidón de maíz. AZUCAR SAL En algunos países el agua fresca se produce por evaporación del agua de mar, que da sal como subproducto. Se concentra y cristaliza de manera similar al azúcar. VEGETALES Se extrae el agua de los jugos de vegetales para obtener una determinada textura como en los pures y pastas.

9 Objetivos de la evaporación:
bhgc Objetivos de la evaporación: Concentración de los alimentos jugos, leche y café antes de su deshidratación, congelación o esterilización Los granos de café se limpian y se tuestan (para el desarrollo del color: claro, medio, oscuro y flavor) . Se muelen y los solubles se extraen con agua caliente ( a contracorriente en extractores de lecho estático o continuo). La solución que deja el extractor tiene 15-28% de SS. Se enfría y se filtra. Luego se concentra en evaporadores al vacío, usualmente de múltiple efectos de película descendente, hasta un 60% de SS y finalmente se secan en sacadero spray o por congelación. Luego el extracto se purifica, se tamiza y se carbonata. Se agrega lima y se burbujea CO2. Se forman cristales de carbonato de calcio, se sedimentan y se filtran. El jugo se trata con SO2 para evitar el pardeamiento enzimático, y se filtra. Este jugo con un 15% de SS se concentra en un evaporador de múltiple efecto al vacío hasta un 50-60% de SS. Se usan evaporadores de tubos cortos verticales o evaporadores de platos. El jugo de caña se obtiene en molinos de rodillos y el de remolacha se obtiene cortando en rodajas la remolacha y sometiéndola a extracción con agua caliente a 55-85ºC, en extractores de lecho estático o móvil a contacorriente en múltiple etapas. La leche entera, la leche descremada, y el suero, se preconcentran por evaporación antes de ser deshidratados por secado spray, secado a tambor o secado por congelación. Muchos jugos de frutas son extraídos y concentrados en evaporadores de alto vacío y a baja temperatura (20ºC). El concentrado se congela cerca del área de crecimiento, y se transporta a otros lugares donde es diluido, empaquetado y vendido como jugo de fruta frío. Por ejemplo el jugo de naranja contiene un 12% de SS y se concentra hasta 65% de SS. Luego se concentra aún mas en un evaporador de tubos cortos de efecto único hasta la sobresaturación. Se siembra la solución para iniciar la cristalización. La leche entera contiene 12,5% de sólidos totales y se concentra por evaporación hasta un 40-50%. ahorro energético en las operaciones siguientes reduce gastos de almacenamiento, transporte y distribución La remoción parcial de agua reduce la masa y el volumen de líquido reduciendo así el costo de transporte, de almacanamiento y en algunos casos de empaquetamiento.

10 Objetivos de la evaporación:
bhgc Objetivos de la evaporación: Mejorar la conservación de los alimentos reducción de la actividad de agua mermeladas y melazas Suministrar un producto de uso más cómodo concentrados de frutas para diluir, sopas, pasta de tomate Esto es muy conveniente para el consumidor o para el fabricante ( pectinas líquidas, concentrados para el uso en helados o productos de panadería) Cambiar aroma y/o color de los alimentos jarabes caramelizados para panadería y pastelería

11 La cantidad de calor viene dada por:
bhgc La evaporación se lleva a cabo por la transferencia de calor desde el vapor condensante hasta la disolución a concentrar. La cantidad de calor viene dada por: Q = U A DT Donde: U: Es el coeficiente global de transferencia de calor A : Es el área de transferencia de calor DT : es la diferencia de temperatura entre el vapor condensante y el líquido hirviente

12 Factores que afectan el proceso de evaporación
bhgc Factores que afectan el proceso de evaporación Aumento de la temperatura de ebullición al aumentar la concentración de la solución El punto de ebullición de una solución es más alto que la del solvente puro a la misma presión . Cuanto más alto es el contenido de sólidos solubles de la solución, más alto es el punto de ebullición.- Cuando la evaporación avanza y la concentración de SS aumenta, la temperatura de evaporación aumenta. Si la temperatura del vapor usada para calentar el líquido se mantiene constante, la diferencia de temperatura entre él y el líquido que se evapora, disminuye Esto disminuye la velocidad de transferencia de calor y la velocidad de evaporación. Para mantener constante la velocidad de evaporación la presión de vapor debe aumentar Por ejemplo, el aumento de ebullición de una solución de azúcar que contiene 50% SS es de 7ºC. Posible alcance del límite de solubilidad formación de cristales La viscosidad de la mayoría de los líquidos aumenta cuando el contenido de sólidos aumenta durante la evaporación. Esto conduce a la reducción de la velocidad de circulación y de transferencia de calor en la sección del evaporador Esto influye en la selección del tipo de evaporador: Evaporadores de película descendente para líquidos moderadamente viscosos, y de película delgada agitada para líquidos muy viscosos. El aumento en la viscosidad puede limitar la concentración máxima que se puede obtener en la evaporación. Posible degradación térmica de los alimentos evaporación a vacío Cuando la solución se va concentrando la temperatura de ebullición aumenta. La evaporación puede tomar algunos minutos o unas pocas horas. La exposición de los alimentos líquidos a altas temperaturas por largos tiempos pueden causar cambios en el color y en el flavor de los alimentos. Estos pueden ser deseables (caramelos toffe) o indeseables en el caso de líquidos sensibles al calor ( jugos de frutas o leche) Para reducir los daños se debe reducir la presión en el evaporador por debajo de la presión atmosférica por medio de condensadores, bombas de vacío o eyectores de vapor. Esto reduce la temperatura a la cual el líquido se evapora. Típicamente la presión en el evaporador estará en un rango de 7,5 a 85 kPa abs que corresponden a una temperatura de evaporación en el rango de 40 a 95ºC. El uso de presiones más bajas es antieconómico. Esto se conoce con el nombre de evaporación al vacío. La s temperaturas de evaporación que prevalecen en la evaporación al vacío hacen que se pueda mantener una diferencia de temperatura razonable entre el medio de calefacción y el líquido en ebullición . Esto limita los cambios indeseables en el color y en el flavor de los productos. Posible formación de espumas Pérdidas de material al ser arrastradas las espumas por el vapor a la salida del evaporador Algunos líquidos espuman cuando hierven vigorosamente en el evaporador : proteínas de la leche descremada . Esto reduce la velocidad de transferencia de calor y la velocidad de evaporación. Resulta en una excesiva pérdida del producto con el vapor que deja la sección de calentamiento, contamina el agua fría que se usa en los condensadores y conduce a problemas en los efluentes. Se pueden usar antiespumantes, siempre y cuando estén permitidos Posible elevación de la viscosidad durante el proceso al aumentar la concentración El ensuciamiento de las superficies de transferencia de calor disminuye la velocidad de transferencia de calor y de evaporación. También puede necesitar procedimientos de limpieza costosos. Este ensuciamiento debe tenerse en cuenta en el diseño y en la selección de los evaporadores: Evaporadores de circulación forzada o de película delgada agitada disminución del coeficiente global de transferencia de calor Posibles incrustaciones sobre las superficies de calentamiento Reducción del coeficiente de transmisión de calor

13 La cantidad de calor viene dada por:
bhgc La evaporación se lleva a cabo por la transferencia de calor desde el vapor condensante hasta la disolución a concentrar. La cantidad de calor viene dada por: Q = U A DT Donde: U: Es el coeficiente global de transferencia de calor A : Es el área de transferencia de calor DT : es la diferencia de temperatura entre el vapor condensante y el líquido hirviente

14 a) La velocidad de transferencia de calor al líquido.
bhgc Los factores principales que afectan a la velocidad de evaporación (Q) son: a)   La velocidad de transferencia de calor al líquido. La cantidad de calor necesaria para evaporar cada kilogramo de agua. Temperatura máxima que permite el líquido La presión a la cual tiene lugar la evaporación Cualquier cambio que puede ocurrir en el producto alimenticio durante el proceso de la evaporación

15 U : Coeficiente global de transferencia de calor
bhgc U : Coeficiente global de transferencia de calor Este coeficiente incluye: El coeficiente de condensación del vapor de calefacción La resistencia de conducción del material que forma la superficie de intercambio de calor (incluyendo los depósitos sólidos) El coeficiente de convección del líquido hirviente Se determinan experimentalmente para cada caso en particular También se dispone de gráficas para diferentes evaporadores Los valores de los coeficientes globales de transmisión de calor (U) para los evaporadores son del orden de 1800 – 5000 J m-2 s-1 ºC-1 para la evaporación de agua destilada en un evaporador de tubo vertical al que se le suministra calor por condensación de vapor de agua.

16 Verticales de tubos largos Circulación natural 1000–3500
Coeficientes de transferencia de calor globales para diferentes tipos de evaporadores Evaporador U (W/m2 ·°C) Verticales de tubos largos Circulación natural –3500 Circulación forzada –12000 Tubos cortos Tubos horizontales –2300 Tipo calandria –3000 Serpentines –2300 Película agitada (Líquidos newtonianos) Viscosidad 1 mPa·s 100 mPa·s 104 mPa·s Source: McCabe, W.L. and Smith, J.C., Operaciones Bósicasde Ingeniería Quínica, Reverté, Barcelona, Spain, 1968.

17 DT : Diferencia de temperaturas
bhgc DT : Diferencia de temperaturas Es función de los siguientes factores: Las condiciones del vapor de calefacción La presión de la cámara de evaporación La concentración de la disolución

18 El evaporador tiene dos funciones principales:
bhgc El evaporador tiene dos funciones principales: a)     Intercambiar calor Separar el vapor que se forma del líquido.

19 EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO
bhgc EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO Cámara de evaporación Cámara de condensación Vapor Hacia el condensador Alimentación Tubos de intercambio de calor Vapor de agua Condensado Producto concentrado

20 EL EVAPORADOR DE SOLO EFECTO
bhgc EL EVAPORADOR DE SOLO EFECTO El evaporador típico se compone de tres secciones principales: El cambiador de calor La sección de evaporación, donde el líquido bulle y se evapora. El separador, en el cual el vapor se separa del líquido y se dirige hacia el condensador o a otro equipo.

21 bhgc En muchos evaporadores estas tres secciones están contenidas en un solo cilindro vertical: En el centro existe una sección calentada por vapor de agua, atravesada por tubos por los que circula el líquido a evaporar En la parte superior del cilindro hay unos deflectores que permiten pasar al vapor pero no a las gotas de líquido que puedan acompañarle. El vapor de agua se condensa en la camisa, haciendo que el líquido a evaporar entre en ebullición en el interior de los tubos y en el espacio encima de la placa que fija los tubos.

22 La resistencia al flujo de calor está determinada por:
bhgc La resistencia al flujo de calor está determinada por: Los coeficientes de vapor de agua y de película líquida Por el material de las paredes del tubo. La velocidad de circulación del líquido afecta notablemente a las velocidades de evaporación, aunque es muy difícil predecir cuales son las velocidades de circulación y la forma de flujo.

23 bhgc Cuando existen sólidos disueltos la concentración del líquido que se evapora crece: La viscosidad aumenta, se dificulta la circulación. Los valores de U suelen ser mucho menores que 1800 – 5000 J m-2 s-1 ºC-1 y las velocidades de ebullición son más pequeñas. Aumenta la temperatura de ebullición, se reduce la diferencia de temperatura disponible y disminuye la velocidad total de transmisión de calor. Los valores de U varían con las diferencias de temperaturas, con lo cual el diseño teórico de un evaporador está sometido a amplios márgenes de incertidumbre.

24 bhgc EVAPORACIÓN POR VACIO Si el líquido a evaporar puede alterarse por exposición a temperaturas elevadas, es necesario reducir la temperatura de ebullición trabajando a presiones bajas Las presiones reducidas se obtienen por eyectores de vapor de agua o por bombas de vacío. La bombas mecánicas de vacío son en general más baratas que los eyectores de vapor en gastos de mantenimiento, pero más caras en costo. El líquido condensado se puede bombear fuera del sistema o bien se descarga por medio de una columna barométrica. Las bombas de vacío trabajan con los incondensables, que pueden descargarse a la atmósfera.

25 TRANSMISIÓN DE CALOR EN LOS EVAPORADORES
bhgc TRANSMISIÓN DE CALOR EN LOS EVAPORADORES El calor se suministra desde una fuente exterior a temperatura adecuada Puede ser: vapor de agua calefacción directa calefacción con resistencias eléctricas (elevado costo) agua caliente (para productos sensibles) vapor de agua a presión baja (se requiere grandes volúmenes)

26 En los evaporadores los cálculos se realizan combinando:
bhgc En los evaporadores los cálculos se realizan combinando: Balances de materia Balance de energía Principios de la transferencia de calor.

27 Balances de materia y energía en un evaporador
bhgc Balances de materia y energía en un evaporador Q

28 Criterios de selección de evaporadores
bhgc Criterios de selección de evaporadores Para determinar las condiciones óptimas de diseño, se debe tener en cuenta una gran cantidad de factores para obtener de esta manera, un equipo que tenga una relación óptima entre rendimiento de evaporación, economía y calidad del producto. Calidad del producto Rendimiento del evaporador Economía

29 bhgc PROBLEMA 1 En un evaporador de simple efecto se concentra una solución de NaOH a razón de Kg/h, desde el 10% al 40 % . El vapor de calefacción es vapor de agua saturado a 3.4 atm absolutas y abandona la cámara de condensación a la temperatura de condensación. (Pabs = Patm + Pman) En la cámara de evaporación se mantiene una presión absoluta de 150 mmHg. Consideremos en primer lugar que el calor de dilución es despreciable. La pérdida de calor al exterior por convección y radiación son despreciables. El coeficiente integral de transferencia de calor vale 1700 kcal/m2h °C y el calor específico de la alimentación es Cp=0,9 Kcal/Kg °C . La disolución puede entrar al evaporador a : 30°C , 60 °C, 80°C. Determínese para cada una de las condiciones de entrada : Consumo de vapor vivo Superficie de calefaccion Economía del proceso

30 Producto concentrado (S)
bhgc BALANCE DE MASA (Kg / h) Total sólido liquido Solución diluida (F) 10000 1000 9000 Producto concentrado (S) 2500 1500 Agua evaporada (E) 7500

31 BALANCE ENTALPICO: Cámara de evaporación Cámara de condensación
bhgc BALANCE ENTALPICO: Cámara de evaporación Pabs = 150 mmHg = 0,20 Kg/cm2  Teb = 60°C  levap =Hv - hl =(623,1 – 59,61) Kcal/Kg = 563,5 kcal/Kg Cámara de condensación Pabs = 3,4 atm = 3,51 Kg/cm2  Tcond = 138,2 °C  lW =Hv - hl =(652 –139) Kcal/Kg = 513 kcal/Kg

32 La alimentación entra a menor temperatura que la cámara de evaporación (tf < teb)
La alimentación entra a la temperatura que la cámara de evaporación (tf = teb) La alimentación entra a mayor temperatura que la cámara de evaporación (tf > teb)

33 bhgc b) Donde DT util =138,2°C – 60°C = 59,6°C c)

34 Si después de algun tiempo, debido a las incrustaciones, el U disminuye a 1300 kcal/m2 h °C y se mantienen las demás condiciones, calcular la presión a la que debe mantenerse la cámara de evaporación para que la capacidad sea la misma (E/A)

35 Si después de algun tiempo, debido a las incrustaciones, el U disminuye a 1300 kcal/m2 h °C y se mantienen las demás condiciones, calcular las condiciones del vapor de calefacción si no varía la presión en la cámara de evaporación para que la capacidad sea la misma (E/A)

36 ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN
bhgc ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN Mientras que procede la evaporación, el licor que permanece en el evaporador se concentra y su punto de ebullición se eleva El grado de la elevación del punto de ebullición depende de la naturaleza del material que es evaporado y de los cambios de la concentración La elevación del punto de ebullición se puede calcular por la ley de Raoult: DT = kx                                           donde: DT : es la elevación del punto de ebullición x : es la fracción molar del soluto k: es un constante de proporcionalidad.

37 bhgc • La presencia de solutos provoca un incremento en el punto de ebullición Disoluciones acuosas Disoluciones acuosas Zumos

38 (Diagrama de Durhing para el NaCl)
bhgc Para las disoluciones iónicas las desviaciones experimentales son grandes. En la práctica para el cálculo del incremento del punto de ebullición hacemos uso de la regla de Durhing. Regla de Durhing: si se representa el punto de ebullición de una disolución frente a la temperatura de ebullición del disolvente los puntos correspondientes a distintas presiones caerán sobre una recta (Diagrama de Durhing para el NaCl)

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40 Gráficos de Dühring Zumo de tamarindo 80 62,1% 70 54,8% 43,1% 30,7%
bhgc Gráficos de Dühring Zumo de tamarindo 80 62,1% 70 54,8% 43,1% 30,7% Temperatura de ebullición de los zumos (°C) 60 20,2% 50 40 45 55 65 75 Temperatura de ebullición del agua (°C)

41 Diagrama de Durhing para el Na(OH)
bhgc Diagrama de Durhing para el Na(OH) Temperatura de ebullición de la solución, °C Temperatura de ebullición del H2O, °C 0% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% Teb disolución = f(Teb agua, %peso)

42 Soluciones acuosa de sacarosa
bhgc Gráficos de Dühring Soluciones acuosa de sacarosa 125 g sacarosa 100 g agua 1.000 800 600 400 100 200 Temperatura de ebullición de la solución (°C) 75 50 50 75 100 Temperatura de ebullición de agua (°C)

43 Entalpía ,Kcal/Kg solución
bhgc Entalpía ,Kcal/Kg solución % en peso de Na(OH) DIAGRAMA ENTALPÁ CONCENTRACIÓN DEL SISTEMA Na(OH)-H2O

44 bhgc PROBLEMA 2 En un evaporador de simple efecto se concentra una solución de NaOH a razón de Kg/h, desde el 10% al 40 % . El vapor de calefacción es vapor de agua saturado a 3,4 atm absolutas y abandona la cámara de condensación a la temperatura de condensación. (Pabs = Patm + Pman) En la cámara de evaporación se mantiene una presión absoluta de 150 mmHg. La pérdida de calor al exterior por convección y radiación son despreciables. El coeficiente integral de transferencia de calor vale 1700 kcal/m2h °C y el calor específico de la alimentación es Cp=0,9 Kcal/Kg °C . La disolución puede entrar al evaporador a : 30°C. Determínese para cada una de las condiciones de entrada : Consumo de vapor vivo Superficie de calefaccion Economía del proceso

45 Producto concentrado (S)
bhgc BALANCE DE MASA (Kg / h) Total sólido liquido Solución diluida (F) 10000 1000 9000 Producto concentrado (S) 2500 1500 Agua evaporada (E) 7500

46 BALANCE ENTALPICO: Cámara de condensación Cámara de evaporación
bhgc BALANCE ENTALPICO: Cámara de condensación Pabs = 3,4 atm = 3,51 Kg/cm2  Tcond = 138,3 °C  lW =Hv - hl =(651 –139) Kcal/Kg = 513 kcal/Kg Cámara de evaporación Pabs = 150 mmHg = 0,20 Kg/cm2  Teb = 60°C  levap =Hv - hl =(623,2 – 59,61) Kcal/Kg = 563,5 kcal/Kg Si no hubiera incremento en el punto de ebullición la disolución herviría A 60°C . Si embargo, cuando la solución de NaOH se concentra , el punto de ebullición aumenta. Del gráfico de Durhing para el NaOH

47 Diagrama de Durhing para el Na(OH)
bhgc Diagrama de Durhing para el Na(OH) Temperatura de ebullición de la solución, °C Temperatura de ebullición del H2O, °C 0% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% Teb (agua) = 60°C Xs= 0,4 Teb (conc) = 86°C 86

48 BALANCE ENTALPICO: Cámara de evaporación
bhgc BALANCE ENTALPICO: Cámara de evaporación Del gráfico de Durhing para el NaOH Si Teb /agua pura = 60°C y xS = 0,40 →Teb = 86°C La disolución hierve a 86°C .Hay un incremento de : 86°C – 60°C = 26°C en el punto de ebullición,Δe = 26°C Y el DT util =138°C – 60°C – 26°C=52°C La entalpía del vapor generado=He=[ 623,2+ (0,46x26)]Kcal/Kg=635,2Kcal/Kg

49 Entalpía ,Kcal/Kg solución
bhgc Entalpía ,Kcal/Kg solución % en peso de Na(OH) Xs= 0,4 Ts= 86°C hs= 91 kcal/kg DIAGRAMA ENTALPÁ CONCENTRACIÓN DEL SISTEMA Na(OH)-H2O Xf= 0,1 Tf= 30°C hf= 25 kcal/kg

50 bhgc

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52 Δtutil (°C) 78 53 W (kg/h) 8765 9243 A (m2) 34 54 Economía 0,86 0,81
Sin considerar Δe Considerando Δe Δtutil (°C) 78 53 W (kg/h) 8765 9243 A (m2) 34 54 Economía 0,86 0,81

53 Si después de algun tiempo, debido a las incrustaciones, el U disminuye a 1300 kcal/m2 h °C y se mantienen las demás condiciones, calcular la presión a la que debe mantenerse la cámara de evaporación para que la capacidad sea la misma (E/A) Si U se reduce, y se mantienen E = 7500 kg/h, y A = 54m2, ΔTutil AUMENTA Temperatura en la cámara de evaporación. Ts

54 Si U se reduce, la presión en la cámara de evaporación disminuye
Del gráfico de Durhing para el NaOH Si Teb = 70°C y xS = 0,40 →Tagua pura = 44°C

55 Consumo horario de vapor de calefacción Superficie de calefacción
bhgc Ejemplo 3 En un evaporador simple se tratan Kg/h de una disolución de NaOH al 10% que ha de concentrarse hasta el 50% en peso. El vapor empleado como medio de calefacción es vapor saturado a 3,5 atm y una vez condensado sale a la temperatura de condensación. El vacío mantenido en la cámara de evaporación es de 620 mmHg referido a la presión atmosférica normal. El coeficiente integral de transferencia de calor vale 1600 Kcal/m2h°C . Si la alimentación entra a 40°C y no se pierde calor al exterior, calcular: Consumo horario de vapor de calefacción Superficie de calefacción Economía

56 BALANCE DE MASA (Kg / h) Total sólido liquido Solución diluida 15000
bhgc BALANCE DE MASA (Kg / h) Total sólido liquido Solución diluida 15000 1500 13500 Producto concentrado 3000 Agua evaporada 12000

57 bhgc Ejemplo 4 Una disolución de NaOH se concentra desde el 8% hasta el 25% en peso en un evaporador simple a razón de 3000 Kg/h. Antes de entrar la disolución en el evaporador se calienta en un cambiador de calor hasta 70ºC, empleando como medio de calefacción el condensado que sale de la cámara de condensación. Para la calefacción del evaporador se emplea vapor saturado 108ºC manteniéndose la cámara de evaporación a la presión absoluta de 90 mmHg. Determínese el coeficiente integral de transmisión de calor U sabiendo que la superficie de calefacción es de 20 m2.

58 bhgc Condensadores En los evaporadores que trabajan bajo presión reducida, la bomba de vacío va precedida por un condensador que elimina la mayor parte del vapor condensándolos a un líquido Un condensador es un equipo de transferencia de calor utilizado para licuar vapores eliminando su calor latente El calor latente se retira absorbiéndolo con un líquido más frío denominado refrigerante

59 Los condensadores se dividen en dos clases:
bhgc Los condensadores se dividen en dos clases: 1. Condensadores de tubo y coraza El vapor condensante y el refrigerante están separados por una superficie tubular de transferencia de calor 2. Condensadores de contacto Las corrientes de vapor y refrigerante (ambas son por lo general agua) se mezclan físicamente y abandonan el condensador formando una sola corriente a. Condensadores de superficie b. Condensadores de chorro (jet). Los condensadores de superficie proporcionan suficiente superficie de transmisión de calor para que el vapor ceda el calor latente de vaporización al agua de enfriamiento En un condensador de jet, los vapores se mezclan con una corriente del agua del condensador en cantidad suficiente para absorber el calor latente de los vapores.

60 La presión en el evaporador es de 15 cm de mercurio =
bhgc EJEMPLO 5. Agua requerida en un condensador de jet para un evaporador ¿Cuánto agua sería requerida en un condensador de jet para condensar los vapores procedentes de un evaporador que evapora 5000 kilogramos h-1 de agua con un vacío de 15 cm de mercurio? El agua de condensación está disponible a 18°C y la temperatura permisible más alta para el agua descargada del condensador es de 35°C. Balance de calor La presión en el evaporador es de 15 cm de mercurio = = Z r g = 0.15 x 13.6 x 1000 x 9.81 = 20 kPa A partir de las tablas de vapor , la T de condensación del agua a 20 kPa es 60°C y el l de vaporización es de kJ kg-1

61 Calor extraído en el condensado
bhgc Calor extraído en el condensado = 2358 x ( ) x x 103= = 2.46 x 106 J kg-1 Calor absorbido por el agua de vaporización = ( ) x x 103= = 7.1 x 104 J kg-1 Cantidad de calor necesario por hora = 5000 x 2.46 x 106 J  la cantidad de agua de refrigeración necesaria por hora será: = (5000 x 2.46 x 106)/7.1 x 104= = 1.7 x 105 kg

62 Diferencia de temperatura media :(60 - 18)/2 + (60 - 35)/2 = 33.5°C.
bhgc EJEMPLO 6: Área del intercambio de calor para un condensador superficial para un evaporador ¿Cuál es el área del intercambio de calor requerida para un condensador de superficie operando bajo las mismas condiciones que el condensador de jet del ejemplo 2, si se asume que el valor de U es 2270 J m-2 s-1 °C-1, y despreciando cualquier sobreenfriamiento del líquido? Si las diferencias de la temperatura son pequeñas, se pueden utilizar las medias aritméticas de las temperaturas Diferencia de temperatura media :( )/2 + ( )/2 = 33.5°C. Cantidad de calor requerido por el condensado: UA DT 5000 x 2.46 x 106 = 2270 x A x 33.5 x 3600 Área de transferencia de calor requerida    = 45 m2 Este sería un condensador muy grande, por este motivo frecuentemente se prefieren los condensadores de jet