10 EvaporaciAn

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA 
TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
Xavier Pizarro Villanueva – Ingeniería Civil Química 
[1] 
 
EVAPORACION. 
1. Introducción. 
 
 La evaporación es un cambio progresivo del estado líquido al estado gaseoso. El proceso de 
evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una solución, por tratamientos térmicos. 
 
 La separación de vapor-líquido se utiliza para evitar el arrastre (alto valor de productos perdidos), 
la contaminación del vapor condensado o el ensuciamiento o la corrosión de las superficies en que 
se condensa el vapor. 
 
 La resolución práctica de un problema de evaporación está afectada por el carácter del líquido que 
se concentra. La gran variedad de características del líquido es lo que hace que esta operación 
constituya un are separado de la simple transmisión de calor. 
 
 Para determinar las condiciones óptimas de diseño, se debe tener en cuenta una gran cantidad de 
factores para obtener un equipo que tenga relación óptima entre rendimiento de evaporación, 
economía y calidad de producto. 
 
 Los procesos de evaporación dependen entre otros parámetros de la concentración, formación de 
espuma, sensibilidad a la temperatura, las incrustaciones, materiales de construcción, solubilidad, 
presión y temperatura. 
 
 La superficie de calentamiento representa la mayor parte del costo del evaporador. 
 
 El desempeño del evaporador se clasifica sobre la base de la economía del vapor (kg de disolvente 
evaporado por kg de vapor empleado). Se necesita calor para: 
 
o Elevar el material alimentado desde su temperatura inicial hasta la de ebullición 
o Proporcionar la energía termodinámica mínima para separar el disolvente líquido del material. 
o Vaporizar el disolvente 
 
 Para la alimentación, se puede modificar al reducir la temperatura de ebullición o mediante el 
intercambio de calor entre la alimentación y el producto residual (condensado). El mayor 
incremento en la economía del vapor se logra reutilizando el disolvente vaporizado. 
 
 El evaporador de efectos múltiples utiliza el vapor de un efecto como medio de calentamiento 
para otro, en el que se produce ebullición a una presión y a una temperatura más baja. 
 
 Un evaporador de termo-compresión, es otro método de incremento de la utilización de energía, 
en el que el vapor se comprime de tal modo que se condense a una temperatura suficiente alta 
como para permitir su uso como medio de calentamiento en el mismo evaporador. 
 
UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA 
TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
Xavier Pizarro Villanueva – Ingeniería Civil Química 
[2] 
 
2. Tipos de Evaporadores. 
 
 Los evaporadores se puede clasificar como: 
 
o El medio de calentamiento está separado del líquido en evaporación mediante superficies 
tubulares de calentamiento. 
o El medio de calentamiento está confinado por serpentinas, camisas, paredes dobles, etc. 
o El medio de calentamiento está en contacto directo con el líquido en evaporación. 
o El medio de calentamiento es la radiación solar. 
 
 Evaporadores de Circulación Forzada (FC) 
 
o Aunque pueden no ser los más económicos para muchos usos, los evaporadores de circulación 
forzada (FC) son apropiados para gran variedad de aplicaciones. 
 
o En los Evaporadores FC se obtienen altos coeficientes de transferencia de calor cuando se permite 
que el líquido hierva en los tubos (Figura a). Este evaporador se emplea raramente, excepto 
cuando hay limitaciones de espacio superior o cuando el líquido no forme sales ni escamas. 
 
o La mayor parte de los Evaporadores FC son del tipo sumergido (Figura b), este tipo por lo general 
es inmune a la formación de sales en los tubos, puesto que no se genera sobresaturación 
mediante la evaporación en los tubos. También se reduce la formación de escamas. 
 
o También existen los Evaporadores FC de tubo sumergido en el que se separan por completo el 
calentamiento, la evaporación y la cristalización (Figura c). Este tipo se adapta bien al desarrollo de 
cristales gruesos. 
 
UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA 
TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
Xavier Pizarro Villanueva – Ingeniería Civil Química 
[3] 
 
o Ventajas del Evaporador FC 
1. Coeficientes de Transferencia de Calor Altos. 
2. Circulación positiva. 
3. Libertad relativa de ensuciamientos, formación de sales y escamas. 
 
o Desventajas del Evaporador FC 
1. Costo Elevado 
2. Energía necesaria para la bomba de circulación. 
3. Tiempo de residencia o retención relativamente altos. 
 
o Mejores aplicaciones del Evaporador FC 
1. Productos cristalinos. 
2. Soluciones Corrosivas. 
3. Soluciones viscosas. 
 
o Dificultades encontradas con frecuencia en el Evaporador FC. 
1. Atascamiento de las entradas de los tubos por deposiciones de sales. 
2. Mala circulación, debido a las pérdidas de carga más altas que las esperadas. 
3. Formación de deposiciones de sales, debido a la ebullición en loo tubos. 
4. Corrosión y erosión. 
 
 Evaporadores Verticales de Tubo Corto. 
 
o Es uno de los primeros tipos de evaporador (todavía se emplea mucho en forma comercial). 
o Su uso principal en la actualidad, es la evaporación del jugo de la caña de azúcar. 
o La circulación y la transferencia de calor se ve afectada fuertemente por el nivel del líquido. 
 
UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA 
TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
Xavier Pizarro Villanueva – Ingeniería Civil Química 
[4] 
 
o Ventajas del Evaporador vertical de tubo corto. 
1. Coeficientes de Transferencia de Calor elevados con diferencias altas de temperatura. 
2. Especio superior reducido. 
3. Eliminación mecánica sencilla de las escamas. 
4. Relativamente poco costosos. 
 
o Desventajas del Evaporador vertical de tubo corto. 
1. Mala transferencia de calor con diferencia baja de temperaturas y a temperaturas bajas. 
2. Espacio elevado de terreno y peso alto. 
3. Retención relativamente alta. 
4. Mala transferencia de calor con líquidos viscosos. 
 
o Mejores aplicaciones del Evaporador vertical de tubo corto. 
1. Líquidos limpios. 
2. Productos cristalinos, si se utiliza hélice. 
3. Líquidos relativamente no corrosivo. 
4. Soluciones con formación ligera de escamas, que requieren una limpieza mecánica. 
 
 
 Evaporadores verticales de tubo largo. 
 
o En este equipo, se logra una mayor evaporación total en relación a los todos los demás equipos 
combinados, porque es normalmente el más barato por unidad de capacidad. En la Figura f se 
muestra un tipo de evaporador vertical de tubo largo utilizado comúnmente, sobre todo para 
líquidos negros. 
 
 
 
UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA 
TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
Xavier Pizarro Villanueva – Ingeniería Civil Química 
[5] 
 
o Ventajas del Evaporador vertical de tubo largo. 
1. Bajo costo. 
2. Superficie amplia de calentamiento en un cuerpo. 
3. Baja retención 
4. Necesidad de poco espacio de terreno. 
5. Buenos coef. transferencia de calor con diferencia razonables de temperatura (película ascendete) 
6. Buenos coef. transferencia de calor en todas las diferencias de temperatura (película descendente) 
 
o Desventajas del Evaporador vertical de tubo largo. 
1. Espacio superior elevado. 
2. En general, no adecuados para líquidos que forman deposiciones de sales en grandes cantidades. 
3. Bajos coeficientes de transferencia de calor de la versión de película de película descendente, con 
bajas diferencias de temperatura. 
4. Por lo común, se requiere la recirculación para la versión de película descendente. 
 
o Mejores aplicaciones del Evaporador vertical de tubo largo. 
1. Con líquidos limpios. 
2. Con líquidos espumosos. 
3. Con soluciones corrosivas. 
4. Con grandes cargas de evaporación. 
5. Con diferencia elevadas de temperatura: película ascendente, diferencias bajas de temperatura: 
película descendente. 
6. Funcionamiento a baja temperatura: película descendente. 
 
o Dificultades del Evaporadorvertical de tubo largo. 
1. Sensibilidad de las unidades de películas ascendentes a los cambios de las condiciones 
operacionales. 
2. Mala distribución del material de alimentación a las unidades de películas descendentes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA 
TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
Xavier Pizarro Villanueva – Ingeniería Civil Química 
[6] 
 
 Evaporador de tubo horizontal. 
 
o En este tipo, el vapor de agua se encuentra dentro y la solución fuera de los tubos. 
o La versión de tubo sumergido (Figura i) se utiliza en la preparación de agua de calderas. 
 
o Ventajas del Evaporador de tubo horizontal 
1. Espacio superior muy bajo. 
2. Área libre grande para el vapor-liquido en el tipo de tubo sumergido. 
3. Buenos coeficientes de transferencia de calor. 
4. Costo relativamente bajo en el tipo de tubo recto y pequeña capacidad. 
5. Desescamado semiautomático sencillo: tipo de tubo acodado. 
 
o Desventajas del Evaporador de tubo horizontal. 
1. No son adecuados para líquidos que dejan deposiciones de sales. 
2. Inapropiados para los líquidos que forman escamas: tipo de tubo recto. 
3. Costo elevado: Tipo de tubo acodado. 
4. Mantenimiento de la distribución de líquido: tipo de película 
 
o Mejores aplicaciones del Evaporador vertical de tubo largo. 
1. Espacio superior limitado. 
2. Pequeña Capacidad. 
3. Líquidos que no formen deposiciones de sales ni escamas: tipo de tubo recto. 
4. Líquidos que formen grandes deposiciones de escamas: Tipo de Tubo acodado. 
 
UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA 
TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
Xavier Pizarro Villanueva – Ingeniería Civil Química 
[7] 
 
3. Evaporador de Simple Efecto (un efecto). 
 
 
 
4. Evaporador de Múltiple Efectos (Multiefecto).