evaluacion reolgica de fluidos

LABORATORIO DE OPERACIONES

Profesor:Castillo Williams

Alumnos:Avila Gonzales Carlos Carbajal Vega PamelaParedes Nonato Lars

Nuevo Chimbote Per2015

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAEAPI. Agroindustrial

INTRODUCCINEn un evaporador de pelcula descendente, la solucin a evaporar fluye rpidamente como una fina pelcula hacia abajo y hacia dentro de la pared del tubo vertical. La vaporizacin se produce dentro de los tubos por el calentamiento externo de los tubos. El evaporado fluye hacia abajo en paralelo al flujo lquido. El evaporado y el lquido concentrado se separan en la cmara inferior de la calandria y en el cabezal de vapor, donde el vapor y el lquido son segregados por gravedad y/o por fuerza centrfuga.Los lquidos generalmente disminuyen su viscosidad por aumento de la temperatura, lo cual permite aumentar la velocidad de cada y esto da como resultado un equipo que trabaja con bajos tiempos de residencia, factor de importancia al concentrar lquidos extremadamente termo sensibles. Esta propiedad es utilizada para determinar el correcto flujo del producto entre los cuerpos evaporadores, ya que en muchas ocasiones conviene evaporar el producto concentrado en el primer cuerpo para facilitar el flujo y generar un mejor coeficiente de transferencia debido a la menor viscosidad a altas temperaturas.La alta velocidad de circulacin del producto en los evaporadores falling film permite responder rpidamente a los cambios en las condiciones de operacin y reducir los tiempos de arranque y parada del equipo.

OBJETIVOSLos objetivos que se pretenden conseguir en la realizacin de esta prctica de laboratorio son: Aumentar la concentracin del producto de entrada Conocer la operacin de evaporacin por pelcula descendente y algunas de las variables que influyen en las caractersticas del producto final. Realizar balances de materia y energa para encontrar las eficiencias trmicas y de evaporacin del sistema.

MATERIALES Y EQUIPOSA. Materiales

B. Equipos

MARCO TERICOLatcnica de evaporacin concentracinpermite separar la parte acuosa de las sustancias contaminantes de efluentes industriales (disueltas o en suspensin) consiguiendo un destilado totalmente depurado y un concentrado que reduce significativamente los costes de gestin de residuos. El destilado obtenido puede ser incluso reutilizado. El proceso tiene amplio campo de aplicacin en la industria farmacutica, del metal, papelera e industria qumica entre otros sectores industriales.Evaporacin al vaco por agua caliente: estos evaporadores poseen un aporte de agua caliente/fra en circulacin forzada e intercambiador de calor de haz de tubos externo a la cmara de ebullicin. El calor necesario para la ebullicin del agua a tratar proviene del agua caliente que circula por el intercambiador de calor, mientras que la condensacin de vapor se consigue gracias al agua fra que circula por el intercambiador de calor que se encuentra encima de la cmara de ebullicin.Evaporacin al vaco por compresin mecnica del vapor: trata de recuperar el calor latente de condensacin del destilado como fuente de calentamiento del lquido a evaporar. La temperatura del vapor generado en la evaporacin, se incrementa mediante compresin del propio vapor. De esta manera el vapor sobrecalentado puede se reciclado por medio de un intercambiador del propio evaporador consiguindose un doble objetivo: Ahorro de energa para la evaporacin y Evitar el medio refrigerante para la condensacin (torres de refrigeracin, etc.).Existen dos posibilidades, uno que emplea la circulacin natural del vapor y otro que mediante un diseo ms sofisticado recircula el fluido, creando una pelcula descendente en la zona de evaporacin que favorece la destruccin de la espuma y reduce el ensuciamiento.La evaporacin con compresin mecnica del vapor es el sistema de evaporacin mediante corriente elctrica de mayor eficacia energtica.

Evaporacin al vaco por bomba de calor: disfruta del ciclo frigorfico del gas fren, mediante la accin de la compresin del gas que se condensa y cede calor al lquido a evaporar mediante intercambio trmico. Posteriormente se procede a la expansin del gas por medio de una vlvula termosttica y de la accin de un condensador que refrigera el lquido evaporado y extrae el destilado. El fren discurre en circuito cerrado y hermtico. Al estar sometido el reactor de evaporacin al vaco, permite evaporar a temperaturas sobre los 40 C, por lo que no se precisa ninguna otra fuente de calor no refrigeracin convirtindose en un proceso muy atractivo desde el punto de vista econmico y de gestin.Este sistema de baja temperatura de evaporacin permite una ran diversidad de aplicaciones, incluso para lquidos muy corrosivos mediante aleaciones especiales, sistemas de evaporacin hasta residuo seco, lquidos fuertemente incrustantes o que cristalizan, etc. .

RESULTADOS RESULTADOS DE EVAPORACIONDATOS:ALIMENTACION Materia Prima= Solucin Azucarada Volumen de alimentacin= 9.3 Litros Densidad Absoluta de la mezcla= 1166.9 kg/m3 Masa de Alimentacion = 9.27 kg Concentracion= 4Brix Potencia del caldero= 30 kW Tiempo de funcionamiento del caldero= 35 min=2100 segundos

EVAPORADOR 2 Materia Prima Concentrada que sale= 0.7 Litros Densidad Absoluta de la Materia Prima Concentrada= 1934.43 kg/m3 Materia Prima concentrada que sale= 1.35 kg Concentracion= 22.5 Brix Condensado = 3.65 kg Vapor que sale = 3.1 kg A1=A2=0.27m2BALANCE DE MATERIA:MAlimentacion=Msale1+Vapor producido1Msale1= Mcsale en el ev2+Mcondensado+VsaleMAlimentacion= Mcsale en el ev2+Mcondensado+Vsale+Vapor producido1

Reemplazando datos:9.27= 1.35+3.65+3.1+ Vapor producido1Vapor producido1=1.17 kg

Calculando la masa que sale del evaporador 1:Msale1= Mcsale en el ev2+Mcondensado+VsaleMsale1= 1.35+3.65+3.1Msale1= 8.1

Calculando la concentracin de la masa que sale1:

9.27*0.04=8.1*XG1XG1=4.6%

BALANCE DE ENERGIA:PARA EL PRIMER EVAPORADOR:

Datos: Pcaldera= 30 kW t de funcionamiento.=2100 segPcaldera*tiempo de funcionamiento63000 kJ D1= 9.275634 kg Tem. D1= 23.7 CPor tablas de During a 23.7C y 4% entonces la entalpia es: Hd1=2575.716 kJ/KgD1*Hd123891.39 kJ G1= 8.14410254 kg Tem. G1= 99 CPor tablas de During si el agua ebulle a 99C la solucin de azcar ebulle a 102.2962C Hg1=8500kJ/KgG1*Hg169224.87 kJ D4= 6.52 kg Presion de entrada= 400kPa Tem. D4= 106 COBSERVACION: Se puso a 4 bar pero solo se llego hasta 106 C lo ideal era hasta 143.6 C; es por eso que se obtuvieron los datos a 106C Hsd4= 2685.3 kJ/Kg Hcd4444.4kJ/Kg

D4*(Hsd4-Hcd4)6.52*(2685.3-444.4)14610.668 kJ

Vapor Producido =1.132 kg Hproducido= 2689.84 kJ/Kg Temp.Pierde= 99 CVapor producido* Hvapor producido1.132*2689.843039.52 kJCalculando el D4 real:63000+23891.39-69224.87-3039.52=2240.9*D4D4= 7.88317 kgCalculando el U:

U= 7.88317* 2240.9U=17665.4 kw/(m2C)PARA EL SEGUNDO EVAPORADOR:

Calor entrante: 3055.859314 KJ G1= 8.14 kg Concentracion de alimentacin = 4.56% Tem. G1= 99 C Hg1= 8500 kJ/KgG1*hg169224.87159KJ D2= 1.35410254 kg Concentracion de salida= 22.50% Tem.D2= 58.7CPor tablas de During si el agua ebulle a 58.7C la solucion de azucar ebulle a 62C Hd2= 1087.2 kJ/KgD2*Hd21472.180281KJ D5= 3.69 kg Concentracin= 0% Tem. D5= 82.5 C Hsd5= 2648.7 kJ/Kg Hcd5= 347.5kJ/KgD5*H(s-c)d58491.428 KJ D3= 3.1 kg Concentracin= 0% Tem. D3= 34.35 C Hsd3= 2563.6 kJ/KgD3*HD37947.16 KJ Qcondensador alimentacionQc=m*Cp*THallar: mm=*VHallar: VV=Q*tiempo de condensacionDatos:Q= 125 L/hQc= 0.034722222 L*segTc= 2100 segReemplazandoV= 0.072916667mHallar: del agua a : 1000kg/mT Promedio: 34.35 CT10(C): 45.8 CT9(C): 22.9CEntonces:m= 72.91 kgT =22.9CReemplazando:Qc1=6979.729167KJCalculando el Calor que se atrapa en el condensador 2:Qc2= 47390.23 kJCalculando el U2:

U2= 1534.133 kw/(m2C)

DISCUSIONESEn los concentradores de pelcula descendente, la capa de producto debe ser lo suficientemente delgada para permitir un alto coeficiente de transferencia trmica pero se debe evitar la incrustacin del producto en los tubos debido a una capa de poco espesor. En algunas configuraciones, dependiendo del producto y la aplicacin, el lquido puede ser recirculado al mismo efecto mediante bombas de alto caudal para optimizar an ms la transferencia trmica por la alta turbulencia del producto dentro de los tubos y mejorar el cubrimiento de los tubos evitando el quemado de producto o la formacin de incrustaciones.Para evitar esto, el diseo de la olla de distribucin del producto, ubicada a la cabeza de cada cuerpo evaporador, es un punto crtico y esencial para el correcto funcionamiento del equipo y la obtencin de un producto final de primera calidad. Esto se combina con la utilizacin de tubos largos de hasta 13 metros de longitud, aumentando el caudal de lquido por tubo ya que as se puede conseguir la misma superficie de intercambio con una menor cantidad de tubos gracias a su mayor longitud.En la parte inferior del evaporador se produce la separacin de estas dos fases. El concentrado es tomado por bombas y el vapor se enva al condensador (simple efecto), mientras que los sistemas mltiefecto utilizan como medio calefactor, el vapor generado en el efecto anterior, y por lo tanto el vapor generado en el ltimo cuerpo es el que se enva al condensador. A modo de ejemplo, si alimentamos con 1 kilogramo de vapor vivo un evaporador simple efecto, obtendremos aproximadamente 1 kilogramo de agua evaporada, mientras que si alimentamos un evaporador doble efecto con la misma cantidad de vapor, o sea 1 kilogramo, obtendremos 2 kilogramos de agua evaporada, uno por cada efecto.

Se concluye entonces, que a mayor cantidad de efectos, mayor ser el rendimiento de evaporacin, logrndose estupendas relaciones de vapor vivo consumido por kilogramo de lquido evaporado. Otra posibilidad de aumentar el rendimiento del evaporador es instalando un sistema de termo compresin de vapores; este proceso constituye un recurso muy utilizado en la actualidad, en donde el vapor generado es comprimido por vapor de alta presin, logrndose un aumento significativo del poder calorfico del vapor resultante o mediante compresin mecnica (para altas capacidades de evaporacin). El reuso de vapor permite obtener excelentes economas durante la operacin.Por otro lado, el residuo concentrado, que sufre una importante reduccin de peso, hace que los costes de gestin de residuos disminuyan cuantiosamente. Adems, por lo general, no es necesario utilizar reactivos qumicos, salvo en contadas ocasiones, que se precisa de la dosificacin de un antiespumante. Asimismo, los equipos son compactos, prcticos e instrumentalizados, por lo que el seguimiento de su funcionamiento es sencillo, permitiendo llegar a tratar efluentes de hasta 20 m3/h en un solo evaporador. Finalmente, tambin se debe tener en cuenta que al no haber de calentar el efluente hasta elevadas temperaturas, ya que al trabajar al vaco el agua hierve a 35-40 C (en funcin de la presin de operacin), los requerimientos energticos del evaporador no tienen por qu ser corrientes energticas de alta calidad y excedentes energticos de otros procesos sern de utilidad en la mayora de los casos.

CONCLUSIONES La evaporacin y concentracin al vaco es una de las tecnologas ms novedosas y eficaces para la minimizacin y tratamiento de residuos industriales lquidos en base acuosa. Es una tecnologa limpia, segura y con un coste de operacin bajo. En muchos casos se puede obtener un sistema de tratamiento con vertido cero. Esto es muy importante para las empresas con una elevada actividad de impacto ambiental, siendo un paso ms hacia la certificacin ambiental. En definitiva, la aplicacin de la evaporacin al vaco abre muchas posibilidades en diferentes sectores industriales. En concreto el sector de fabricantes de pinturas tienen como referente a Titn, tambin en este aspecto.

BIBLIOGRAFA Zielinska B. (2007) Viscosidad de un lquido o fluido, presentacin disponible en .http://www.seed.slb.com/qa2/index.cfm. Castillo, M., Borregales, C., Snchez, M. D. Influencia de la pectina sobre las propiedades Reolgicas del Yogurt. Revista de la Facultad de Farmacia Vol. 46 (2) 2004 Venezuela, 2004. (Hernndez, 2003). (Molina, 2009). (Wu et al., 2009) (Harwalkar y Kalb, 1986).

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