Operaciones de Transferencia de Masa 1

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

Facultad de Ciencias Qumicas

Campus Coatzacoalcos

EXPERIENCIA EDUCATIVA

OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA 1

PROGRAMAS EDUCATIVO

INGENIERA QUMICA






PRESENTACIN

FACILITADOR: Florentino Snchez Portilla

TEMAS:

APLICACIN Y

CLASIFICACIN DE

EVAPORACIN

FACTORES QUE AFECTAN LA

OPERACIN DE EVAPORACIN

CLCULO TRMICO DE UN

EVAPORADOR DE SIMPLE

EFECTO

BALANCE DE MATERIA Y

ENERGA; CONSIDERACIONES

DE DISEO

CLCULO TRMICO DE UN

SISTEMA DE EVAPORACIN

DE MLTIPLES EFECTOS;

CONSIDERACIONES DE

DISEO

DEFINICIN, IMPORTANCIA Y

APLICACIN DE LA

CRISTALIZACIN

FUNDAMENTOS DE LA

CRISTALIZACIN

USO DE LA CURVA DE

EQUILIBRIO PARA LA

CRISTALIZACIN

NUCLEACIN Y CRECIMIENTO

DE CRISTALES

BALANCE DE MATERIA Y

ENERGA EN CRISTALIZADORES

POR ENFRIAMIENTO Y POR

EVPORACIN

COEFICIENTES INDIVIDUALES

Y GLOBALES DE CRECIMIENTO

COEFICIENTE DE

CRECIMIENTO SUPERFICIAL.

COEFICIENTES NUMRICOS DE

TRNSFERENCIA

RENDIMIENTO EN LA

OPERACIN DE

CRISTALIZACIN

EQUIPO UTILIZADO PARA LA

CRISTALIZACIN

PROCESO EVALUATIVO

CONCEPTOS BSICOS






PROCESO EVALUATIVO

ASISTENCIA: MNIMO 80 %

EXMENES EVALUATIVOS: 3 PARCIALES

1 FINAL

EXMEN REPROBADO PRESENTAN FINAL

PORCENTAJES DE EVALUACIN:

EXMENES 60 %

PARTICIPACIONES 10 %

TAREAS (PROBLEMAS) 10 %

TRABAJOS 20 %

TOTAL 100 %

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CONCEPTOS BSICOS

Recordar conceptos que se integran en las operaciones detransferencia de masa: Evaporacin y Cristalizacin

"Los grandes conocimientos engendran las grandes dudas".

Aristteles (384 AC-322 AC); filsofo griego.






ENERGAAl mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se

trasladan y que las mquinas y herramientas realizan las ms variadas tareas.

Todas estas actividades tienen en comn que precisan de la participacin de la

energa.

La energa es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta

en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.

La energa se manifiesta en los cambios fsicos, por ejemplo, al elevar un objeto,

transportarlo, deformarlo o calentarlo.

La energa est presente tambin en los cambios qumicos, como al quemar un

trozo de madera o en la descomposicin de agua mediante la corriente elctrica.

La energa es una magnitud cuya unidad de medida en el Sistema Internacional es el

julio (J).






Cmo definir la energa?

Energa: capacidad de un cuerpo o sistema paraejercer fuerzas sobre otros cuerpos o sistemas o

entre sus propios subsistemas.

Si las fuerzas ocasionan variaciones temporales

microscpicas y desordenadas, hay transmisin de

energa en forma de calor. Si las variaciones son

macroscpicas o microscpicas ordenadas

(fenmenos elctricos y magnticos) hay

transmisin de energa en forma de trabajo.






MANIFESTACIONES DE LA ENERGA

Las manifestaciones mas comunes o conocidas de la Energa son:

En forma de movimiento (energa cintica) y,

En forma de posicin (potencial)

Adems tambin se manifiesta en forma de:

Calor,

Electricidad,

Radiaciones electromagnticas, etc.

Segn sea el proceso, la energa se denomina:

Energa trmica

Energa qumica

Energa elctrica Energa radiante

Energa nuclear






EXPRESIN ANALTICA DE ALGUNOS TIPOS DE ENERGA

ENERGA EXPRESIN ANALTICA MAGNITUD A MEDIR

Cintica

Masa (m)

Velocidad (v)

Potencial

gravitatoria

Masa (m)

longitud (r)

Potencial

electrosttica

Carga elctrica (q)

longitud (r)

Energa en

reposo

=

Masa (m)

Velocidad de la luz (c)






LA TERMODINMICA

Su objetivo es: Entender las interrelaciones entre los fenmenos mecnicos,

trmicos y qumicos.

Ciencia que estudia todas las transformaciones o conversin de unas formas de

energas en otras y tambin la transmisin o transferencia de determinada clase de

energa.

La Termodinmica se desarrolla a partir de cuatro Principios o Leyes:

Principio Cero: permite definir la temperatura como una propiedad,

Primer Principio: define el concepto de energa como magnitud conservativa,

Segundo Principio: define la entropa como medida de la direccin de los procesos,

Tercer Principio: establece la interpretacin fsica de la entropa como orden de los sistemas (uso termoqumica)






EL CALOR

Calor = Temperatura

Calor Temperatura

La Pregunta






EL CALOR Es la transferencia de energa entre dos oms cuerpos en contacto, que se encuentrana diferente temperatura.

La transferencia de energa entre dos o mscuerpos se produce espontneamente desde

el cuerpo de mayor temperatura al de menor

temperatura.

El calor no es una sustancia contenida en loscuerpos.

Es una transferencia de energa entre dos cuerpos a distinta temperatura

Energa en transito






EL CALOR Y EL COMPORTAMIENTO HUMANO

El calor hace que nuestros vasossanguneos de la piel se dilaten

para que la sangre entregue calor

al medio.

Esto disminuye la cantidad desangre que llega a los msculos.

As nos cuesta ms esfuerzomovernos y nos invade la flojera






LA TEMPERATURA

Cuando decimos que un cuerpo est fro, tibio ocaliente, estamos expresando su estado trmico, pero deuna forma no muy exacta.

En cambio si decimos que el agua est a 50C, estamosexpresando su temperatura.

Entonces la temperatura es una forma de expresar el estadotrmico de un cuerpo de una manera ms precisa.






De qu depende la temperatura de un objeto?

La temperatura es un fenmeno quetiene su explicacin en la estructurainterna de la materia.

Si miramos al interior de la materiaveremos que sus partculas estnsiempre en movimiento, lo que se debea la energa interna que posee todasustancia.

La temperatura de una sustanciadepende del movimiento de laspartculas que la forman.






RELACIN ENTRE LA TEMPERATURA Y EL CALOR

Cuando una sustancia o un cuerpo recibe

calor, aumenta el

grado de movimiento

de sus partculas y,

por lo tanto, aumenta

su temperatura.

Si un cuerpo pierdecalor, disminuye el

movimiento de sus

partculas y

disminuye tambin

su temperatura.

http://www.visionlearning.com/en/library/An

imations






ENERGA TRMICA

Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas seponen en contacto, el cuerpo de mayortemperatura comunica energa al cuerpo fro

El tipo de energa que se cede de un cuerpo a otrocomo consecuencia de una diferencia de

temperaturas es precisamente la energatrmica






Segn el enfoque caracterstico

de la teora cintico-molecular,la energa trmica de un cuerpo

es la energa resultante de

sumar todas las energas

mecnicas asociadas a losmovimientos de las diferentes

partculas que lo componen.

La cantidad de energa

trmica que un cuerpo pierde

o gana en contacto con otro adiferente temperatura recibe el

nombre de calor

.. ENERGA TRMICA

El calor constituye, por

tanto, una medida de la

energa trmica puesta

en juego en los

fenmenos calorficos.






TRANSFERENCIA DE ENERGA

Cuando tu mano toca un objeto, la sensacin trmica que percibesdepende de la diferencia entre la temperatura del mismo y la de tu

mano.

Esto se interpreta como que el objeto esta caliente o fro.

Al tocar un objeto que tiene una temperatura inferior a la de tumano, al cabo de un tiempo, sentirs que tu mano se enfra.






Existen varios factores queinfluyen directamente en larapidez con que ocurre latransferencia de energa entredos cuerpos.

Algunos de estos factores son:

La temperatura de los cuerpos.

Materiales aislantes

Espesor de los cuerpos.

RAPIDEZ DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGA






TEMPERATURA DE LOS CUERPOS

La rapidez con que ocurra latransferencia de energa ser mayoro menor dependiendo de si ladiferencia de temperatura de loscuerpos es grande o pequea,respectivamente.

MATERIALES AISLANTES

La existencia de materiales entre los cuerpos influye en rapidez de transferencia.

Se les denomina materiales aislantes.

RAPIDEZ DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGA

ESPERSOR DE LOS CUERPOS

A mayor espesor de los cuerpos y del material que seinterponga entre los cuerpos, menor en la rapidez detransferencia.






MECANISMOS DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGA

La transferencia de energa debida q una diferencia de

temperatura se efecta de

tres formas distintas:

Por conduccin:

Por conveccin.

Por radiacin.

Conveccin






MATERIALES

Plata

Cobre

Aluminio

Hielo

Vidrio

Agua

Madera

Aire

CONDUCCIN

Cuando el calor es transmitido deuna partcula a otra adyacente sedenomina conduccin.

No todos los materiales son buenosconductores de calor.

Los materiales que son malosconductores se llaman aislantes,permitiendo la manipulacin debuenas conductores.

En general los metales son buenosconductores. El agua y el airetambin son buenos conductores






CONVECCIN

Cuando un lquido o un gas recibencalor, sus partculas se mueven ms yempiezan a circular.

La zona mas fra del fluido, como esms densa, se va la fondo.

All se calienta, disminuye su densidady sube.

Luego se enfra y baja nuevamente.

Se produce as un movimiento cclicollamado conveccin.






RADIACIN

Corresponde a la propagacin decalor en forma de ondaselectromagnticas.

Estas pueden viajar incluso por elespacio, ya que no requiere unmedio material para propagarse.

Todos los cuerpos absorbenradiacin que inciden sobre susuperficie y simultneamenteemiten






ENERGA ELCTRICA

La Energa elctrica es causada

por el movimiento de las cargas

elctricas en el interior de los

materiales conductores. Esta

energa produce,

fundamentalmente, 3 efectos:

Luminoso,

Trmico y

Magntico.

Ej.: La transportada por la corriente

elctrica en nuestras casas y que se

manifiesta al encender una bombilla.






ENERGA RADIANTE

La Energa radiante es la que

poseen las ondas electromagnticas

como la luz visible, las ondas de

radio, los rayos ultravioleta (UV), los

rayos infrarrojo (IR), etc. La

caracterstica principal de esta

energa es que se puede propagar

en el vaco, sin necesidad de

soporte material alguno.

Ej.: La energa que proporciona el

Sol y que nos llega a la Tierra en

forma de luz y calor.

Luz






ENERGA QUMICAENERGA QUMICA

La Energa qumica es la que

se produce en las reacciones

qumicas. Una pila o una batera

poseen este tipo de energa.

Ej.: La que posee el carbn y

que se manifiesta al quemarlo.






ENERGA NUCLEAR

La Energa nuclear es la energa

almacenada en el ncleo de los

tomos y que se libera en las

reacciones nucleares de fisin y de

fusin, ej.: la energa del uranio, que

se manifiesta en los reactores

nucleares.

http://www.visionlearning.com/libra

ry/flash_viewer.php?oid=2747&l=s

FUSION NUCLEAR

http://www.visionlearning.com/l

ibrary/flash_viewer.php?oid=3

602&l=s Reacciones nucleares






CONCEPTOS Y DEFINICIONES

SISTEMA, Y SU ENTORNO

Sistema: Porcin del

universo objeto de

estudio. Limitado por un

contorno.

Entorno: Parte del

universo prxima al

sistema que se ve

afectada por el sistema

TIPOS DE SISTEMA

Cerrado: Regin de masa

constante slo se permite

transferencia de energa

(masa de control)

Abierto: Transferencia de

masa y energa (Volumen de

control). Superficie limitante

permeable o imaginaria

(Superficie de control)

Aislado: No transfiere masa

ni energa







TIPOS DE LMITES DEL SISTEMA

Adiabticos: No pueden ser atravesados

por el calor.

Diatrmicos: Permiten la transferencia de

calor.

Rgidos: No permiten el cambio de

volumen

Permeables o Semipermeables: Pueden

Pasar a travs de las paredes (lmites) del

sistema cualquier clase o determinada

clase de sustancias respectivamente.







MAGNITUDES O PROPIEDADES

Propiedad: Caracterstica

evaluable de un sistema cuyo

valor depende de las

condiciones del sistema.

TIPOS DE PROPIEDADES

De Estado: Dependen unas

de otras.

Extensivas: Dependen de la

masa del sistema (volumen y

energa)

Intensivas: Independientes

del tamao, masa o magnitud

del sistema (presin,

temperatura, viscosidad) se

convierten en Extensivas si

se expresan como masa,

moles o volumen.







PROCESO

Proceso: Accin

sobre un sistema por

que este experimenta

un cambio de estado.

TIPOS DE PROCESOS

Cclico: Cuando el sistema a travs de una

serie de cambios de estado vuelve a su

estado inicial.

Cuasiesttico: Se efecta a travs de

sucesivos estados de equilibrio (no existe

es ideal)

No esttico: Son procesos de igualacin.

Reversible: Proceso cuasiesttico que

puede llevarse a su estado inicial.

Irreversible: Tienen degradacin de

energa y generacin de entropa (Reales)






TRABAJO Y CALOR

El trabajo y el calor no son funciones de estado;sus valores varan de acuerdo a la ruta en que se

efecte un cambio.

El intercambio de energa entre el sistema y suentorno se da de 2 maneras:

Calor (Q), movimiento molecular desordenado;es positivo cuando el sistema lo absorbe de su

entorno y negativo cuando lo cede

Trabajo (W), desplazamiento o movimiento deun objeto por una fuerza; es positivo cuando se

efecta del entorno hacia el sistema y negativocuando se efecta del sistema hacia el entorno







EQUILIBRIO

Un sistema esta en

equilibrio cuando no

tiene tendencia por s

mismo para cambiar

de estado y por tanto

sus propiedades.







TIPOS DE EQUILIBRIO

Mecnico: cuando la suma de fuerzas y momentos sobre todas y

cada una de las partes del cuerpo se anulan.

Fsico: fases en equilibrio.

Qumico: cuando una reaccin qumica de transformacin ocurre al

mismo ritmo que la transformacin inversa, y por tanto no se

producen cambios en la cantidad de cada compuesto.

Termodinmico: situacin que se da en un sistema fsico (es decir,

un sistema al que podemos atribuir una energa interna) cuando

todos los factores exteriores y/o procesos internos no producen

cambios de presin, temperatura u otras variables macroscpicas.







ENERGA LIBRE Y EL EQUILIBRIO

ENERGA LIBRE

EQUILIBRIO

FSICO QUMICO

ENTRE FASES

(FUSIN EBULLICIN)

SISTEMA DE UN COMPONENTE

ENERGA LIBRE MOLAR

REACCIN QUMICA

SISTEMA DE MULTICOMPONENTE

ENERGA LIBRE MOLAR PARCIAL

o POTENCIAL QUMICO

,





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EVAPORACIN

Accin y efecto de evaporar o evaporarse.

Este verbo, por su parte, hace referencia a

la transformacin de un lquido en vapor.

Durante el proceso fsico denominado

evaporacin, una sustancia lquida pasa lenta

y gradualmente a un estado gaseoso, una vez

que haya adquirido la energa necesaria

para aumentar su superficie.

Eliminacin de un lquido de una solucin,

suspensin o emulsin por tratamientos

trmicos.






APLICACIN Y CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN

Conocer la clasificacin de los tipos de evaporacin y su aplicacin.

"Los grandes eventos se conforman de los pequeos detalles".






QUE ES UN EVAPORADOR

EVAPORADOR

Es un intercambiador de calor en el que se producen

cambios de fase y pueden darse otros fenmenos

asociados a la concentracin de una disolucin,

como la formacin de slidos, la descomposicin de

sustancias, etc.

Son de diversos tamaos y con distintas disposiciones






EVAPORADOR

PARTES QUE LO CONSTITUYEN

La mayora de los evaporadores tienen coincidencia

en caractersticas bsicas, tales como






EVAPORADOR

CARACTERSTICAS

Deben trabajar siempre a vaco

parcial, pues reduce la temperatura

de ebullicin en la cmara de

evaporacin.

En la cmara de cada evaporador

debe haber siempre menos presin

que en el anterior y en el primero de

ellos siempre menos de la

atmosfrica. De no ser as, la

evaporacin no tendra efecto.






CLASIFICACIN DE LA EVAPORACIN

TIPOS DE EVAPORACIN

Evaporacin por aumento de la temperatura

Para evaporar un lquido o concentrar una disolucin se

utilizan baos de agua u otras fuentes de calor. Cuando se

trabaja con disolventes inflamables no se deben someter a

la llama directa. Si los vapores del disolvente son

perjudiciales para la salud, se debe trabajar en vitrina

extractora y tomar las precauciones adecuadas.

Esta tcnica tambin se puede utilizar para el secado de

un slido hmedo. Secado de slidos







TIPOS DE EVAPORACIN

Evaporacin por disminucin de la presin

Este procedimiento se utiliza para secar una

una substancia a temperatura ambiente

cuando la sustancia es inestable a

temperaturas ms elevadas. Se introduce la

muestra en un desecador de vaco.







TIPOS DE EVAPORACIN

Evaporacin por combinacin de ambos efectos

(aumento de temperatura y disminucin de presin)

Una operacin frecuente en un laboratorio de qumica

es la eliminacin del disolvente orgnico voltil de una

solucin de un compuesto orgnico, como por ejemplo

sucede al finalizar un proceso de extraccin. La

eliminacin rpida de grandes cantidades de un

disolvente orgnico se efecta utilizando el roto

evaporador.







USOS DE LA EVAPORACIN

Es un proceso utilizado para reducir el contenido

de agua o algn otro solvente de una solucin,

deshidratndola.

Este proceso es muy utilizado en la industria

alimenticia, especialmente para obtener productos

que puedan ser almacenados por perodos

prolongados.

Las aplicaciones de estos evaporadores son

diversas y especficas para las industrias lecheras

y de alimentos.







USOS DE LA EVAPORACIN Continua

INDUSTRIAS:

Industria Lechera: Leche entera y descremada, Leche

condensada, Protenas de la leche, Permeados

lcteos, Mezclas de productos lcteos, Mantecas,

Suero de queso, Suero de queso previamente

cristalizado, Protenas de suero, Permeados de suero,

Soluciones de lactosa, Dulce de leche de produccin

continua y discontinua.

Industria de Jugos de Fruta: Leche de soja, Jugo de

manzana, de naranja y otros citrus, Jugos mezclas, de

tomates, de zanahoria

A: Producto

B: Vapor

C: Concentrado

D: Vapor de Calentamiento

E: Condensado

1: Cabezal

2: Calandria

3: Parte baja de la Calandria

4: Zona de Mezcla

5: Separador de Vahos








INDUSTRIAS:

Hidrolizados: Protena Hidrolizada, Protena lctea

hidrolizada, Suero hidrolizado, Molienda hmeda del

maz, Jarabe de glucosa, Jarabe de Dextrosa 42 y 55,

Agua de Macerado.

Industria Frigorfica: Extracto de carne y huesos,

Plasma sanguneo.

Extractos: Extractos de caf o t, de carne o hueso,

de malta, de levaduras.








INDUSTRIAS:

Industria Avcola: Concentracin de huevo entero,

Concentracin de clara de huevo.

Otras: Vinazas alcohlica






TIPOS DE EVAPORADORES

DE CIRCULACIN NATURAL

USO: Concentrar productos

agresivos como cidos sulfrico,

clorhdrico, fluorhdrico

Materiales Plstico resistente a

corrosin







DE PELCULA ASCENDENTE

Consta de calandria de tubos dentro de una

carcasa, la bancada de tubos es ms larga

que en el resto de evaporadores (10-15m)

El producto utilizado debe ser de baja

viscosidad debido a que el movimiento

ascendente es natural. Los tubos se calientan

con el vapor existente en el exterior de tal

forma que el lquido asciende por el interior

de los tubos, debido al arrastre que ejerce el

vapor formado. El movimiento de dichos

vapores genera una pelcula que se mueve

rpidamente hacia arriba.







DE PELCULA DESCENDENTE

Generan una fina pelcula de lquido dentro

de los tubos, la cual desciende por

gravedad. Para lograr la pelcula se usan

unos difusores llamados boquillas de

pulverizacin. Es ms apropiado para

lquidos viscosos que caen fcilmente por

gravedad.







DE VACO CON SERPENTINA SUMERGIDA

Evaporadores de vaco con recubrimiento

anticorrosivo y desincrustante.







DE VACO CON DISCO CALENTADOR Y CEPILLO DE LIMPIEZA







DISCONTNUO

El evaporador discontinuo consiste en que un

producto se calienta en un recipiente (normalmente

esfrico) rodeado por un encamisado por el que

circula el fluido calefactor (comnmente agua

caliente o vapor, en funcin del grado de

evaporacin deseado).

El calentamiento generado es capaz de elevar la

temperatura de la disolucin a evaporar hasta el

punto en que su disolvente alcanza su punto de

ebullicin a la presin de la cmara.

A partir de ese momento la temperatura de la

disolucin permanecer constante hasta que

finalice la evaporacin del disolvente a eliminar.






FACTORES QUE AFECTAN LA OPERACIN DE EVAPORACIN

Clasificar.








FACTORES QUE AFECTAN LA EVAPORACIN

La velocidad de evaporacin depende de un conjunto de

factores. Unos facilitan la energa cintica molecular, y por tanto la

evaporacin, y otros la dificultan. El cambio de estado de lquido a

vapor necesita calor.







TEMPERATURA

Es el principal factor que afecta a la evaporacin, ya que sta es mxima en

condiciones de fuerte insolacin, con lo que se eleva la cantidad de vapor en

la atmsfera formando una capa que limita el paso de lquido a vapor,

alcanzando un estado de equilibrio, permaneciendo constante la humedad

del aire.

La temperatura facilita la amplitud del movimiento molecular en el lquido y

las posibilidades de escape hacia la atmsfera, y permite que el aire pueda

contener un mayor porcentaje de humedad, alejndose del punto de

saturacin, con lo que un mayor volumen de agua puede integrarse en la

atmsfera..







RADIACIN SOLAR

Es un factor determinante de la evaporacin ya que es una fuente

de energa que afecta dicho proceso

El calor latente de evaporacin necesario para evaporar un gramo

de agua vara con la temperatura.







TEMPERATURA DEL AIRE

El aumento de temperatura en el aire facilita la evaporacin ya que:

en primer lugar crea una conveccin trmica ascendente, que

facilita la aireacin de la superficie del liquido; y por otra parte la

presin de vapor de saturacin es ms alta.

La humedad del aire atena la oscilacin trmica diaria al absorber

calor durante las horas de presencia solar y devolverlo en las

de ausencia.







HUMEDAD ATMOSFRICA

Es un factor determinante en la evaporacin ya que para sta se

produzca, es necesario que el aire prximo a la superficie de

evaporacin no est saturado(situacin que es facilitada

con humedad atmosfrica baja).

La humedad del aire atena la oscilacin trmica diaria al absorber

calor durante las horas de presencia solar y devolverlo en las

de ausencia.







AIRE (VIENTO)

Despus de la radiacin es el ms importante, ya que renueva el aire

prximo a la superficie de evaporacin que est saturado. La combinacin

de humedad atmosfrica baja y viento resulta ser la que produce mayor

evaporacin. El viento tambin produce un efecto secundario que es el

enfriamiento de la superficie del lquido y la consiguiente disminucin de la

evaporacin.







PRESIN ATMOSFRICA (O MANOMTRICA)

La presin atmosfrica, al obstaculizar el paso del vapor a la atmsfera libre,

disminuye las posibilidades de evaporacin. Las molculas de vapor de

agua chocan con el resto de molculas gaseosas y se ven obligadas a

regresar a la masa lquida en mayor proporcin. Por tanto, con la altitud y

la consecuente disminucin de la presin se favorece la evaporacin.







TAMAO DE LA MASA DE AGUA

El volumen de la masa de agua y su profundidad son factores que afectan a

la evaporacin por el efecto de calentamiento de la masa. Volmenes

pequeos con poca profundidad sufren un calentamiento mayor que facilita

la evaporacin.






CLCULO TRMICO

LEY DE CONSERVACIN DE LA ENERGA

La energa ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

(1 Ley de la Termodinmica)

(Energa del sistema) + (Energa de alrededores) = 0






CLCULO TRMICO DE UN EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO

Clasificar.








CLCULO TRMICO EVAPORADOR SIMPLE EFECTO

BALANCE

Antes de iniciar cualquier clculo de energa o de materia, es

necesario primero.

Definir el Sistema, para ello es necesario establecer el diagramacorrespondiente







BALANCE

Evaporacin: Separacin de un

disolvente voltil de un soluto no voltil

por vaporizacin del disolvente;

mediante vapor condensante como

calefactor.

La velocidad de la cantidad de calor

transmitida desde el vapor condensante

hasta la disolucin a concentrar est

dada por la expresin = Q = Velocidad de transferencia de calor (Carga calorfica) en W, (btu/h)U = Coeficiente total de transferencia de calor en W/m2 K, (btu/h ft2 F)A = rea de transferencia de calor en m2 (ft2)t = diferencial de temperatura K (F)







BALANCE DE CALOR

Li velocidad del flujo del liquido de alimentacin,contiene una fraccin msica xf

L0 velocidad de flujo del producto liquido, contiene una fraccin msica xp

Vi es la masa del vapor condensado en la cmarade vapor

V0 es la masa de disolvente vaporizado en elevaporador.

s calor latente de condensacin del vapor deagua que entra j kg-1

Cp es el calor especifico medio del liquido dealimentacin (j kg-1 C-1)

v es el calor latente de vaporizacin de losvapores producidos j kg-1

Salida de

vapor V0 Kg/s

Vapor de

agua Vi Kg/s

Liquido de

alimentacion ( LiKg/s) (fraccin

de solid xf)

Liquido producto

( L0 Kg/s)

(fraccin de

solid xp)Condensado

La diferencia de temperaturas entre el vapor

condensante y el lquido hirviente es funcin de:

Condiciones del vapor de calefaccin La presin de la cmara de evaporacin Concentracin de la disolucin







BALANCE DE CALOR

Li velocidad del flujo del liquido de alimentacin,contiene una fraccin msica xf

L0 velocidad de flujo del producto liquido, contiene una fraccin msica xp

Vi es la masa del vapor condensado en la cmarade vapor

V0 es la masa de disolvente vaporizado en elevaporador.

s calor latente de condensacin del vapor deagua que entra j kg-1

Cp es el calor especifico medio del liquido dealimentacin (j kg-1 C-1)

v es el calor latente de vaporizacin de losvapores producidos j kg-1

V0 Kg/s

( Li Kg/s) (fraccin de solid xf)

( L0 Kg/s) (fraccin

de solid xp)

Vi Kg/s







BALANCE DE CALOR

Donde:

velocidad de transmisin de calor a travs de lasuperficie de calefaccin desde el vapor de agua (BTU/h;Kcal/h; cal/h)

Hv = entalpa especfica del vapor de agua (BTU/lb; Kcal/kg;cal/g)

Hl = entalpa especfica del condensado

s = calor latente de condensacin del vapor de agua(BTU/lb;Kcal/kg; cal/g)

m = flujo msico (lb/h ; kg/h)

Si consideramos el proceso a presin constante tenemos

V0 Kg/s


( L0 Kg/s)

(fraccin de

solid xp)

Vi Kg/s

TUAV si slvs mHHmQ ...

)(

.

Q







BALANCE DE CALOR

Donde:

Cp = Capacidad calorfica a presin constante, se considera constante pararangos no muy amplios de temperatura

Se tiene:

Donde:

V0 Kg/s


( L0 Kg/s) (fraccin

de solid xp)

Vi Kg/s

CpdT

Hd

CpdTdH dTCpHT

T

2

1

TCpH

)()(.....

acpaacass ttcmmmmQ

mv = flujo msico de vapor de calefaccinma = flujo msico de alimentacin al evaporador

mc= flujo msico del lquido concentrado que sale del evaporadors = calor latente de vaporizacin del agua (vapor de calefaccin)

= calor latente de vaporizacin del agua a la presin existente en la

cmara del evaporador







BALANCE DE CALOR

Cpa= calor especfico (capacidad calorfica) del lquido de alimentacin

tc = temperatura del concentrado (al punto de ebullicin)

ta = temperatura del lquido de alimentacin

Si se requiere calcular el rea de calefaccin se utiliza la expresin:

V0 Kg/s


( L0 Kg/s) (fraccin

de solid xp)

Vi Kg/sTUAttUAQ

lv )(

.







BALANCE DE CALOR

Donde:

U = coeficiente global de transferencia de calor(BTU/pie2.h.F)

A = rea de transmisin de calor (pie2, m2)

tv = temperatura de condensacin del vapor decalefaccin

tl = temperatura de ebullicin de la solucin

T = cada de temperatura entre el vapor decalefaccin y la solucin en el evaporador

Hacia el condensadorVapor

Alimentacin

Vapor de agua

Condensado

Producto concentrado

Tubos de intercambio

de calor

Pl

Tl

Tl

TF

TS

TlTUAttUAQ

lv )(

.







BALANCE DE CALOR

De acuerdo con la figura, en el evaporador de simpleefecto:

La alimentacin entra a T F o K (TF)

En la seccin de intercambio de calor entra vaporsaturado a TS

El vapor condensado sale en pequeos chorros

La solucin del evaporador y el producto concentradotienen la misma concentracin y Tl

La temperatura del vapor Tl es igual a la de la solucin

La presin de vapor de la solucin a Tl es Pl

La alimentacin debe tener una temperatura lo mas altaposible TF


Alimentacin

Vapor de agua

Condensado



de calor

Pl

Tl

Tl

TF

TS

Tl







BALANCE DE CALOR

Para el clculo de la velocidad de transferencia de caloren un evaporador se emplea el concepto de uncoeficiente total de transferencia de calor, de acuerdo alo siguiente:

q = UA AT = U A(Ts-Tl)

Donde:

q = velocidad de transferencia de calor en W (btu/h)

U = coeficiente total de transferencia de calor en W/m2 K(btu/h pie2 F)

A = rea de transferencia de calor en m2 (pie2)

Ts = temperatura del vapor que se condensa en K (F)

Tl = punto de ebullicin del lquido en K (F)


Alimentacin

Vapor de agua

Condensado



de calor

Pl

Tl

Tl

TF

TS

Tl







BALANCE DE MASA GLOBAL

El balance de masa permite conocer los flujos de entraday de salida como el flujo de alimentacin, concentrado yevaporado obtenido en el proceso de evaporacin, paraello se utilizan las siguientes ecuaciones:

F = C + E y FXP = CXC + EXEDonde:

E = Corriente del evaporado en (kg/h)

F = Corriente de alimentacin en (kg/h)

C = Corriente del concentrado en (kg/h)

XP = Fraccin molar de la alimentacin (adimensional)

XC = Fraccin molar del concentrado (adimensional)

XE = Fraccin molar del evaporado (adimensional)


Alimentacin

Vapor de agua

Condensado



de calor

Pl

Tl

Tl

TF

TS

Tl







BALANCE DE ENERGA

El balance de energa permite conocer la cantidad de vapor que seempleara en el evaporador, as como tambin las temperaturas ypresiones a la que trabajara el equipo. Para ello se utilizan lasecuaciones siguientes:

F + W = E + C + W + Qp Qp=0

FhF+ WHW = EHE + ChC + WhW + Qp

W = HW hW

WW = ( F C ) e + FCpF ( ts tf )

Donde:

E = Corriente del evaporado en (kg/h)

F = Corriente de alimentacin en (kg/h)

C = Corriente del concentrado en (kg/h)

XP = Fraccin molar de la alimentacin (adimensional)

XC = Fraccin molar del concentrado (adimensional)

XE = Fraccin molar del evaporado (adimensional)


Alimentacin

Vapor de agua

Condensado



de calor

Pl

Tl

Tl

TF

TS

Tl






BALANCE DE MATERIA Y ENERGA; CONSIDERACIONES DE DISEO

Clasificar.








CLCULO TRMICO DE UN SISTEMA DE EVAPORACIN DE MLTIPLES EFECTOS;

CONSIDERACIONES DE DISEO

Conocer

Todo parece imposible hasta que se lleva a cabo Albert Einstein.






DEFINICIN, IMPORTANCIA Y APLICACIN DE LA CRISTALIZACIN

Conocer

Todo parece imposible hasta que se lleva a cabo Albert Einstein.






FUNDAMENTOS DE LA CRISTALIZACIN

Clasificar.

"El verdadero significado de las cosas se encuentra al decir las mismas cosas con

otras palabras". Charles Chaplin (1889-1977); actor y director britnico.






USO DE LAS CURVAS DE EQUILIBRIO PARA LA

CRISTALIZACIN Clasificar.








NUCLEACIN Y CRECIMIENTO DE CRISTALES

Clasificar.








BALANCE DE MATERIA Y ENERGA EN CRISTALIZADORES POR ENFRIAMIENTO Y

POR EVAPORACIN

Clasificar.








COEFICIENTES INDIVIDUALES Y GLOBALES DE CRECIMIENTO

Clasificar.








COEFICIENTE DE CRECIMIENTO SUPERFICIAL. COEFICIENTES

NUMRICOS DE TRANSFERENCIA Clasificar.








RENDIMIENTO EN LA OPERACIN DE CRISTALIZACIN

Clasificar.








EQUIPO UTILIZADO PARA LA CRISTALIZACIN

Clasificar.



Operaciones de Transferencia de Masa 1

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