Unidad 2 Evaporacion 2.1 Aplicacion y clasificacin 2.2 Factores que afectan a la operacion de evaporacin 2.3 Diseno termico de un evaporador de simple efecto 2.4 Diseno termico de un sistema de evaporacion de multiples efectos

Laevaporacines un proceso fsico que consiste en el paso lento y gradual de un estadolquidohacia un estadogaseoso, tras haber adquirido suficiente energa para vencer latensin superficial. A diferencia de laebullicin, la evaporacin se puede producir a cualquier temperatura, siendo ms rpido cuanto ms elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance elpunto de ebullicin. Cuando existe un espacio libre encima de un lquido, una parte de sus molculas est en formagaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define lapresin de vaporsaturante, la cualnodepende delvolumen, pero vara segn la naturaleza del lquido y latemperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presin de vapor saturante, una parte de las molculas pasan de la fase lquida a la gaseosa: eso es la evaporacin. Cuando la presin de vapor iguala a la atmosfrica, se produce laebullicin.

TIPOS DE EVAPORADORESPara determinar las condiciones ptimas de diseo, se deben tener en cuenta una gran cantidad de factores para obtener de esta manera, un equipo que tenga una relacin ptima entre rendimiento de evaporacin, economa y calidad del producto.Estos factores se pueden resumir de la siguiente forma:

Evaporador de pelcula descendienteEstos tipos de evaporadores son los ms difundidos en la industria alimenticia,por las ventajas operacionales y econmicas que los mismos poseen.leer mas>Evaporador de pelcula ascendienteEn estos tipos de evaporadores la alimentacin se produce por la parte inferiordel equipo y la misma asciende por los tubos.leer mas> Evaporador de circulacin forzadaLos evaporadores de circulacin forzada pueden no ser tan econmicos, pero sonnecesarios cuando los productos involucrados en la evaporacin tienen propiedadesincrustantes, altas viscosidades, precipitaciones, cristalizaciones o ciertas caractersticastrmicas que imposibilitan una circulacin natural.leer mas>Evaporador de pelcula descendienteEstos tipos de evaporadores son los ms difundidos en la industria alimenticia, por las ventajas peracionales y econmicas que los mismos poseen. Estas ventajas se pueden resumir de la siguiente forma:Alta eficiencia, economa y rendimiento.Alta flexibilidad operativa.Altos coeficientes de transferencias trmicos.Capacidad de trabajar con productos termosensibles o que puedan sufrir deterioro parcial o total de sus propiedades.Limpieza rpida y sencilla (CIP)En estos evaporadores la alimentacin es introducida por la parte superior del equipo, la cual ha sido normalmente precalentada a la temperatura de ebullicin del primer efecto, mediante intercambiadores de calor adecuados al producto. Se produce una distribucin homognea del producto dentro de los tubos en la parte superior del evaporador, generando una pelcula descendente de iguales caractersticas en la totalidad de los tubos. Este punto es de suma importancia, ya que una insuficiente mojabilidad de los tubos trae aparejado posibles sitios en donde el proceso no se desarrolla correctamente, lo cual lleva a bajos rendimientos de evaporacin, ensuciamiento prematuro de los tubos, o eventualmente al taponamiento de los mismos. Dentro de los tubos se produce la evaporacin parcial, y el producto que esta siendo concentrado, permanece en ntimo contacto con el vapor que se genera. Los dos fluidos, tanto el producto como su vapor, tienen igual sentido de flujo, por lo que la salida de ambos es por la parte inferior de los tubos.

Evaporador de pelcula ascendiente

En estos tipos de evaporadores la alimentacin se produce por la parte inferior del equipo y la misma asciende por los tubos.El principio terico que tienen estos evaporadores se asimila al 'efecto sifn', ya que cuando la alimentacin se pone en contacto con los tubos calientes, comienza a producirse la evaporacin, en donde el vapor se va generando paulatinamente hasta que el mismo, empieza a ejercer presin hacia los tubos, determinando de esta manera, una pelcula ascendente. Esta presin, tambin genera una turbulencia en el producto que est siendo concentrado, lo que permite mejor la transferencia trmica, y por ende, la evaporacin.En estos evaporadores existe alta diferencia de temperaturas entre la pared y el lquido en ebullicin. Cabe mencionar que la altura de los mismos es limitada, ya que la capacidad del vapor en arrastrar la pelcula formada hacia la parte superior del equipo no es suficiente y determina la altura mxima posible para el diseo.Son evaporadores en los cuales se puede recircular el producto concentrado, donde el mismo es enviado nuevamente al interior del equipo, y de esta forma, asegurar un correcto caudal de alimentacin.Evaporador de circulacin forzada

Los evaporadores de circulacin forzada pueden no ser tan econmicos, pero son necesarios cuando los productos involucrados en la evaporacin tienen propiedades incrustantes, altas viscosidades, precipitaciones, cristalizaciones o ciertas caractersticas trmicas que imposibilitan una circulacin natural.Son equipos en donde el producto es calentado a travs de un intercambiador de calor (los intercambiadores puede ser horizontales o verticales), luego se enva a un separador, donde la evaporacin se lleva a cabo gracias a la presin reinante dentro del mismo, producindose de esta forma una evaporacin flash y por ende un enfriamiento del producto. La velocidad de circulacin del producto dentro de los tubos es un factor esencial a tener en cuenta para cada tipo de producto.

Las propiedades fsicas y qumicas de la solucin que se esta concentrando y del vapor que se separa tiene un efecto considerable sobre el tipo de evaporador que de be usarse y sobre la temperatura y la presin del proceso, estos son algunos de los factores que afectan este proceso:

Concentracin en el liquido: Por lo general la alimentacin liquida a un evaporador es bastante diluida por lo que su viscosidad, bastante baja, es similar a la del agua y se opera con coeficientes de transferencia de calor bastante altos. A medida que se verifican la evaporacin la solucin se concentra y su viscosidad puede elevarse disminuyendo su coeficiente de transferencia de calor.

Solubilidad:A medida que se calienta la solucin y aumenta la concentracin del soluto o sal puede excederse el limite de solubilidad del material en la solucin y se forman cristales. Esto limita la concentracin mxima que puede obtenerse por evaporacin de la solucin.

Solubilidad trmica de los materiales: Muchos productos en especial los alimentos y otros materiales biolgicos, son sensibles a la temperatura y se degradan cuando esta o el calentamiento es muy prolongado. La cantidad de degradacin esta en funcin de la temperatura y el tiempo.

Formacin de espumas: En algunos casos los materiales constituidos por soluciones causticas, soluciones de alimentos como leche desnatada y algunas soluciones de acidos grasos forma espuma durante la ebullicin. Esta espuma es arrastrada por el vapor que sale del evaporador y puede producir perdidas de material.

Presiony temperatura: Cuanto mas elevada sea la presion de operacin del evaporador, mayor sera la temperatura de ebullicin. Ademas la temperatura de ebullicin tambien se eleva a medidaque aumenta la concentracin del material disuelto por la accion de evaporacin. Este fenmeno se llama elevacin de punto de ebullcion. Para mantener un nivel bajo la temperatura de los materiales termosensibles suelen ser necesario operar a presiones inferiores a 1atm esto es el vacio.

Formacin de inscurstaciones y materiales de construccin: Algunas soluciones depositan materiales slidos llamados incrustaciones sobre la superficie de calentamiento. Estas incrustaciones se forman a causa de los productos de descompocision por disminucin de la solubilidad. El resultado es una reduccin del coeficiente de transferencia de calor , lo que obliga a limpiar el evaporador. La seleccin de los materiales de construccin del evaporador tiene importancia en la prevencin de la corrosin.

Balances de entalpia para evaporador de simple efecto En un evaporador de simple efecto, el calor latente de condensacin del vapor es transferido a travs de una superficie de calentamiento para vaporizar agua de una solucin en ebullicin, se necesitan dos balances de entalpia, uno para el vapor de agua y otro para el lado del lquido. En un evaporador de simple efecto. La velocidad del flujo del vapor y del condensado es ms, la de la solucin diluida o alimentacin es mf , la del lquido concentrado es m. La velocidad de flujo de vapor hacia el condensador, suponiendo que no precipitan solidos de licor, es mf - m. por otra parte, Ts es la temperatura de condensacin del vapor de agua, T la temperatura de ebullicin del lquido en el evaporador, y Tf la temperatura de la alimentacin. La diferencia entre la entalpia de vapor de agua y la del condensado es simplemente s, el calor latente de condensacin del vapor de agua. El balance de entalpia para el lado del vapor es: qs = ms (Hs Hc) = mss

Evaporador de mltiple efecto En estos evaporadores las conexiones estn hechas de tal forma que el vapor procedente de un efecto sirve como medio de calentamiento para el efecto siguiente. Un eyector de aire y un condensador establecen un vaco en el tercer efecto de la serie y retiran los no condensables del sistema. El primer efecto es aquel en el que se introduce el primer vapor de calentamiento y en el que la presin en el espacio vapor es la ms elevada. El ltimo efecto tiene la presin mnima en el espacio vapor. La diferencia de presin entre el primer vapor de calentamiento y el condensador se divide a lo largo de dos o ms efectos. Cada efecto, por s solo, acta como un evaporador de un solo efecto y tiene una cada de temperatura correspondiente a la cada de presin. Todo lo que se ha dicho de un evaporador de un solo efecto es aplicable a cada uno de los efectos de un sistema de mltiple efecto. La numeracin de los efectos es independiente del orden en el que las soluciones entren como alimentacin; se numeran siempre en la direccin de disminucin de presin. En la operacin en estado estacionario, las velocidades de flujo y las velocidades de evaporacin son tales que tanto el solvente como el soluto no se acumulan ni disminuyen en cada efecto. Todas las concentraciones internas, velocidades de flujo, presiones y temperaturas se mantienen automticamente constantes durante la operacin del proceso mismo. La superficie de calentamiento del primer efecto transmitir por hora una cantidad de calor de acuerdo a la ecuacin q1 = A1U1T1 Sin embargo, el calor transferido en el segundo efecto viene dado por la ecuacin q2 = A2U2T2 ya que q1 y q2 prcticamente son iguales, se obtiene que A1U1T1 = A2U2T2 Puede emplearse, de forma que, aproximadamente A1U1T1 = A2U2T2 = A3U3T3 En la prctica ordinaria las reas de calentamiento de todos los efectos de un evaporador de mltiple efecto son iguales, lo cual conduce a una economa en la construccin. Por lo tanto, puesto que q1 = q2 = q3, A1U1T1 = A2U2T2 = A3U3T3 = q/A a partir de aqu se deduce que las cadas de temperatura en un evaporador de mltiple efecto son, de forma aproximada, inversamente proporcionales a los coeficientes de transferencia de calor