EVAPORACION

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO INGENIERIA INDUSTRIAL EVAPORACION DOC: ALEXANDER EDUARDO BAZN CASTILLO

Elaborado Por: Marilyn Abigail Villegas Castillo 11/05/2014

TEMA: Evaporacin:I. INTRODUCCION3

II. DEFINICIONES.52.1 Evaporacin...62.2 Ebullicin....72.3 Cavitacin..82.4 Condensacin....82.5 Vapor saturado.92.6 Calor Sensible...92.7 Calor latente..9

III. EQUIPOS DE EVAPORACION..103.1 Evaporadores de Circulacin Natural..103.1.1 Evaporador abierto.113.1.2 Evaporador de tubos cortos Horizontales..113.1.3 Evaporadores de tubos cortos verticales...123.1.4 Evaporador con calandria exterior..123.2 Evaporadores con circulacin forzada.133.3 Evaporadores de tubos largos...133.4 evaporadores de Placas.15

IV. METODOS DE OPERACIN PARA EVAPORADORES184.1. Evaporadores de efecto simple. ...184.2. Evaporadores de efecto mltiple. (Triple efecto).194.2.1. Sistema en Paralelo...194.2.2. Sistema en corriente directa.214.2.3. Sistema en contracorriente21

V. CONCLUSIONES...23

VI. REFERENCIAS...24

I. INTRODUCCIONLa evaporacin es un proceso fsico que consiste en el paso lento y gradual de un estado lquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energa para vencer la tensin superficial. A diferencia de la ebullicin, la evaporacin se produce a cualquier temperatura, siendo ms rpido cuanto ms elevada aquella. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullicin. Cuando existe un espacio libre encima de un lquido, una parte de sus molculas est en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presin de vapor saturado, la cual no depende del volumen, pero vara segn la naturaleza del lquido y la temperatura.

La evaporacin es importante e indispensable en la vida, ya que el vapor de agua, al condensarse se transforma en nubes y vuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o roco.La evaporacin consiste en la eliminacin de un lquido de una solucin, suspensin o emulsin por tratamientos trmicos. Se dice entonces, que la solucin, suspensin o emulsin se est concentrando, y para lograr dicho propsito debemos suministrar una fuente de calor externo; esta fuente calrica se logra generalmente con vapor de agua, el cual se pone en contacto con el producto a travs de una superficie calefactora. Es una separacin de componentes por efecto trmico, en donde se obtienen dos productos de distintas composiciones fsico-qumicas. En la mayora de los casos, el producto evaporado, (solvente voltil, que generalmente es agua) es un producto sin valor comercial, mientras que el lquido concentrado, (soluto no voltil) es el que tiene importancia econmica. (Cabe mencionar que puede suceder al revs). Debemos tener en cuenta que los productos a evaporar se comportan de diferentes formas de acuerdo a su caractersticas fsico-qumicas, las cuales pueden definir un comportamiento de termo sensibilidad, de producir reacciones de precitacin, de aglomeracin o de polimerizacin, y un tratamiento inadecuado puede producir un deterioro parcial o total de distintos componentes qumicos involucrados en el lquido y de esta forma modificar indeclinablemente las propiedades del mismo. Por esta razn se deben realizar ensayos previos y poder as determinar el equipo adecuado para cada una de las necesidades. Estos ensayos son realizados por ingenieros calificados de nuestra empresa, ya que la misma cuenta con evaporadores a escala de laboratorio y piloto, los cuales permiten determinar variables termodinmicos, coeficientes trmicos, comportamientos en ebullicin, grados de ensuciamiento, concentraciones lmites y todo lo necesario para asegurar al cliente, un apropiado diseo y construccin de sus equipos.

Es por eso que la Ingeniera ha desarrollado, diseado y construido una gran variedad de evaporadores adaptados a las necesidades de sus clientes.Las aplicaciones de estos evaporadores son diversas y especficas para las industrias lecheras y de alimentos.

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 zanahoriaHidrolizados: 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.Industria Avcola: Concentracin de huevo entero, Concentracin de clara de huevo.

Tomando esta ptica del tema, se desarrolla de la siguiente manera. II. DEFINICIONES2.1. EvaporacinLa evaporacin es una operacin en la que se separa, mediante ebullicin, un disolvente voltil de uno o varios solutos no voltiles, con los que se encuentra mezclado formando una disolucin o suspensin. En la inmensa mayora de las evaporaciones el disolvente es el agua.Hay otras Operaciones Bsicas similares en cuanto a la transferencia de materia y energa, pero en las que se persigue un fin distinto. As, la evaporacin se diferencia del Secado en que el residuo es un lquido en vez de un slido; de la destilacin, en que el vapor es generalmente de un solo componente, y aunque fuese una mezcla, en la evaporacin no se pretende separar en fracciones; de la cristalizacin, en que el inters se centra en concentrar una disolucin, pero no en la obtencin y crecimiento de los cristales. En algunos casos, como en la evaporacin de salmuera para obtener sal comn, no hay una separacin muy marcada entre evaporacin y cristalizacin.La resolucin prctica de un problema de evaporacin, (eleccin del tipo de evaporador), est profundamente afectado por el carcter del lquido que se concentra, lo que hace que esta operacin sea distinta de la simple transmisin de calor.-Algunas de las propiedades ms importantes de las disoluciones, a tener en cuenta en un proceso de evaporacin, son las siguientes:Concentracin de la disolucin: Aunque el lquido que entra en un evaporador puede ser suficientemente diluido y poseer las propiedades del agua, a medida que aumenta la concentracin, la densidad y viscosidad de la disolucin aumentan, disminuyendo, por tanto, el coeficiente global de transmisin del calor. Si la ebullicin es continuada, se puede alcanzar el estado de saturacin, en cuyo caso habr que retirar los cristales formados. As mismo, es frecuente que con el aumento de concentracin aumente tambin la temperatura de ebullicin de la disolucin, dificultando el proceso, incluso impidindolo, si no se prevee, ya que podra resultar mayor la temperatura de ebullicin que la del propio vapor de calefaccin.

Formacin de espumas: Algunas sustancias, principalmente las orgnicas, forman una capa de espuma estable durante la ebullicin. Esta capa de espuma es indeseable porque el vapor formado puede arrastrarla y, por tanto, perderse una cantidad importante de lquido. Las espumas se forman cuando hay una capa de lquido con distinta tensin superficial que el resto de la masa, ocasionada a veces por la presencia de pequesimas partculas slidas o incluso coloidales, habindose dedicado un esfuerzo considerable al estudio de las tcnicas antiespumantes.A veces se utilizan mtodos qumicos, adicionando pequeas cantidades de reactivos, (aceites sulfonados), para disminuir o reducir la formacin de espumas. Si se quiere evitar la adicin de sustancias extraas, se pueden eliminar las espumas modificando el diseo del evaporador, con una superficie caliente que rompa la espuma, (muchas se destruyen a alta temperatura), o haciendo pasar el vapor formado a travs de unas placas deflectoras, contra las que choca, evitando as el arrastre.

Sensibilidad a la temperatura: Muchos productos qumicos, principalmente alimenticios y farmacuticos, se estropean cuando se calientan a temperaturas no muy elevadas durante espacios de tiempo relativamente cortos, en cuyo caso, habra que recurrir a tcnicas especiales para evitarlo.

Formacin de incrustaciones: Hay sustancias que se denominan de solubilidad invertida, en las que la solubilidad disminuye con la temperatura, y tienden a depositarse sobre las superficies de calefaccin. Otra causa es la descomposicin trmica por el calor. En estos casos se produce una disminucin del coeficiente global de transmisin del calor en el evaporador, y el proceso, se ve, en parte, impedido, siendo necesario parar el evaporador y limpiar los tubos, (con agua, cidos, lcalis, rascado mecnico, etc.), cosa que a veces es difcil y costosa.-Otras caractersticas a tener en cuenta, y que no son propias del lquido, son las siguientes:Eliminacin del aire, (u otros incondensables): El vapor de agua arrastra siempre aire y otros gases no condensables, los cuales se acumulan en la cmara de calefaccin, con lo que disminuye progresivamente el coeficiente de transmisin de calor.-Adems de stas, hay que considerar otras caractersticas o factores: El calor especfico, la temperatura de congelacin, la toxicidad, el riesgo de explosiones, los materiales de construccin, etc.Debido a la gran variedad de factores implicados, se han desarrollado diferentes estudios y muchos diseos de evaporadores.

2.2. EbullicinEbullicin se refiere a la accin y efecto de hervir, que consiste en el proceso fsico en el cual una sustancia pasa, de manera tumultuosa, del estado lquido al gaseoso, con unas caractersticas de presin y temperatura especficas. Proviene del latn ebullito, ebullitinis, y este a su vez de ebullire, que significa hervir, soltar burbujas.Segn la Fsica, la ebullicin ocurre cuando una sustancia aumenta su temperatura en la totalidad de su masa hasta tal punto que la presin del vapor se iguala a la presin atmosfrica externa. Dentro de este proceso, tiene lugar el aparecimiento de burbujas, que suben hasta la superficie, originando el vapor, es decir, el paso del lquido al estado gaseoso.

Las condiciones especficas de temperatura y presin en que dicho fenmeno sucede se denomina punto de ebullicin. Sin embargo, este puede variar de sustancia a sustancia. El alcohol, por ejemplo, tiene su punto de ebullicin en los 78 C, mientras que por ejemplo, el hierro, para hervir, tendra que alcanzar los 2.750 C, esto debido a que primero debe llegar a su punto de fusin (1.535 C), es decir, el momento en el cual pasa de estado slido a lquido, para luego vaporizarse. De este modo, la temperatura del punto de ebullicin no puede aumentar, sino que se mantiene constante a una presin tambin constante.El punto de ebullicin tambin se modifica cuando subimos en la atmsfera, debido a las variaciones de presin. Por ejemplo, el punto de ebullicin del agua al nivel del mar es 100 C, pero conforme vamos subiendo, la presin atmosfrica disminuye, as como la temperatura necesaria para alcanzar el punto de ebullicin.

2.3. CavitacinEs un efecto hidrodinmico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresin del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presin de vapor del lquido de tal forma que las molculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formndose burbujas o, ms correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presin e interpolan (el vapor regresa al estado lquido de manera sbita, aplastndose bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenmeno.

Es un proceso fsico que es muy parecido al de la ebullicin, la diferencia es que la cavitacin es causada por una cada de la presin local por debajo de la presin de vapor mientras que la ebullicin lo hace por encima de la presin ambiente local.2.4. CondensacinLa condensacin generalmente ocurre cuando un vapor se enfra, pero tambin puede ocurrir si se comprime (es decir, si se aumenta la presin) o se somete a una combinacin de refrigeracin y compresin. Al vapor que ha sido condensado de un lquido se le llama condensado. El dispositivo o la unidad donde se condensan los vapores en el lquido se llama condensador. Los condensadores se usan en intercambiadores de calor que tienen diversos diseos y tamaos.

2.5. Vapor saturadoEl "vapor sobrecalentado" es vapor de agua a una temperatura mayor que la del punto de ebullicin. Parte del vapor saturado y se le somete a un recalentamiento con el que alcanza mayor temperatura. Tambin se obtiene en las calderas de vapor pero que tienen secciones de recalentamiento para el vapor haciendo pasar el vapor que se obtiene en la ebullicin por tubos expuestos a los gases calientes del proceso de combustin.Se utiliza para mover maquinas (de pistones y turbinas). Aunque tambin se ha usado el vapor saturado, el sobrecalentado tiene ventaja. As que se usa en locomotoras de vapor (con muy pequeo grado de recalentamiento), accionamiento de barcos, generacin elctrica en centrales termoelctricas tanto convencionales como nucleares, centrales geotrmicas, en las centrales llamadas ciclos combinados.Tambin se utiliza en variados procesos industriales como por ejemplo el de secado de la madera, destilacin, obtencin del coke, etc.

2.6. Calor SensibleCalor sensible es aquel que recibe un cuerpo y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su Estado. En general, se ha observado experimentalmente que la cantidad de calor necesaria para calentar o enfriar un cuerpo es directamente proporcional a la masa del cuerpo y a la diferencia de temperaturas. La constante de proporcionalidad recibe el nombre de calor especfico.2.7. Calor latenteEl nombre proviene de la oposicin a calor latente, que se refiere al calor "escondido", es decir que se suministra pero no "se nota" el efecto de aumento de temperatura, ya que por lo general la sustancia a la que se le aplica aumentar su temperatura en apenas un grado centgrado, como un cambio de fase de hielo a agua lquida y de sta a vapor. El calor sensible s se nota, puesto que aumenta la temperatura de la sustancia, haciendo que se perciba como "ms caliente", o por el contrario, si se le resta calor, la percibimos como "ms fra".III. EQUIPOS DE EVAPORACION: Factores que influyen en la eleccin del tipo de evaporador: Costes de inversin y funcionamiento. Intervalo de concentracin final, disoluciones muy viscosas U bajos se utilizan tipos especiales de evaporadores Tipo de disolucin: Formacin de costras: Curvas de solubilidad inversa Importancia del incremento ebulloscpico: Calidad vapor calefaccin/ rendimiento del vapor Formacin de cristales: posible importancia de tamao y forma Inestabilidad trmica: descomposicin producto, T Max 60C Formacin de espumas: sistemas especiales de la separacin de la fase vapor Corrosividad: Tendencia a la utilizacin de sistemas de 1 Efecto

3.1. Evaporadores de Circulacin Natural:3.1.1. Tubos horizontales3.1.2. Tubos verticales y tubo central3.1.3. Tipo cesta3.1.4. Evaporador con calandria exterior

3.2. Evaporadores con circulacin forzada.

Se usan para lquidos o soluciones viscosas, corrosivas y en las que se forman sales o productos cristalinos.

3.3. Tubos verticales largos:

Formado por un elemento calefactor tubular para el paso de lquidos a travs de los tubos solo una vez, por circulacin natural, el vapor entra a travs del cinturn del evaporador. Es excelente para lquidos espumosos o que formen natas. Evaporadores de pelcula.

3.4. Evaporadores de tubos largos

3.5. Evaporadores de Placas

IV. METODOS DE OPERACIN PARA EVAPORADORES

4.1. Evaporadores de efecto simple.

EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO El modo ms sencillo en que puede llevarse a cabo la evaporacin es empelando una sola etapa, o evaporacin de "efecto simple". Este modo de operacin se emplea cuando la cantidad de disolucin a tratar es relativamente pequea y/o el coste del vapor es barato comparado con la inversin necesaria para un evaporador ms complejo.

4.2. Evaporadores de efecto mltiple. (Triple efecto)

EVAPORADOR MLTIPLE EFECTO -. consiste realmente en un sistema con varios evaporadores o efectos interconectados. En el primero de ellos se utiliza vapor fresco como agente de calefaccin, mientras que la corriente de vapor generada en el mismo se introduce como agente de calefaccin, mientras que la corriente de vapor generada en el mismo se introduce como agente de calefaccin en el segundo. A su vez, el vapor generado en el segundo efecto es el agente calefactor del tercero y as sucesivamente. Se utiliza en industria de bebidas no alcohlicas

EVAPORADOR TRIPLE EFECTO.- Utiliza un sistema de circulacin natural del calor y un sistema de evaporacin por presin negativa, adems se alta velocidad de evaporacin y una alta concentracin reciclar alcohol con una concentracin de cerca de 80 grados. Estos se especializan por ser tiles para temperaturas de baja concentracin en materiales sensibles al calor. Puede ser usado para evaporar y concentrar lquidos glucosa, almidn, glutamato mono sdico, lcteos, qumicos, etc.

4.2.1. Sistema en ParaleloVentajas: Gran utilizacin del vapor La presin se distribuye El mismo vaco hace que fluyan los concentrados Desventajas: La transmisin de calor esta dificultada por:

4.2.2. Sistema en corriente directa

4.2.3. sistema en contracorriente

Ventajas: Mejora la transmisin de calor, se compensa el gradiente de temperatura al aumentar la concentracin.

Desventajas: Hay que colocar bombas para que fluya el concentrado

V. Conclusiones

De esta manera concluyo que la evaporacin es un proceso fsico en el que un lquido o un slido se convierte gradualmente en gas, considerando que en este proceso el agua se calienta al absorber energa calrica del sol tomando en cuenta que esta, la fuente de energa del sol y que esto permite culminar la fase. La energa necesaria para que un gramo de agua se convierta en vapor es de 540 caloras a 100 c valor conocido cmo calor de evaporacin. Al ocurrir la evaporacin la temperatura del aire baja, al ser tomado el calor de la superficie por la evaporacin procedentemente es transportado a otros niveles mediante el proceso inverso de condensacin, se est entonces ante un mecanismo de mucha importancia, en lo que respecta a la transferencia y distribucin del calor en la atmsfera en el globo terrestre.Cabe mencionar que se trata de un fenmeno absolutamente necesario para el ciclo de la vida, dado que el agua en estado gaseoso se condensa y se convierte en nubes, las cuales recobran su forma lquida durante la lluvia, que mantiene frtiles nuestros suelos. Asimismo, este regreso del agua a la tierra puede darse a travs de las nevadas, de roco o de niebla, desde Este punto de vista como tambin en el enfoque industrial para la optimizacin energtica en combinar una planta de evaporacin con una planta de secado, etc. Es de gran sutileza su aplicacin.

VI. REFERENCIAS.

1. Operaciones Bsicas: Evaporacin, fundamento de la tcnica, Universidad de Barcelona.

2. UNIDAD 3: Evaporacin y Evapotranspiracin. UNICEN - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires Pg. 2. [1]

3. Operaciones bsicas en el Laboratorio de qumica: Evaporacin, Universidad de Barcelona.

4. Operaciones bsicas: Evaporacin, OpenCourseWare, Universidad de Sevilla.

5. Qumica para el nuevo milenio. Pgina 7

6. Custodio E. y M. R. Llamas, 1976.Hidrologa subterrnea. Tomo I. Ediciones Omega, Barcelona. 1157 pp.

7. http://fcq-unitarias2.wikispaces.com/file/view/Evaporadores-proyecto+I.pdf

8. http://www.buenastareas.com/ensayos/Informe-De-Operaciones-Unitarias-Evaporaci%C3%B3n/2032881.html

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