MANUAL EVAPORADOR SIMPLE-DOBLE EFECTO
LABORATORIO DE PROCESOS II
DOCENTE:
DEBORA NABARLATZ
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
BUCARAMANGA, SANTANDER
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Manual de un Evaporador Simple: Doble Efecto en el Laboratorio de Procesos II, Guías, Proyectos, Investigaciones de Física
Este documento ofrece una detallada explicación sobre el funcionamiento de un evaporador simple en el contexto de un laboratorio de procesos II. La documentación aborda conceptos básicos como la evaporación, el efecto de doble calentamiento y la eficiencia del proceso. Además, se incluyen ecuaciones y esquemas para calcular el calor de condensación y la transferencia de calor. El documento finaliza con una práctica para medir el caudal de agua de enfriamiento y calcular la eficiencia del proceso.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2018/2019
1 / 9
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MANUAL EVAPORADOR SIMPLE-DOBLE EFECTO
LABORATORIO DE PROCESOS II
DOCENTE:
DEBORA NABARLATZ
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
BUCARAMANGA, SANTANDER
1. INTRODUCCIÓN
La evaporación es una operación de Ingeniería, que consiste en separar parcialmente el solvente de una solución formada por un soluto no volátil, calentando la solución hasta su temperatura de ebullición.. Su mecanismo de operación consiste, de manera general, en un tubo que se encuentra sumergido en un recipiente con líquido y fluye por el vapor de agua, el contacto produce la formación de pequeñas burbujas de vapor en la superficie del tubo. Donde no hay burbujas el calor pasa por convección al líquido que lo rodea. Este calor también se transmite hacia la burbuja, aumentando su tamaño. Cuando se ha desarrollado suficiente fuerza ascensional entre la burbuja y el líquido, esta se libera de las fuerzas que la mantienen adherida al tubo y sube a la superficie del recipiente. Por la naturaleza esférica de la burbuja establece fuerzas de superficie en el líquido de manera que la presión de saturación dentro de la burbuja es menor que la del líquido que la rodea lo que permite que exista un flujo de calor dentro de la burbuja. El número de puntos en que se originan burbujas depende de la textura de la superficie del tubo, aumentando con la rugosidad. Existen varios tipos de sistemas de evaporación, entre estos evaporadores de película descendente, evaporadores de película ascendente, evaporadores de circulación forzada, evaporadores de placa y evaporadores compactos. También se encuentra una variación en su efecto, pues, aunque exista y se use la evaporación a simple efecto, que es una operación discontinua controlada de acuerdo con las variables que involucra la cristalización y, donde solo es posible utilizar el calor del vapor una vez, desde el punto de vista económico, resulta más ventajoso realizar la evaporación de manera continua, donde se puede utilizar el calor del vapor tantas veces como vasos tenga el equipo evaporador. A nivel industrial, la evaporación tiene amplio uso, la mayoría de las aplicaciones se encuentran en el sector de alimentos con el tratamiento de la leche, los jugos de fruta, los hidrolizados, la industria frigorífica, la avícola y en los extractos de materia prima.
Figura 1 :Esquema de evaporador de efecto simple. Donde mv es el flujo de agua de enfriamiento, ρs la densidad del agua, 𝑉̇ ̇es el caudal volumétrico, V es el volumen de agua líquida y Δ𝐻𝑣 es el calor de vaporización. En la cámara de vaporización, el calor transmitido a la solución de panela y agua Qm es únicamente la energía requerida para un cambio de fase, el cual se puede calcular por medio de la ecuación 5, donde mm es el flujo de masa de la solución que va cambiando de fase, y Hme y hms son las entalpías de la solución en fase líquida y vapor respectivamente. 𝑄𝑚=𝑚𝑚(𝐻𝑚v−ℎ𝑚𝑠) ( 7 ) Al condensador ingresa una corriente de agua de enfriamiento me a la cual se transfiere el calor de condensación de la muestra Qm y experimenta un cambio de temperatura ∆T; QC es el calor real transferido en el condensador y Cp es el calor específico del agua líquida. 𝑄𝐶=𝑚v 𝐶𝑝 Δ𝑇 (8) En la práctica, cuando se trabaja con procesos de transferencia de calor, parte de la energía se pierde o no es completamente aprovechada, estas pérdidas se generan principalmente en el evaporador Qpe y en el condensador Qpc. 𝑄𝑝=𝑄𝑝𝑐+𝑄𝑝𝑒 ( 9 ) 𝑄𝑝𝑒= 𝑄𝑒−𝑄𝑚 ( 10 ) 𝑄𝑝𝑐= 𝑄𝑐−𝑄𝑚 ( 11 ) La eficiencia en el proceso de evaporación equivale a la cantidad de calor aprovechado con respecto al suministrado: 𝑛=𝑄𝑎𝑝𝑟𝑜𝑣 𝑒𝑐ℎ𝑎𝑑𝑜/𝑄𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜=𝑄𝑚/ ( 12 )
5. EQUIPO: Evaporador Simple Figura 2. Partes del equipo evaporador doble efecto, y del panel de control.
1. Salida de flujo de la muestra. Válvula para el flujo de salida de la muestra.
2. Salida del condensado del vapor gastado.
3. Salida del condensado de la muestra.
4. Salida del flujo de agua de enfriamiento.
5. Manómetro.
6. Válvula 1. Control de la presión.
7. Evaporador con la solución.
8. Indicador de nivel.
12. Medir el volumen de melaza final.
9. CÁLCULOS
- Calcule el caudal de agua de enfriamiento y halle el promedio con los caudales obtenidos.
- Calcule el calor aprovechado.
- Calcule el calor suministrado.
- Calcule la eficiencia del proceso.
- Graficar la variación en el tiempo de los grados brix. 10.TABLA DE DATOS TABLA 1:Cálculo del caudal de trabajo para agua de enfriamiento Volumen [ml] Tiempo [S] Caudal [ml/s] Promedio TABLA 2:Condiciones del condensado de vapor gastado N° Tiempo [min] Temperatura [°C] Volumen [ml] Caudal [ml/min] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
TABLA 3:Condiciones del condensado de la muestra N° Tiempo [min] Temperatura [°C] Volumen [ml] Caudal [ml/min] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TABLA 4: Temperatura del agua de enfriamiento. N° de muestra Temperatura [°C] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TABLA 5: Grados Brix de las muestras de concentrado. N° de muestra Grados Brix 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10