Informe Final Evaporadores

Operaciones Unitarias III

Tecnología de Evaporación

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA

FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INENIERIA QUIMICA

2016 TECNOLOGIA DE EVAPORADORES

INTEGRANTES:

1



ROJAS TUNQUE TRIXY LESLY



QUISPE CONDORI JUAN ELVIS



YANA DIAZ MIGUEL



CALSINA MARRON EFRAIN



MELENDEZ CACERES CARLOS

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CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 5 2. COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA PLANTA DE EVAPORACION ................................................ 5 2.1. PRECALENTADORES Y CALENTADORES .................................................................................... 6 2.1.1 PRECALENTADOR ............................................................................................................... 6 2.1.2 CALENTADORES .................................................................................................................. 6 2.2 EVAPORADORES: ...................................................................................................................... 7 MISIÓN EN EL CIRCUITO .............................................................................................................. 7 TIPOS DE EVAPORADORES .......................................................................................................... 7 2.3 SEPARADORES ........................................................................................................................... 8 2.4. CONDENSADORES .................................................................................................................... 9 2.4.1 condensadores de aire ....................................................................................................... 9 2.4.2 CONDENSADORES EVAPORATIVOS .................................................................................... 9 2.4.3 EL FUNCIONAMIENTO DE ESTE TIPO DE CONDENSACIÓN ES EL SIGUIENTE ................... 10 2.4.4 INSTALACIÓN DE UN CONDENSADOR EVAPORATIVO ..................................................... 11 2.5. SISTEMA DE VENTEO (BOMBA DE VACÍO) ............................................................................. 11 2.5. BOMBAS DE VACÍO ................................................................................................................. 12 2.5.1. VENTAJAS ....................................................................................................................... 13 2.6. BOMBAS ................................................................................................................................. 15 Bombas Caloríficas .................................................................................................................... 15 2.6.2. BOMBA DE CALOR CON MOTOR DE GAS ........................................................................ 15 2.6.3. CICLO DE CALEFACCIÓN: ................................................................................................. 16 2.6.4. CICLOS DE CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN .................................................................. 16 2.6.5. BOMBA DE CALOR DE ABSORCIÓN ................................................................................. 16 2.6.5.1. FOCOS DE LA BOMBA DE CALOR .................................................................................. 17 2.6.5.2. FOCOS FRÍOS ................................................................................................................ 17 2.6.6. ¿CUÁLES SON LOS COMPONENTES DE LA BOMBA DE CALOR? ...................................... 17 2.6.6.2. Alternativos .................................................................................................................. 18 2.6.6.4. Rotativos....................................................................................................................... 18 2.7. SISTEMA DE LIMPIEZA CIP (CLEANING IN PLACE) .................................................................. 19 2.7.1. LIMPIEZA DE CAÑERÍAS, TUBERÍAS O SISTEMAS CERRADOS .............................................. 20 2.8. LAVADORES DE VAHOS .......................................................................................................... 22 2

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APROVECHAMIENTO DE VAHOS EN UNA PLANTA EVAPORADORA DE PELICULA DESCENDENTE (WHE) ........................................................................................................................................ 23 VAHOS COMO COMPONENTE DEL EQUIPO EVAPORADOR ...................................................... 23 2.9 SISTEMA DE TRATAMEINTO DE CONDENSADO: TRATAMIENTO MEDIANTE COLUMNAS DE RECTIFICACION O DEMIANTE SISTEMA DE FILTRACION POR MEMBRANAS ........................... 24 3.

EQUIPOS O TIPOS DE EVAPORADORES ..................................................................................... 24 3.1.

EVAPORADOR DE CIRCULACIÓN NATURAL ....................................................................... 24

Diseño........................................................................................................................................ 24 Funcionamiento: ....................................................................................................................... 24 Características especiales:......................................................................................................... 24 Campos de aplicación:............................................................................................................... 24 3.2.

EVAPORADOR DE CIRCULACIÓN FORZADA ....................................................................... 25

Diseño:....................................................................................................................................... 25 Funcionamiento: ....................................................................................................................... 25 Características especiales:......................................................................................................... 25 Campos de aplicación:............................................................................................................... 25 3.3. EVAPORADORES DISCONTINUOS ........................................................................................... 27 Funcionamiento: ....................................................................................................................... 27 Características especiales:......................................................................................................... 28 Ventajas y desventajas: ............................................................................................................. 28 Desventaja s .............................................................................................................................. 28 Campo de aplicación en las disoluciones: ................................................................................. 28 3.4. EVAPORADORES ABIERTOS .................................................................................................... 29 Funcionamiento: ....................................................................................................................... 29 Características especiales:......................................................................................................... 29 Ventajas y desventajas: ............................................................................................................. 29 Ventajas:.................................................................................................................................... 29 Desventajas: .............................................................................................................................. 30 Campo de aplicación en las disoluciones: ................................................................................. 30 4.

EVAPORADOR MÚLTIPLE EFECTO ............................................................................................. 30 4.1

Alimentación directa: ........................................................................................................ 30

4.2

Alimentación a contracorriente: ....................................................................................... 31 3

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4.3

Alimentación mixta: .......................................................................................................... 32

4.4

Alimentación en paralelo: ................................................................................................. 33

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................... 35

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1. INTRODUCCIÓN En general se entiende por evaporación, a aquella operación unitaria que tiene por objeto concentrar una solución evaporando parte del solvente. Hasta llegar a su forma actual, pasando por la caldera de sal calentada a fuego directo en la Edad Media, el evaporador ha sufrido una lenta y continua evolución en pos de optimizar su funcionamiento. En gran parte, los distintos equipos se han desarrollado como un arte, ya que debido al gran número de variables que intervienen, resulta, a menudo, difícil predecir el comportamiento térmico de los mismos. La evaporación como operación unitaria está involucrada en procesos como la des humidificación, en la cual sin la presencia de ningún soluto se evaporan pequeñas cantidades de agua, hasta el secado donde se evapora la mayor parte del solvente (en general agua) para generar una masa predominantemente sólida. No obstante, se retiene el nombre de evaporación sólo para la concentración de soluciones líquidas. El libro de Kern (1963) en su versión en español hace una distinción entre los evaporadores químicos destinados a concentrar soluciones y los evaporadores para plantas de fuerza cuando su función es producir vapor para generar energía eléctrica. Entre las numerosas aplicaciones de los evaporadores pueden mencionarse la concentración de soluciones, cristalización de soluciones, revaporización de un gas licuado para su transporte y almacenamiento, su empleo en procesos de separación primaria de compuestos con puntos de ebullición muy distintos y la remoción de solventes orgánicos volátiles. 2. COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA PLANTA DE EVAPORACION El núcleo de cualquier planta de evaporación es el evaporador. Pero para el funcionamiento de la planta, son necesarios otros componentes/equipos adicionales. Los más importantes son los condensadores, los precalentadores, las bombas, los accesorios de valvulería, los conductos de venteo, los sistemas de vacío y los sistemas de limpieza. Si los componentes del producto de alimentación deben ser separados entre si , se instalan columnas de rectificación, plantas de filtración por membranas, columnas de lavado de gases y/o recuperación de aroma. El funcionamiento continuo de la planta, se garantiza mediante sistemas de medición, regulación y control asi como una monitorización computarizada adecuados. Tienen especial importancia los sistemas de seguridad en la planta, y los sistemas de protección de riesgos laborales como, el aislamiento térmico y acústico para garantizar el manejo seguro de las instalaciones

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2.1. PRECALENTADORES Y CALENTADORES 2.1.1 PRECALENTADOR El Precalentador de agua no es nada más que un intercambiador de calor que aprovecha los gases de escape de la combustión para calentar el agua de alimentación del generador de vapor que pasa por el interior del tubo del mismo.

2.1.2 CALENTADORES Para los que estéis interesados/as en cambiar solo vuestro termo eléctrico u otro sistema de abastecimiento de agua caliente sanitaria por un calentador de gas, os asesoramos sobre los dos tipos de calentadores que existen actualmente. Los calentadores son generadores de agua caliente sanitaria para uso directo. Igual podemos ducharnos, lavarnos las manos, fregar los platos, etc. Al igual que con las calderas también existen calentadores atmosféricos y calentadores estancos. Calentadores atmosféricos. Son los de funcionamiento mas simple y también más antiguo. El calentador toma el aire de la habitación para realizar la combustión. No esta permitido su instalación ni en baños ni habitaciones dormitorio. El calentador atmosférico además solo se puede instalar si se garantiza que el tiro en vertical de la salida de humos es suficientemente alta para que los humos salgan con facilidad, sin entretenerse. Los calentadores atmosféricos se ven influenciados por las condiciones atmosféricas: viento, lluvia. Calentadores estancos. Están dotados de un tubo de salida de gases concéntrico, lo que permite aspirar el aire del exterior y expulsar los humos por el mismo tubo de salida de gases. Gracias a esta disposición el calentador estanco es mucho más seguro, permitiendo ser instalado en cualquier habitación, aunque sea dormitorio. Para la evacuación de gases dispone de un extractor que obliga a estos a salir al exterior. En los calentadores estancos, las condiciones atmosféricas como el viento o la lluvia, prácticamente no afectan el correcto funcionamiento. 6

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2.2 EVAPORADORES: MISIÓN EN EL CIRCUITO El evaporador es la parte del sistema frigorífico en el que el refrigerante alcanza su temperatura de saturación y se vaporiza, es decir el refrigerante entra en estado líquido en el evaporador a baja presión, y en consecuencia también a baja temperatura. Como el medio que le rodea está a una temperatura superior, existe una cesión de calor que proviene del ambiente, la cual será absorbida por el fluido refrigerante para poder así llevar a cabo su cambio de estado de líquido a vapor. En una instalación frigorífica, una parte del calor absorbido por el evaporizador, es utilizado para bajar la temperatura del aire (calor sensible), otra parte para condensar y transformar en escarcha el vapor de agua del aire (calor latente). Este vapor de agua proviene de la evaporación de los géneros almacenados y de la humedad del aire exterior entrado por filtración y abertura de puertas. En algunos sistemas de aire acondicionado lo que se enfría en el sistema además de aire puede ser agua o salmuera. TIPOS DE EVAPORADORES Los evaporadores se pueden clasificar en función del cometido que se le asigne, es decir:  

Evaporadores para enfriamiento de aire. Evaporadores para enfriamiento de líquidos.

Enfriamiento de aire:  

Circulación natural Circulación

Evaporadoresde enfriamiento de liquidos:     

De inmersión De doble tubo a contracorriente De lluvia Multitubulares Especiales

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2.3 SEPARADORES Cada evaporador está equipado con una unidad para la separación de vapores de los líquidos. Dependiendo del campo de aplicación diferente se eligen tipos de separadores, por ejemplo, separadores centrífugos, gravitatoria separadores o separadores equipadas con las partes internas. Criterios de diseño esenciales se van a separar la eficiencia, la pérdida de presión y la frecuencia de limpieza. El Separador Flottweg: Los separadores se utilizan en numerosos procesos tecnológicos para la separación mecánica y la clarificación de mezclas de sólidos con líquidos. Estas máquinas están destinadas a su uso con líquidos y, en comparación con las decantadoras, trabajan a velocidades más altas. Por consiguiente, la fuerza centrífuga (valor g) de un separador es considerablemente más fuerte que la de una centrífuga. Los separadores de Flottweg son idóneos para la separación de las partículas sólidas muy finas de un líquido (clarificadora). Asimismo, resultan ideales para la separación simultánea de mezclas de líquidos de distinta densidad y de sólidos (purificadora). Los separadores AC (Automatic Cleaning) de Flottweg ofrecen una amplia gama de aplicaciones y también están disponibles en varios modelos. Los separadores AC de Flottweg tienen distintas aplicaciones    

La industria cervecera y de bebidas La industria del almidón Química y biotecnología Extracción y procesamiento de grasas y aceites

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2.4. CONDENSADORES 2.4.1 condensadores de aire El aire es el medio de enfriamiento más barato que existe, ya que es gratis. Su bajo calor específico obliga a mover grandes volúmenes de aire y superficies de intercambio elevadas, razón por la que este tipo de condensadores no se utiliza engrandes instalaciones. En la práctica la temperatura de condensación Tc se sitúa de 7 ºC a 9 ºC por encima de la temperatura del aire de salida To. Por otro lado el grado de calentamiento del aire que entre Ti y pasa a través del condensador aumenta entre 5 ºC y 7 ºC. 7ºC < (Tc - To) < 9ºC

5ºC < (To - Ti) < 7ºC

2.4.2 CONDENSADORES EVAPORATIVOS Los condensadores valorativos se han impuesto por la necesidad de reducir el consumo de agua de condensación que precisan los otros tipos de condensadores. Podemos considerarlo como una torre de refrigeración en cuyo interior se aloja el condensador de tubo con aletas. Todo el sistema está dentro de una envolvente metálica prismática, que optimiza la circulación del aire que entra y evita pérdidas de agua por salpicaduras, lo que posibilita el montaje interior (ver figura 16). La entrada de aire se realiza por una de las partes laterales inferiores y la salida se lleva a cabo por la parte superior, forzada por ventiladores. Este tipo de condensadores son de tamaño más reducido que las torres de refrigeración y presentan la ventaja de que se pueden instalar en la propia sala de máquinas evacuando el aire hacia el exterior por medio de conductos ya que deben instalarse cerca del compresor debido a la dificultad que supondría bombear el refrigerante a distancias grandes. Presentan el inconveniente de que, al evaporarse parcialmente el agua sobre los tubos del condensador, termina formándose sobre ellos sarro, que disminuye la capacidad de intercambio térmico, e incluso lodos corrosivos que pueden terminar provocando fugas. Además de los inconvenientes citados pueden desarrollarse organismos vegetales como consecuencia del alto grado de humedad y de la temperatura del agua. Al igual que las torres de refrigeración deben incorporar una purga para el agua en continuo, reduciendo así la concentración de minerales debido a la evaporación. En la parte baja del condensador se dispone de un depósito para agua, cuyo nivel se mantiene constante gracias a una válvula de flotador. El agua es tomada de éste depósito y, por medio de una bomba, conducida a unas toberas pulverizadoras colocadas sobre el condensador, tal como puede apreciarse en la figura17. Sobre las toberas van colocadas unas placas eliminadoras (separador de gotas), que impiden que el agua pueda ser arrastrada por el aire y mandada a la atmósfera, pues chocan con estas placas y se precipitan al fondo.

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2.4.3 EL FUNCIONAMIENTO DE ESTE TIPO DE CONDENSACIÓN ES EL SIGUIENTE El aire que entra por la parte inferior del aparato es aspirado por el ventilador y obligado a atravesar los serpentines del condensador, para ser expulsado por la parte superior. Por otro lado el agua es bombeada desde el recipiente situado en la parte inferior hasta los pulverizadores colocados en la parte superior. Ello va a originar que la masa de aire ascendente que se desplaza a contracorriente con la de agua pulverizada, propicie la vaporización de parte del líquido que, absorberá calor del resto del agua, enfriándola, y absorberá calor latente de la propia superficie caliente del serpentín del condensador, enfriándola también. Además tiene lugar un intercambio de calor sensible con la citada superficie del serpentín, por parte del agua no vaporizada que retorna al depósito. Ambos fenómenos originan el enfriamiento del serpentín y, en consecuencia, el del fluido frigorífero que circula por su interior, dando lugar a su condensación y cambio de fase. En este tipo de condensadores, la temperatura del medio de enfriamiento permanece constante debido al cambio de estado que sufre parte del agua. La cantidad de agua que puede pasar a vapor, será en el mejor de los casos, la necesaria hasta que el aire alcanza el estado saturado. Dicha cantidad dependerá del estado higrométrico del mismo, siendo mayor cuanto más seco esté el aire, es decir, que cuanto menor sea la humedad relativa del aire, mayor cantidad de agua se evaporará.

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2.4.4 INSTALACIÓN DE UN CONDENSADOR EVAPORATIVO La temperatura que reinará alrededor de los tubos será sensiblemente la del aire saturado de salida a la temperatura del agua pulverizada. Por consiguiente, el incremento de temperatura que se considera en la transmisión del calor será: ∆T = Tc – Th, Siendo Tc la temperatura de condensación y Th la temperatura alrededor de los tubos. Por lo tanto, en base a la expresión de cálculo de la potencia calorífica que cede un condensador, podemos decir que el rendimiento de los condensadores evaporativos depende de: La humedad relativa del aire, que como es lógico, cuanto menor sea, mayor será el rendimiento del condensador, debido a que al poder evaporar más agua, ésta podrá absorber más cantidad de calor. La temperatura de condensación del fluido, que cuanto mayor sea mejor rendimiento tendrá (∆T mayor). Mantener la superficie exterior del serpentín libre de depósitos e incrustaciones, por lo que hay que contrarrestar el peligroso bicarbonato cálcico que todas las aguas llevan disueltas (aumentar el factor de transmisión de calor K).Para determinar la potencia de estos condensadores se puede hacer el siguiente balance energético: Qc = calor del aire saliente - Calor del aire entrante - calor del agua de reposición Primeramente medimos la temperatura y HR del aire de entrada, luego los mismo en el aire de salida. Con estos valores determinamos, por ejemplo en un diagrama psicométrico, sus respectivas entalpías, con lo cual tendremos determinados los calores totales. Por otro lado, la temperatura del agua pulverizada tiende a ser igual a la del aire saliente (o viceversa), una vez la maquina haya alcanzado su régimen de trabajo y ésta será la que reina en el interior del aparato. El calor del agua de reposición se calcula fácilmente, midiendo su temperatura y la cantidad consumida. El rendimiento de estos aparatos depende del estado higrométrico del aire. Generalmente la temperatura de condensación está entre 10 ºC y 12 ºC por encima de la del aire ambiente. T condensación = T ambiente + ∆T

10 ºC < ∆T < 12 ºC

2.5. SISTEMA DE VENTEO (BOMBA DE VACÍO) Un sistema de vacío típico consiste en uno o más etapas de eyectores unidos por medio de condensadores donde se produce la condensación de los vapores procedentes de la etapa anterior. Las presiones absolutas en la aspiración comprenden el intervalo 0,100-200 Torr. Para presiones absolutas mayores, solamente es necesario un eyector de vapor, es decir una sola etapa. 11

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Cuando los sistemas de vacío con eyectores de vapor, están formadas por varias etapas, el aire, gas y vapor aspirados de la instalación donde están realizando el vacío, sufren una compresión en cada una de ellas. El número de etapas es igual al número de eyectores conectados en serie. Los condensadores intermedios tienen por misión condensar el vapor motriz de la impulsión de los eyectores, así como el vapor aspirado de la instalación donde se realiza el vacío

reduciendo de este modo la carga de aspiración en cada etapa. Estos condensadores pueden ser tanto de mezcla o contacto directo así como de superficie. La cantidad necesaria de etapas dependerá del nivel de vacío requerido de acuerdo a la siguiente figura: Adicionalmente se podrían realizar las siguientes variantes: 

Incluir pre-condensador. Su misión es reducir la carga de aspiración en la primera etapa mediante condensación de parte de los vapores de entrada al grupo.



Incluir post-condensador. Su misión es recuperar también el condensado del vapor motor en la última etapa. Esta disposición es muy empleada para grupos de vacío de venteo de aire en condensadores de turbina.



Intercondensador multicarcasa. Se pueden realizar diseños en los que cada etapa de eyectores descargue en un mismo intercondensador con diferentes carcasas que comparten el lado de tubos creando un equipo más compacto.

2.5. BOMBAS DE VACÍO La industria actual requiere de una combinación de bombas de vacío para conformar un equipo para determinado proceso donde es necesario la mejor opción y al mejor precio. Así que pueden ser combinaciones de Anillo líquido con BOOSTER de alto vacío o BOMBA DE PISTÓN ROTATORIO con BOOSTER de alto vacío y bomba de DIFUSIÓN en aplicaciones de metalizado, BOMBAS etc.

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La experiencia en combinaciones en BOMBAS Y EQUIPOS DE VACÍO es muy importante para determinadas aplicaciones y nuestra empresa está en disposición de apoyar técnicamente a nuestros clientes en la selección de sus equipos 2.5.1. VENTAJAS A. Alta Eficiencia: Las bombas de vacío "BVD Vacuum" de anillo líquido proporcionan alta eficiencia por su doble cámara, por lo que el desplazamiento se mantiene a vacíos muy elevados y es posible evacuar grandes cantidades de aire o gas en un corto tiempo. B. Larga vida y facilidad de mantenimiento: Por su simplicidad de diseño y construcción, ya que tiene una sola pieza en movimiento (impulsor) y no hay contacto entre sus partes internas. C. Operación sencilla y sin vibraciones: Están libres de vibración, golpeteos y trabajan silenciosamente por lo que no se requieren cimientos especiales o barreras para sonido o vibración. D. Opción de materiales: Se pueden construir en una amplia variedad de materiales resistentes a los gases o vapores especiales Las ventajas de las bombas de anillo líquido son: E. Diseño más simple que la mayoría de otras bombas de vacío; solamente utilizan un sistema de rotación. F. Puede fabricarse de cualquier metal fundido. G. Pequeños ruidos y vibración. H. Muy pequeño incremento en la temperatura del gas de descarga. I. Puede manejar cargas de gases condensables. J. No se produce ningún tipo de deterioro debido al líquido o pequeñas partículas que puedan entrar con el fluido de proceso. K. Velocidad de giro pequeña (1800 r.p.m. o menor), que maximiza la duración del proceso. L. Se puede poner en funcionamiento o parar continuamente.

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LL. Puede utilizarse cualquier tipo de líquido como líquido sellante, en situaciones donde es posible la mezcla con el vapor del proceso.

El principio de operación de las bombas de vacío de tipo anillo líquido, es la resultante de la combinación de compresión isotérmica de los gases y de la condensación de los mismos al contacto del líquido sellante. Extracción de vapores en procesos de polimerización, eliminación de alcoholes o solventes y otros gases, son aplicaciones comunes. Diseño y operación con el uso de diferentes materiales como acero inoxidable, bronce y otros, se pueden eliminar gases corrosivos y obtener condensados de alta pureza, evaporando a presiones absolutas menores que 1 torr con la inclusión de un booster lobular. La gran ventaja de las bombas de anillo líquido radica en que el fluido sellante de la bomba puede ser afín al gas bombeado. Añadir un nuevo booster al equipo, causará obtener mejores condiciones de evaporación. Consúltenos y obtendrá soluciones.

Bomba de Monoblock

vacío Bomba de vacío de 1 y 2 Bomba de vacío de gran etapas caudal

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2.6. BOMBAS Bombas Caloríficas Sistemas de ciclo binario Los sistemas de ciclo binario pueden ser utilizados en los yacimientos hidrotérmicos de entalpía media (100°C-200°C), donde predomina el agua líquida (Figura 10.18). Este tipo de plantas emplean un segundo fluido de trabajo, con un punto de ebullición (a presión atmosférica) inferior al del agua, tales como isopentano, freón, isobutano, etc., los cuales se evaporizan y se usan para accionar la turbina. Estos sistemas, además de presentar la ventaja de permitir utilizar yacimientos geotérmicos de temperaturas medias, admiten la explotación de yacimientos con acuíferos con un mayor porcentaje de impurezas, especialmente si estos están bajo una presión tal que no tenga lugar la evaporación súbita. El líquido extraído del acuífero, una vez ha cedido su calor al fluido de trabajo en el intercambiador de calor, retorna de nuevo al yacimiento. El fluido secundario trabaja de acuerdo con el ciclo convencional Rankin. El fluido de trabajo, transformado en vapor recalentado a su paso por el evaporador, se dirige a la turbina con el objeto de accionarla. El generador, mecánicamente acoplado a la turbina, es el encargado de generar electricidad. Los gases del fluido de trabajo, una vez se expanden en la turbina, se condensan en un intercambiador de calor. El intercambiador es refrigerado con agua mediante un circuito que dispone de refrigeración. Las plantas de ciclo binario se construyen generalmente en unidades modulares de pequeño tamaño, las cuales pueden ser interconectadas para constituir plantas eléctricas de decenas de megavatios. Bombas de Calor Una maquina frigorífica extrae un flujo de calor Qb de una región fría y cede un flujo de calor Qa al ambiente, su objetivo es extraer de la región fría. Sin embargo, el mismo ciclo básico puede tener como objetivo principal suministrar un flujo de calor a un espacio habitable, como una casa o un edificio comercial. Es este caso el flujo de calor extraído como Qb proviene del ambiente, que está más frio. De hecho, la bomba de calor moderna combina el calentamiento y enfriamiento (refrigeración) de la misma región del espacio en una sola unidad. Cuando se necesita enfriar, el sistema de la bomba de calor funciona como un acondicionador de aire. En este modo de enfriamiento se extrae un flujo de calor Qb, sum del espacio habitable y cede, en el Exterior del edificio, un flujo de calor Qa,ced al ambiente . En el modo de acondicionamiento de aire, el COP viene dado por la ecuación siguiente, en términos del ciclo ideal de refrigeración mostrado en la figura siguiente. 2.6.2. BOMBA DE CALOR CON MOTOR DE GAS Ciertos tipos de Bombas de Calor (reversibles) son capaces de proporcionar calefacción y refrigeración. Las Bombas de Calor reversibles incorporan una válvula de 4 vías que permite la inversión de circulación del fluído frigorífico. De esta forma se consigue: 15

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Que se bombee calor del exterior hacia el interior en el ciclo de calefacción. Que se bombee calor del interior hacia el exterior en el ciclo de refrigeración. El funcionamiento de una Bomba de Calor reversible es el siguiente:

2.6.3. CICLO DE CALEFACCIÓN: - El compresor eleva la presión y temperatura del fluido frigorífico. (1) - En el intercambiador, situado en el interior del recinto a calentar, el fluido cede al aire del recinto el calor de su condensación. (2) - El fluido en estado líquido y a alta presión y temperatura se expande en la válvula de expansión reduciendo su presión y temperatura, evaporándose en parte. (3) - En el intercambiador situado en el exterior el fluido refrigerante completa su evaporación absorbiendo calor del aire exterior, retornando al compresor (1) a través de una válvula de cuatro vías. (5) 2.6.4. CICLOS DE CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN Ciclo de refrigeración: - El compresor eleva la presión y temperatura del fluido frigorífico (1) siguiendo su camino a través de la válvula de 4 vías (5). - En el intercambiador, situado en el exterior, el fluido se condensa cediendo su calor al medio exterior. (4) - El fluido en estado líquido y alta presión se expande en la válvula de expansión reduciendo su presión y evaporándose en parte. (3) - En el intercambiador (2), situado en el interior del recinto a refrigerar, el fluido frigorífico completa su evaporación absorbiendo calor del medio interior. Las Bombas de Calor de absorción son accionadas térmicamente, esto quiere decir que la energía aportada al ciclo es térmica en vez de mecánica como en el caso del ciclo de compresión. El sistema de absorción se basa en la capacidad de ciertas sales y líquidos de absorber fluido refrigerante. Las parejas de fluidos más utilizadas actualmente son: agua como fluido refrigerante en combinación con bromuro de litio como absorbente, o bien el amoníaco como refrigerante utilizando agua como absorbente. 2.6.5. BOMBA DE CALOR DE ABSORCIÓN Los ciclos de absorción son análogos a los de compresión, únicamente se sustituye el compresor por un circuito de disoluciones que realiza la misma función que éste, es decir, eleva la presión y temperatura del fluído frigorífico enestado vapor. El circuito de 16

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disoluciones, denominado 2 en el dibujo, consiste en un absorbedor, una bomba que impulsa la disolución, un generador y una válvula de expansión. Se obtiene energía térmica a media temperatura en el condensador y en el bsorbedor. En el generador se consume energía térmica a alta temperatura, y en la bomba energía mecánica. 2.6.5.1. FOCOS DE LA BOMBA DE CALOR La Bomba de Calor extrae energía de un medio. Mediante el trabajo externo aportado, esta energía es cedida a otro. El medio del que se extrae la energía se llama foco frío y el medio al que se cede se llama foco caliente. En el esquema de la página siguiente se presentan algunos focos entre los que se puede bombear calor 2.6.5.2. FOCOS FRÍOS Un foco frío ideal es aquel que tiene una temperatura elevada y estable a lo largo de la estación en que es necesario calentar, está disponible en abundancia, no es corrosivo o contaminante, tiene propiedades termodinámicas favorables, y no requiere costes elevados de inversión o mantenimiento. 2.6.6. ¿CUÁLES SON LOS COMPONENTES DE LA BOMBA DE CALOR? Eleva la presión del vapor refrigerante desde una presión de entrada a una presión de salida más alta. Se pueden clasificar en dos grandes grupos: compresores volumétricos o de desplazamiento positivo, que pueden ser alternativos o rotativos, y compresores centrífugos. En cuanto al acoplamiento motor-compresor pueden ser: - Abiertos: El motor y el compresor son independientes. Los ejes se acoplan en el montaje asegurándose la estanqueidad en el paso del eje. - Semiherméticos: El compresor y el motor comparten el eje. Parte del calor generado en el motor se recupera en el fluido refrigerante, con lo que el rendimiento es superior al de los abiertos. - Herméticos: El motor y el compresor, además de compartir el eje, se alojan en la misma envolvente, con lo que la recuperación del calor generada en el motor es mayor. En las Bombas de Calor eléctricas se utilizan compresores herméticos para potencias inferiores a 60-70 kW, para potencias superiores, (normalmente Bombas de Calor aire-agua) se utilizan compresores semiherméticos. Unicamente se utilizan compresores abiertos en aplicaciones aisladas y nunca en equipos de serie. En las Bombas de Calor accionadas mediante motor de gas el compresor es abierto. El compresor lleva incorporado un embrague electromagnético que permite la regulación de la potencia en función de la demanda térmica.

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Las bombas de calor de gas suelen disponer de un motor de cuatro tiempos con un compresor alternativo abierto. 2.6.6.2. Alternativos Los alternativos húmedos están compuestos por un número variable de cilindros en el interior de los cuales se desplazan pistones que comprimen el fluido. Los cilindros se suelen disponer en posición radial. El fluido entra y sale de ellos por válvulas accionadas por la presión diferencial entre ellos. Disponen de un sistema de lubricación mediante aceite a presión. Este circuito de aceite actúa también como refrigerante. La refrigeración mediante aceite presenta problemas de ensuciamiento del fluido refrigerante con aceite que puede penetrar en el interior del cilindro. Los alternativos secos consiguen presiones de salida más elevadas que en los anteriores, ya que la compresión tiene lugar en varias etapas. Se extrae el calor generado en la compresión mediante circuitos de agua en las etapas entre compresiones. La estanqueidad entre cilindro y pistón se logra mediante segmentos muy resistentes que no requieren refrigeración, a base de materiales como el politetrafluoro etileno. Este tipo de compresores tiene un costo más elevado y desarrollan mayores potencias. COMPRESOR ALTERNATIVO 2.6.6.4. Rotativos El compresor de tornillo seco consiste en dos rodillos con un perfil helicoidal, uno macho y otro hembra que giran con sus ejes paralelos. Al girar, el espacio entre ellos primero aumenta, generando una depresión mediante la que se aspira el fluido, y posteriormente se reduce comprimiendo el fluido. Al no existir contacto entre los rótores no es preciso lubricar con aceite, sin embargo sí es necesaria una refrigeración auxiliar. En el caso del compresor de tornillo húmedo se inyecta aceite a presión entre los rótores para conseguir lubricación y refrigeración. Los compresores de tornillo se utilizan en generación de potencias térmicas muy elevadas a partir de 500 kW y suelen ser semiherméticos. COMPRESOR ROTATIVO Espiral o scroll Los compresores de espiral o scroll se utilizan para potencias térmicas de hasta 30 kW. El refrigerante se comprime por la variación del volumen causada por na espiral giratoria. Son herméticos y permiten la aspiración y descarga simultánea del refrigerante sin necesidad de una válvula. La reducción de partes móviles mejora el desgaste y en consecuencia la duración de estos equipos.

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2.7. SISTEMA DE LIMPIEZA CIP (CLEANING IN PLACE) En una industria higiénica, como el caso de alimenticia, farmacéutica y cosmética la limpieza sistemática de las instalaciones se debe considerar como parte integrante de la producción y no como una opción. El concepto de limpieza de una instalación sin desmontar ningún equipo ni tubería se resume limpieza CIP “Cleaning In Place”, que se puede traducir por “Limpieza In Situ”. La limpieza se lleva a cabo mediante la circulación de agua y disoluciones de productos químicos calientes a través del equipo o tubería que trabaja en contacto con los productos. Su acción física, química y bacteriológica elimina la suciedad y los microorganismos de las superficies. En el más amplio sentido de la palabra, el proceso de limpieza comprende tres estadios: 

limpieza, eliminación de suciedad



desinfección, reducción del número de bacterias residual en los depósitos y superficies pulidas



esterilización, eliminación de todas las bacterias

Para eliminar elementos potencialmente contaminantes no basta con aplicar métodos de limpieza convencionales, por el contrario, se necesita implementar un sistema capaz de vencer las fuerzas de unión tanto entre las impurezas y las superficies impregnadas como la de las sustancias entre sí. La efectividad de la limpieza viene determinada por cuatro factores significativos: 

tiempo de duración del ciclo de limpieza



agente de limpieza, productos químicos o combinación de ellos y la concentración de sus disoluciones



temperatura elevada proporciona limpiezas más rápidas



velocidad/caudal de paso de la disolución de limpieza a través de la tubería o equipo a limpiar



frecuencia entre ciclos de limpieza

Un correcto estudio de la ingeniería de diseño permite evaluar el tipo de sistema y diseñar la combinación apropiada de los factores arriba mencionados. Es totalmente necesario que las soluciones de limpieza pasen por toda la superficie de los equipos de la instalación que están en contacto con el producto, y por tanto, no deben existir recovecos ni bolsillos que resulten inaccesibles. La función de la unidad de limpieza CIP es la de preparar las soluciones de limpieza en la concentración y temperatura adecuadas y programar los distintos ciclos necesarios para la 19

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Tecnología de Evaporación

limpieza de todos los elementos de la planta controlando variables como temperatura, caudal y/o presión. Además, debe funcionar de una manera ordenada, minimizando el consumo energético, y con versatilidad en los programas de limpieza. Un sistema automático que se encarga de la preparación y limpieza de toda la instalación controlando los parámetros de limpieza es fundamental para lograr a mantener todos los equipos en condiciones limpias y preparadas para cada etapa de producción. 2.7.1. LIMPIEZA DE CAÑERÍAS, TUBERÍAS O SISTEMAS CERRADOS Gran parte de los sistemas industriales de producción incorporan cañerías, tuberías o sistemas cerrados por donde circulan alimentos o ingredientes. Para lograr una limpieza efectiva se hace circular por los equipos e instalaciones durante un tiempo determinado y con un caudal turbulento. Esta turbulencia sólo asegura la efectividad de la limpieza si presenta el llamado número de Reynolds en una franja de valores adecuada. De las experiencias de Osborn-Reynolds el reparto de velocidades en una tubería es función de: D = diámetro de tubería Q = caudal µ = viscosidad dinámica ρ = densidad del fluido Estas cuatro variables definen un número adimensional, el número de Reynolds: Re = 4/ π • Q ρ  / µ  D Por tanto, los fluidos utilizados para las operaciones de limpieza deben circular en régimen turbulento. El óptimo resultado es logrado alcanzando velocidades en tubería de 1,5 a 3,0 m/s. En la Tabla 2 se muestran las condiciones de limpieza para distintos diámetros de tuberías. Tabla. Números de Reynolds D (DIN)

V (m/s)

Re

Q (m3/h)

25

2,8

7,3 ·104

5,4

40

2,0

8,0 ·104

9,0

50

1,7

8,5 ·104

12,0

65

1,48

9,8 ·104

18,2

80

1,36

11,0 ·104

25,2

20

Operaciones Unitarias III

Tecnología de Evaporación 100

1,34

13,4 ·104

37,9

Para alcanzar la limpieza deseada en sistemas de tuberías se deben seguir algunas indicaciones de interés: 

Diámetros constantes en tuberías y uniones



No existencia de puntos muertos



Velocidad del fluido uniforme



Las tuberías deben ser capaces de drenar su contenido por gravedad (pendiente hacia drenaje)



Prevención de resquicios

También es importante que la instalación esté realizada de manera adecuada. Las cuatro formas higiénicas de unir tuberías más comúnmente usadas son: 

Unión clamp



Unión DIN (unión doble) y otras uniones con rosca sanitaria



Unión con bridas higiénicas



Unión soldada

Cada día se emplea más la soldadura orbital en la industria alimenticia, alimenticia, algo que ya hace mucho tiempo se utiliza en la industria farmacéutica. De ese modo, se eliminan juntas de unión, mejorándose los estándares de higiene. Es esencial que las soldaduras se realicen con equipos apropiados y por operadores experimentados. Normalmente, se emplean máquinas de soldadura automática. La soldadura es en atmósfera de gas inerte sin aportación de material TIG. Este tipo de soldadura ha resultado ser igual o superior a cualquier otro tipo de unión de tubería, teniendo unas condiciones sanitarias perfectas al no utilizar juntas como las demás uniones. Se debe estudiar detenidamente la colocación de los accesorios de tuberías como tés, reducciones de diámetro, etc., de forma que no queden bolsillos u otras zonas de difícil limpieza. Limpieza de tanques y recipientes para su limpieza se instalan una o más bochas de limpieza, según la geometría y los dispositivos internos del tanque. En la entrada y salida de disoluciones de limpieza a los tanques se emplean sistemas de alta seguridad que evitan que al limpiar un tanque haya la posibilidad de entrada de disolución de limpieza a otros tanques con producto almacenado. 21

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Actualmente existe una variedad muy amplia de dispositivos de limpieza y se distinguen los siguientes tipos: Limpieza estática con bochas de limpieza (sprayballs) Estos son los dispositivos más comunes y se utilizan para la limpieza de tanques y recipientes de productos más sencillos de remover y más solubles en agua o en detergentes utilizados. Se caracterizan por su sencillez de instalación, bajo costo y mantenimiento prácticamente nulo. La esferas contienen una determinada cantidad de orificios de cierto diámetro uniformennte distribuidas en toda la esfera. 

Presión de trabajo: hasta 2,5 bar



Diámetro de alcance: hasta 8 metros



Caudal: hasta 67 m3/h

Limpieza_rotativa Los dispositivos rotativos tienen una construcción más compleja ya que contienen rodamientos hidrodinámicos que permiten que el dispositivo gire con la propia presión del fluido de limpieza. En este caso, el cabezal rociador no tiene perforaciones pequeñas alrededor sino que todo el líquido disponible se proyecta a través de una, dos o tres toberas de chorro. La gran ventaja de estos modernos dispositivos es una limpieza más eficiente con mayor presión y menor caudal eliminando casi cualquier tipo de suciedad. 

Presión de trabajo: hasta 20 bar



Diámetro de alcance: hasta 10 metros



Caudal: hAsta 29 m3/h

Limpieza orbital Estos equipos se utilizan para eliminar suciedad compleja y difícil de remover y también para diámetros grandes. 

Presión de trabajo: hasta 90 bar



Diámetro de alcance: hasta 27 metros



Caudal: hasta 34 m3/h

2.8. LAVADORES DE VAHOS Cuando no se utiliza vapor vivo sino vahos de escape de secadero como medio de calefacción del evaporador, se necesita un lavador de vahos. Los vahos deben ser tratados y acondicionados antes que ser introducirse en la cámara de calentamiento para evitar su ensuciamiento. (Wiegand, 2012)

22

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APROVECHAMIENTO DE VAHOS EN UNA PLANTA EVAPORADORA DE PELICULA DESCENDENTE (WHE) El aire contiene vapores de agua que pueden entregar humedad por condensación. Igualmente, todos los gases que contengan vapores, pueden formar humedad cuando son enfriados a temperaturas suficientemente bajas. Los Vahos de secado contienen grandes cantidades de vapores de agua, que pueden ser utilizados cuando estos vahos se condensan y de esta manera liberar el calor de condensación. La descarga de los vahos en un secador Rotatubos a Vapor, son una mezcla de aire y vapor de agua. Las operaciones de secado, particularmente se ejecutan a presión atmosférica. Los vahos de secado son enviados en una planta evaporadora de película descendente WHE. Condensando estos vahos en el primer efecto de la Planta evaporadora WHE, se puede recuperar una pequeña o gran cantidad de la energía calorífica utilizada en el proceso de secado La cantidad de energía recuperada en una planta evaporadora WHE, dependerá de la calidad de los vahos. Esto quiere decir, que en el caso de vahos de secado con muy pequeñas cantidades de no condensables, toda la energía calorífica puede ser recuperada en una planta evaporadora de película descendente WHE. Los vahos de secado condensados son enviados a un Tanque de almacenamiento de 20 m3, los cuales serán utilizados para operaciones de limpieza. Mientras que los vahos que no pudieron ser condensados, en el primer efecto o calandria son extraídos, mediante un exhaustor. Luego estos vahos no condensados, son conducidos a una torre lavadora de gases, con el objetivo de disminuir la carga de contaminantes emitidos al medio ambiente. (YZQUIERDO, 2011) VAHOS COMO COMPONENTE DEL EQUIPO EVAPORADOR Exhaustor de Vahos. La planta evaporadora WHE, presenta un exhaustor de vahos el cual genera una depresión en la calandria del primer efecto, permitiendo fluir los vahos generados en el secador Rotatubos, provenientes desde el dámper de regulación de la cámara colectora de vahos ubicado en la parte superior del secador. El Exhaustor de vahos presenta las siguientes características técnicas:  Diseño exahustor tipo centrifugo, con rodete de alabes curvos hacia atrás, fabricación integra con material de Acero Inoxidable.  Sistema motriz conformada por poleas y fajas, este sistema permite desarrollar una velocidad de giro del rotor de 2400 RPM, por el cual se necesitara un motor de 20HP de 3550 RPM.  Presión estática  Capacidad de 1,200 kg/h, con potencia de motor de 20 HP.  Instalado en una plataforma de operación con escalera de acceso. Y barandas (YZQUIERDO, 2011) 23

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2.9 SISTEMA DE TRATAMEINTO DE CONDENSADO: TRATAMIENTO MEDIANTE COLUMNAS DE RECTIFICACION O DEMIANTE SISTEMA DE FILTRACION POR MEMBRANAS A pesar de la óptima separación de gotas producida en los separadores, la calidad del condensado puede no corresponder a las especificaciones requeridas, especialmente si el producto contiene componentes volátiles. Dependiendo de cada aplicación los condensados pueden ser tratados mediante una columna de rectificación o mediante un sistema de filtración por membranas. (Wiegand, 2012) 3. EQUIPOS O TIPOS DE EVAPORADORES 3.1.

EVAPORADOR DE CIRCULACIÓN NATURAL

Diseño Intercambiador de calor de tubos vertical de corta longitud de tubo, con separador lateral situado en la parte superior. Funcionamiento: El producto a concentrar se alimenta en la parte inferior del intercambiador de calor y asciende por el interior de los tubos de calefacción conforme al principio de “la bomba mamut”: el calentamiento externo de los tubos provoca la evaporación parcial de la película de producto que circula por el interior. Los vahos producidos arrastran al producto liquido restante en su movimiento ascendente. El producto líquido se separa de los vahos en el separador, descendiendo por la tubería de recirculación retornando al evaporador, asegurando una circulación uniforme y estable. Cuando mayor sea la diferencia de temperatura entre la cámara de calentamiento y la cámara de ebullición, más grande será la capacidad de evaporación y, mayor será el caudal de liquido recirculante, lo que mejora los coeficientes de transferencia de calor. Si la carcasa del evaporador se divide en distintas cámaras, cada una de ellas equipada con su propio sistema de recirculación, la superficie de calentamiento necesaria para alcanzar las mismas concentraciones finales es menor comparado con evaporador de un solo paso. La concentración final se alcanza sólo en la última cámara. En otras cámaras, la transferencia de calor es más alta ya que las viscosidades y la elevación del punto de ebullición son menores. (Wiegand, 2012) Características especiales: Arranque rápido y rendimiento alto – gracias al reducido caudal de producto presente en el evaporador en relación con los tubos de calentamiento cortos y estrechos (1-3 m) Campos de aplicación: Para la evaporación de productos insensibles a temperaturas altas, donde se requieren unos ratios de evaporación altos. Para productos que tienen una alta tendencia de ensuciamiento y para productos no-Newtonianos donde las altas velocidades reducen la viscosidad aparente. 24

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El evaporador de circulación natural con la carcasa dividida en varias cámaras y el separador colocado en la parte superior se utiliza para alcanzar altas concentraciones. (Wiegand, 2012) 3.2.

EVAPORADOR DE CIRCULACIÓN FORZADA

Diseño: Intercambiador de calor de tubos en vertical u horizontal o intercambiador de placas utilizado como calandria, con un separador flash instalado por encima de la calandria, y una Vahos bomba de circulación. Funcionamiento: El producto impulsado por la bomba de recirculación, circula por el interior de los tubos de la calandria donde se sobrecalienta a una presión más alta que la presión de ebullición. Al entrar en el separador, desciende instantáneamente la presión produciéndose una evaporación parcial. El caudal de recirculación se mantiene mediante una bomba. Esto permite que la velocidad en el interior de los tubos y el sobrecalentamiento del producto en el evaporador puedan diseñarse independientemente del delta-t propio de cada producto. (Wiegand, 2012) Características especiales:  Tiempos de residencia altos – posible gracias a que la evaporación no se produce en el interior de los tubos, sino en el separador, minimizando así el ensuciamiento por incrustación y/o precipitación.  Superficie de intercambio de calor optimizada – gracias a la bomba de circulación que determina la velocidad en los tubos. (Wiegand, 2012) Campos de aplicación: Productos con alta tendencia al ensuciamiento, fluidos viscosos; aptos como etapa final (altas concentraciones) en plantas de evaporación de múltiple efecto. Evaporadores de circulación forzada vertical con separadores apropiados son adecuados en plantas de evaporación para soluciones salinas. (Wiegand, 2012)

25

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Figura. Evaporador de tubo largo con circulación forzada (Wiegand, 2012)

26

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Figura. Planta de evaporación de doble efecto: circulación forzada y película descendente en contracorriente, para aguas residuales con alto contenido en sales. (Wiegand, 2012) 3.3. EVAPORADORES DISCONTINUOS En este tipo de equipos se empleó por primera vez el vapor de agua como fuente de energía para producir la evaporación. Conjuntamente con los evaporadores que aprovechan la energía solar representa uno de los métodos más antiguos para concentrar soluciones. (N. J. Mariani, 2015) La preparación de productos farmacéuticos. (N. J. Mariani, 2015) Funcionamiento: El evaporador discontinuo consiste en que un producto se calienta en un recipiente (normalmente esférico) rodeado por un encamisado por el que circula el fluido calefactor (comúnmente agua caliente o vapor, en función del grado de evaporación deseado). Así, el calentamiento generado es capaz de elevar la temperatura de la disolución a evaporar hasta el punto en que su disolvente alcanza su punto de ebullición a la presión de la cámara. A partir de ese momento la temperatura de la disolución permanecerá constante hasta que finalice la evaporación del disolvente a eliminar. El recipiente de calentamiento normalmente se conecta a un condensador (si el vapor extraído tiene valor añadido) o a una trompa o bomba de vacío para reducir la temperatura de ebullición en la cámara. En cualquier caso, si esto no es posible, el tanque puede encontrarse abierto a la atmósfera. (Wikimedia, 2014) 27

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La solución a tratar se ubica dentro del recipiente y la resistencia a la transferencia de calor asociada a la misma suele ser la más importante, en los casos que fuera factible es recomendable acudir a la agitación mecánica para lograr disminuirla (aumentar el coeficiente pelicular). (N. J. Mariani, 2015) Características especiales: Los evaporadores discontinuos son recipientes de tipo esférico, encamisados o provistos de un serpentín de calefacción. (N. J. Mariani, 2015) Ventajas y desventajas: Desventaja s 

Los evaporadores discontinuos se emplean cuando la cantidad de agua a extraer es poca (Amit, 2013)



El liquido permanece varias horas, hay que evitan eso ya que muchos líquidos se descomponen si se mantienen durante un cierto tiempo a temperaturas próximas de su punto de ebullición (IICA, 2012)



Es de producción forzosamente limitada por las necesidades de operaciones de llenado y vaciado (IICA, 2012)



En general, no se utilizan grandes fuerzas impulsoras dado que estas pueden producir la degradación de las soluciones a tratar y mayores velocidades de ensuciamiento. Por esta razón, la capacidad de estos evaporadores resulta baja en comparación con la proporcionada por otros equipos, circunstancia que limita considerablemente su utilización. (N. J. Mariani, 2015)

Campo de aplicación en las disoluciones: En la actualidad prácticamente no se utilizan, aunque aún pueden encontrarse algunas unidades destinadas a: 

La concentración de jaleas y mermeladas

(N. J. Mariani, 2015) 28

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3.4. EVAPORADORES ABIERTOS Funcionamiento: Para la cocción del mosto se utilizan cubas abiertas en su parte superior que utilizan como medio de agitación la termo fusión y están provistos de una camisa de calentamiento externa. La agitación favorece la transferencia de calor , aumentando su velocidad y reduce el riesgo de chamuscado del producto que está en contacto con la superficie de calentamiento.

Características especiales: 

Estos son los evaporadores más simples



Consisten principalmente de un contenedor abierto a la atmosfera en el cual el fluido se calienta directamente, o por medio de un serpentin de calentamiento o por una camisa externa.



Con frecuencia, estos evaporadores tienen baja velocidad de evaporación, y por ello muestran una pobre economía



Algunas veces operan bajo vacio, entonces el contenedor debe tener un cierre hermético. (Usuario, 2008)

Ventajas y desventajas: Ventajas: 

La principal ventaja de estos evaporadores es que son utiles cuando se requieren de baja capacidad



Son simples y de bajo costo (Usuario, 2008)

29

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Desventajas: 

Inadecuados para hervir volúmenes grandes



Baja velocidad de evaporación



Pobre economía térmica



Operan bajo vacío



El calentamiento no es efectivo en unidades de gran capacidad, ya que la relación de superficie de transferencia de calor a volumen de líquidos es baja



Son caros en costos de operación porque su aprovechamiento de calor es bajo (Usuario, 2008)

Campo de aplicación en las disoluciones: 

Jugos de caña de azúcar



Industria alimentaria



Efluentes



Concentración de sopas y salsas

4. EVAPORADOR MÚLTIPLE EFECTO Un multiefecto consta de un conjunto de evaporadores. El primer efecto es el primer evaporador y así sucesivamente. El primer efecto es el que recibe el vapor vivo procedente de un generador de vapor. Durante el funcionamiento, el vapor procedente de la evaporación del primer efecto se utiliza como vapor calefactor en el segundo efecto y el producido en este como vapor calefactor del tercero y así sucesivamente. Es evidente que para su funcionamiento es necesario que el vapor calefactor en cada efecto condense a una temperatura superior a la de ebullición en este efecto, lo que exige que haya entre los diferentes efectos una diferencia de presión suficiente para que se produzca la ebullición. (Sevilla, 2015) Métodos de alimentación en los múltiples efectos Los sistemas de alimentación reciben nombres diferentes según como circule el líquido a concentrar: 4.1

Alimentación directa: El alimento entra en el primer efecto y sigue el mismo sentido de circulación que el vapor saliendo el producto en el último efecto. El líquido circula en el sentido de presiones decrecientes y no es necesario aplicar energía auxiliar para que el líquido pase de un efecto al otro. Solo hacen falta dos bombas, una para introducir el líquido en el primer efecto y otra para extraer el producto en el último efecto.

30

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Para la extracción de la disolución concentrada del último efecto se requiere una bomba, pues en éste, en cambio, la presión es inferior a la atmosférica. El paso de la alimentación de un efecto a otro no requiere bombas, ya que la circulación se realiza en el sentido de las presiones decrecientes; sólo se precisan de válvulas de control para regular el caudal de líquido. Presenta los siguientes inconvenientes: a) si la disolución que se va a concentrar es viscosa, a medida que se va concentrando y su viscosidad aumentando, al pasar de un efecto a otro, su temperatura va disminuyendo, y eso contribuye a un mayor aumento en la viscosidad. Por ello, en el último efecto, el coeficiente global de transmisión del calor es muy bajo, y consiguientemente, también la capacidad, con lo que la capacidad total disminuye. b) Si la alimentación se introduce fría en el primer efecto , parte del calor cedido por el vapor de calefacción se invierte en calentar la alimentación hasta su punto de ebullición, pero no en la producción de vapor en el primer efecto, con lo que la economía disminuye. (EPSEM, 2014)

4.2

Alimentación a contracorriente: El líquido a evaporar entra en el último efecto y sale concentrado por el primero. El liquido a concentrar y el vapor calefactor circula en sentido contrario. Aquí el líquido circula en sentido de presiones crecientes y eso requiere el uso de bombas en cada efecto para bombear la disolución concentrada de un efecto hacia el siguiente. Eso supone una complicación mecánica considerable que se suma al hecho de hacer trabajar las bombas a presiones inferiores a la atmosférica. Así, si no hay otras razones, se prefiere el sistema de alimentación directa Una alimentación caliente es preferible tratarla en corriente directa, mientras que con una alimentación fría resulta más económica la alimentación inversa. Presenta las ventajas de: 31

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Obtener una mayor economía La alimentación puede ser alimentada en cualquiera de los efectos, mientras que la concentrada puede alimentarse en un efecto anterior o posterior  Se reduce la viscosidad, porque la solución se evapora a una mayor temperatura En cambio, presenta los siguientes inconvenientes a tomar en cuenta:  Se requieren bombas en cada evaporador  Los productos sensibles al calor se evaporan, de esta manera, el producto puede perder propiedades organolépticas importantes (EPSEM, 2014)  

4.3

Alimentación mixta: Cuando en una parte del sistema la alimentación es directa y en la otra parte es a contracorriente. Este sistema es útil si tenemos disoluciones muy viscosas. Si utilizamos la corriente directa pura, nos encontramos que el último efecto, donde hay menos temperaturas la viscosidad de la disolución concentrada aumenta, lo que hace disminuir sensiblemente el coeficiente global, U, en este efecto. Para contrarrestar eso, se utiliza la alimentación a contracorriente o la mixta. La disolución diluida entra en el segundo efecto i sigue el sentido de la alimentación directa, pasando después del último efecto al primero, para completar la evaporación a temperatura elevada. Presenta la principal ventaja de ser un sistema versátil, y/o flexible, la solución alimentada al calentarse en el segundo efecto, presenta la ventajas de una alimentación directa y una en contracorriente; aunque dependiendo de las características de la solución y de los evaporadores, es conveniente el uso de una alimentación en contracorriente. (EPSEM, 2014) 32

Operaciones Unitarias III

4.4

Tecnología de Evaporación

Alimentación en paralelo: Cuando el alimento entra simultáneamente a todos los efectos y el líquido concentrado se une en una sola corriente. Sistema utilizado en la concentración de disoluciones de sal común, donde los cristales depositados hacen que resulte difícil la disposición de la alimentación directa. La ventaja de estos evaporadores puede radicar a la poca exposición de la solución al calor, y de esta manera se evita la perdida de propiedades del mismo; al igual que en los casos anteriores se aprovecha al máximo el consumo del vapor; asi como el uso de 2 bombas, al inicio y termino Los inconveniente de dicho sistema de evaporación, pueden ser: el poco grado de concentración que se puede alcanzar, y que se espera una mayor concentración en el primer efecto, asimismo esta concentración decaerá en efectos posteriores. (EPSEM, 2014)

33

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En general, para decidirnos por un sistema de alimentación u otro, es necesario efectuar el cálculo previo del rendimiento de evaporación para cada uno de los sistemas. Si la temperatura de entrada del alimento es bastante inferior a la de ebullición en el primer efecto, en el caso de corrientes directas todo el calor que se da en el primer efecto va destinado a calentar el alimento (calor sensible) y muy poco a producir vapor, lo que provocará un bajo rendimiento en el proceso global del múltiple efecto. En este caso se prefiere la circulación a contracorriente. Por lo contrario, cuando la disolución entra en el sistema a temperatura superior a la de ebullición del último efecto, será más conveniente la alimentación directa, ya que lo que pasaría sería que la disolución al entrar al último efecto lo vaporizaría parcialmente, produciendo un vapor que no tiene utilidades posteriores, entonces la disolución lo enfriaría hasta la temperatura de la cámara de evaporación del último efecto y posteriormente se tendría que ir calentando al entrar a cada efecto. (EPSEM, 2014)

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Tecnología de Evaporación

BIBLIOGRAFIA Amit. (2013). Datateca. Recuperado el 1 de Mayo de 2016, de http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211613/Modulo_zip/leccin_36_leche_evaporada.html EPSEM. (2014). evaporadores multiples efectos. Recuperado el 29 de abril de 2016, de http://www.epsem.upc.edu/evaporacio/FLASH/multoples%20efectes/corrents%20en%20paral%C2%B7lel.swf IICA. (2012). Books Google. Recuperado el 2016, de https://books.google.com.pe/books?id=QWgqAAAAYAAJ&pg=PT119&lpg=PT119&dq=evaporadores+ABIER TOS&source=bl&ots=oHiTeL6UUR&sig=YlynROdircuuLL27g3ylbFLnLBU&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiZ8 qnW_7nMAhXLTSYKHcqEA58Q6AEIMjAG#v=onepage&q=evaporadores%20ABIERTOS&f=false N. J. Mariani, S. D. (2015). Documents.mx. Obtenido de http://documents.mx/documents/evaporadores-558c81a2f0c52.html Sevilla, u. d. (2015). Recuperado el 01 de mayo de 2016, de http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operacionesbasicas/contenidos1/tema10/pagina_13.htm Usuario, S. (22 de Mayo de 2008). slidefinder. Recuperado el 1 de Mayo de 2016, de http://www.slidefinder.net/e/evaporadores_parte/evaporadores_parte_ii/30240870/p3 Wiegand, G. (2012). TECNOLOGIA DE EVAPORACION . Wikimedia. (14 de Septiembre de 2014). Wikipedia. Recuperado el 1 de Mayo de 2016, de https://es.wikipedia.org/wiki/Evaporador_discontinuo YZQUIERDO, A. N. (2011). Evaluacion de cambios tecnologicos de los secadores directos por secadores a vapor con aprovechamiento de Vahos en una planta evaporadora de pelicula descendente. NUEVO CHIMBOTE.  

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