Evaporadores metodo de calculo

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E V A P O R A C I O N

Mtodo de calculo para evaporadores de un solo efectoEn el clculo de la velocidad de transferencia de calor en un evaporador se emplea el concepto de un coeficiente total de transferencia de calor

q=UA T=UA (TS-T1)

q es la velocidad de transferencia de calor W (Btu/H),U es el coeficiente total de transferencia de calor en W/m2K (Btu/hpie2F)A rea de transferencia de calor en m2 (pie2)TS es la temperatura del vapor que se condensa en K (F)T1 es el punto de ebullicin del lquido en K (F)

Balance de calor y materia para evaporadores

q=UA TDonde T K (F) es la diferencia de temperatura entre vapor de agua que se condensa y el liquido de ebullicin en el evaporador. El valor de q en W (Btu/h) llevando a cabo un balance de calor y materia en el evaporador.F es la alimentacin en el evaporador en kg/h (Lbm/h)Xf fraccin masa de los slidos en la alimentacinTF temperatura en la alimentacinhF es la entalpia en la alimentacin J/kg (Btu/Lbm)L la salida de un lquido concentrado en kg/h (Lbm/h)XL fraccin masa de los slidos en la salidaT1 temperatura en la salida K (F)hL entalpia en la salida en J/kg (Btu/Lbm)

Balance de calor y materia para evaporadoresV el vapor se desprende como disolvente puro kg/h (Lbm/h)YV=0 slidos contenido en el vaporT1 temperatura Hv entalpia de evaporizacin.S entrada de vapor de agua saturada kg/h (Lbm/h)Ts temperatura de saturacin Hs entalpia de vapor S vapor de agua condensado kg/h (Lbm/h)Ts temperatura de saturacin hs entalpia del lquido el vapor de agua solo transfiere su calor latente= Hs- hs

Balance de calor y materia para evaporadoresBalance totalF=L+VPara un balance con respecto al soluto (slidos) solamente F Xf =L XL Calor en la alimentacin+ calor en el vapor de agua= calor en el liquido concentrado + calor en el vapor+ calor en el vapor de agua condensado Se supone que no hay prdidas de calor por radiacin o conveccin.Fhf +SHs=LhL+VHv + ShsSustituyendo en la ecuacin Fhf +Ss=LhL+VHv El calor q transferido en el evaporador esq=S (Hs-hs)= Ss

Problema propuesto Coeficiente de transferencia de calor en un evaporador de efecto simple. Una alimentacin de 4535 kg/h de solucin de sal al 2.0% en peso a 311 K, entra a un evaporador de efecto simple para concentrarse a 3.0%. La evaporizacin se lleva a cabo a presin atmosfrica y el rea del evaporador es 69.7 m2. El calentamiento se logra con vapor de agua saturado a 383.2 K. puesto que la solucin es diluida, se puede suponer que tiene el mismo punto de ebullicin del agua. Se estima que la capacidad calorfica de alimentacin es Cp =4.10 KJ/KgK. A) cantidad de lquido producido B) calcule las cantidades de vaporC) coeficiente de transferencia de calor U.

A) datos

F= 4535kg/hXF=2.0%XL=3.0%V=?L=? Balance generalF=V+L----------------- (ecuacin 1)

Balance para el solidoF Xf =L XLL = F Xf / XL -----------------------L =(4535kg/h)(0.02) / 0.03L= 3023.33 kg/h

B)Sustituir L en la ecuacin1. V = F L-------------V=4535 kg/h 3023 kg/hV=1512 kg/h

C) Datos AlimentacinF= 4535kg/hXF=2.0%Cp=4.10 KJ/KgKTF=311 KhF=?hF=CpF (TF-T1)---------hF=4.10 KJ/KgK (311 K - 373.15 K)hF= -255 KJ/KgSalida liquido concentrado L=3023 Kg/hXL=3.0%T1=373.15hL= 0 porque est en equilibrio, y tiene la misma T1 al igual que el evaporadorVapor V=1512Kg/hHv=?T1=373.15 KHv=2676.1 KJ/Kgh1 =461.30 KJ/KgV= Hv - h1V =2676.1 KJ/Kg - 461.30 KJ/KgV=2257 KJ/Kg entalpia de evaporizacin o calor latente del agua tabla B.6 propiedades de vapor saturado. Principios elementales de procesos qumicos

Entrada de vapor de agua saturada S=?Ts = 383.2 K Hs=? Hs= 2691.5 KJ/KgVapor de agua condensado S=?hs = 461.30 KJ/KgS= Hs- hs ------------------- S =2691.5 KJ/Kg - 461.30 KJ/KgS=2230 KJ/Kg entalpia evaporizacin o calor latente del vapor de agua Balance de calorFhf +SHs=LhL+VHv + ShsFhf +Ss=LhL+HvFhf +Ss=LhL+Vv-------------------------------ecuacin Fhf +Ss=LhL+VvS= (LhL+Vv - Fhf )/ s --------------S=(3023 Kg/h)+ (1512Kg/h)(2257 KJ/Kg )+ (4535kg/h )( 255 KJ/Kg) / 2230 KJ/KgS=2050.23 Kg/hq=Ss ------q =(2050.23 Kg/h)( 2230 KJ/Kg)q= (4572032KJ/h)(1000 J)/3600seg.q= 1270008.88 J/seg= 1270008.88 WU=q/A T------------------U=1270008.88 W / (69.7m2)(383.15 K - 373.15 K)U=1822.10W/ m2Elevacin del punto de ebullicin

Los vapores del ultimo efecto de los evaporadores de efecto mltiple salen al vaco, esto es, a presiones inferiores a las atmosfricas. Estos vapores deben condensarse y descargarse como lquido a presin atmosfrica. Esto se logra al condensar los vapores usando agua de enfriamiento.

CONDENSADORES DE EVAPORADORESLos condensadores de vapor son aparatos en los cuales se condensa el vapor de escape procedente de maquinas y turbinas, y de donde el aire y otros gases no condensables son evacuados en forma continua. Dos son las ventajas que pueden considerarse empleando condensadores en las mquinas y turbinas de vapor: 1)disminucin de la presin de escape, con el consiguiente aumento de energa utilizable. 2) recuperacin del condensado para utilizarlo como agua de alimentacin para las calderas.

En las centrales trmicas se utilizan dos tipos de condensadores: (1) de superficie, y (2) de chorro Condensadores

Los condensadores de superficie son intercambiadores de calor que estn especialmente diseados para condensar el vapor sobrecalentado de las turbinas de condensacin. Operan condensado el vapor en vaco incrementando as la eficiencia de la turbina.

Utilizados usualmente para generacin de energa (turbo generadores) o turbo compresores y son hallados en diversos mercados.

Condensadores de superficie

Se emplean cuando no se desea que se mezclen el condensado y el agua de enfriamiento. Son condensadores de tubos y coraza con vapor en la coraza y agua de enfriamiento en los tubos con flujo de pasos mltiples. Los condensadores de superficie son mucho ms costosos y utilizan mayor cantidad de agua de enfriamiento.

Aplicaciones

Enfriamiento y Calentamiento. Pasteurizacin y Esterilizacin. Evaporacin y Condensacin. Recuperacin de Calor Producto/Producto.

Industrias

Alimenticia y Azucarera. Qumica y Petroqumica. Cosmtica, Farmacutica y Biotecnologa. Refrigeracin y Energa.

En este condensador el agua de enfriamiento se pone en contacto directo con el vapor para condensarlo. Unos de los tipos ms comunes de condensadores de contacto directo es el baromtrico a contracorriente que se muestra en la figura

Diagrama esquemtico del condensador baromtricoCondensadores de contacto directoEn este tipo de condensador varios chorros de agua a alta velocidad actan no solo como condensadores del vapor, sino tambin como medio de arrastre de los gases no condensables. Los condensadores de chorro requieren mas agua que los de tipo baromtrico comn.Condensador baromtrico de chorroConsiste en una cmara cilndrica cerrada, en cuya parte superior hay una caja de boquillas de agua, la cual va acoplada a un tubo en forma de Venturi, cuyo extremo inferior se halla sumergido en el agua.

El agua inyectada pasa por las boquillas por la presin de la bomba y por el vaci existente. Los chorros estn dirigidos a la garganta del tubo en donde se renen para formar un solo chorro.

El vapor de escape en el condensador por la parte superior se pone en contacto directo con los chorros de agua convergentes, y se condensa. Las condensadores de chorro solamente proporcionan una baja presin de escape, pues el condensado se mezcla con el agua de refrigeracin.

En las centrales equipadas con grandes turbinas de vapor no pueden emplearse condensadores de chorro, porque aun prescindiendo de la prdida del condensado, el consumo de energa de las bombas de estos condensadores y el costo inicial de las necesarias para evacuar el aire neutralizan los beneficios conseguidos con el elevado vaco obtenido con este tipo de condensadores.

Sin embargo, tratndose de turbinas de tamao moderado, as como de maquinas de vapor de mbolo, este tipo de condensadores de tienen bastante aplicacin.La evaporacin es una operacin unitaria que se emplea para eliminar parcialmente por ebullicin de los alimentos lquidos. La separacin de agua o concentracin de slidos se logra por la diferencia en cuanto a volatilidad entre el agua (disolvente) y el soluto.

Los materiales biolgicos como los productos farmacuticos, la leche, los jugos ctricos y los extractos vegetales, suelen ser muy sensibles al calor y con frecuencia contienen partculas muy finas suspendidas en solucin.

Muchos materiales biolgicos en disolucin presentan elevacin del punto de ebullicin muy baja al concentrarse. Esto se debe a que los slidos suspendidos en forma de partculas muy finas y los solutos disueltos de alto peso molecular, contribuyen muy poco a esta elevacin.

Evaporacin de materiales biolgicosEl grado de degradacin de los materiales biolgicos durante la evaporacin esta en funcin de:

La temperatura El tiempo de procesamiento

Para mantener la temperatura baja, la evaporacin debe hacerse al vaco, lo que reduce el punto de ebullicin de la disolucin. Para que el tiempo de contacto sea corto, el equipo debe tener un tiempo bajo de retencin (tiempo de contacto) del material que se est evaporando.

El incremento de slidos por evaporacin reduce la actividad de agua, como en jaleas o melaza, y en consecuencia ayuda a la conservacin. La evaporacin tambin se utiliza para que un producto adquiera sabor y color, como en el caso de los jarabes caramelizados para productos de panadera.

Durante la evaporacin, el calor latente se transfiere del medio de calentamiento al alimento para elevar la temperatura de ste al punto de ebullicin. La velocidad de evaporacin es determinada por la velocidad de transfere