MINIEVAPORADOR
Presentado por Leonardo Alberto Ramírez Nathalia Ochoa Rodríguez
Presentado al profesor Fernando Viejo Abrante Ph.D. en Material Science and Technology
Universidad Industrial de Santander Facultad de Ingenierías Físico-Químicas Escuela de Ingeniería Química Bucaramanga
1
TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCION ..............................................................................................................................
3
OBJETIVO GENERAL ....................................................................................................................
4
OBJETIVOS ESPECIFICOS ......................................................................................................
4
MARCO TEORICO ..........................................................................................................................
5
MATERIALES Y EQUIPOS ..........................................................................................................
12
PROCEDIMIENTO .........................................................................................................................
15
RESULTADOS, ANÁLISIS Y OBSERVACIONES OBSERVACIONES...................................................................
16
CONCLUSIONES ...........................................................................................................................
27
BIBLIOGRAFIA ..............................................................................................................................
28
2
INTRODUCCION La evaporación es una de las operaciones unitariarias, que se basa en la transmisión de calor a un líquido en ebullición, este proceso va acompañado por un cambio de fase el cual necesita una adición de cantidades de energía a temperatura constante, con el fin de concentrar una solución en el soluto no volátil, obteniendo como resultado una solución líquida más concentrada, esta característica es la que la diferencia del secado. Las aplicaciones a nivel industrial, es la concentración de de soluciones acuosas de azúcar, cloruro de sodio, hidróxido de sodio, glicerina, leche y jugo de naranja. Otra de las operaciones unitarias, en donde se involucra la trasferencia de energía, es en la condensación, en este proceso también hay un cambio de fase que implica la sustracción de energía, con el fin de recuperar un vapor en forma líquida de otra operación unitaria en este caso de la evaporación aunque este vapor sea un residuo.
3
OBJETIVO GENERAL Realizar un análisis de datos obtenidos experimentalmente en la práctica del minievaporador mediante el balance de masa y energía. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Estudiar y comprender el funcionamiento de un intercambiador de calor. Profundizar en el conocimiento de las operaciones unitarias de evaporación y condensación. Observar el cambio en la concentración de la solución a través del tiempo en el minievaporador Calcular las perdida de calor en el evaporador y condensador Determinar el coeficiente de transferencia de energía global. global.
4
MARCO TEORICO La evaporación es la transmisión de calor a un líquido en ebullición, su objetivo principal es concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil. En la mayor parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La evaporación se realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una disolución concentrada. La evaporación difiere del secado en que el producto valioso es un líquido a veces altamente viscoso en vez de un sólido; difiere de la destilación en que el vapor es generalmente un solo componente y, aun cuando el vapor sea una mezcla, en la evaporación no intenta separar el vapor vapor en fracciones además el vapor no es de interés en la evaporación y se trata como un residuo; difiere de la cristalización en que su interés reside en concentrar una disolución y no en formar y obtener cristales.
Factores del proceso Las propiedades físicas y químicas de la solución que se está concentrando y del vapor que se separa tienen un efecto considerable sobre el tipo de evaporador que debe usarse y sobre la presión y la temperatura del proceso. Las propiedades que afectan a los métodos de procesamiento son las siguientes:
1. Concentración en el líquido. Por lo general, la alimentación líquida a un evaporador es bastante diluida, por lo que su viscosidad, bastante baja, es similar a la del agua y se opera con coeficientes de transferencia de calor bastante altos. A medida que se transcurre la evaporación, la solución se concentra y su viscosidad puede elevarse notablemente, causando una marcada disminución del coeficiente de transferencia de calor. Se requiere entonces una circulación o turbulencia adecuada para evitar que el coeficiente se reduzca demasiado. 2. Solubilidad. A medida que se calienta la solución y aumenta la concentración del soluto, puede excederse el límite de solubilidad del material en solución y se formaran cristales. Esto limita la concentración máxima que puede obtenerse por evaporación de la solución. 3. Sensibilidad térmica de los materiales. Muchos productos, en especial los alimentos y otros materiales biológicos, son sensibles a la temperatura y se degradan cuando ésta sube o el calentamiento es muy prolongado . Entre ellos están los materiales farmacéuticos; productos alimenticios como leche, jugo de naranja y extractos vegetales; y materiales químicos orgánicos delicados. La cantidad de degradación está en función de la temperatura y del tiempo. 4. Formación de espumas. En algunos casos, los materiales constituidos por soluciones cáusticas, soluciones de alimentos como leche desnatada y algunas soluciones de ácidos grasos, forman espuma durante la ebullición. Esta espuma es 5
arrastrada por el vapor que sale del evaporador y puede producir pérdidas de material.
5. Presión y temperatura. El punto de ebullición de la solución está relacionado con la presión del sistema. Cuanto más elevada sea la presión de operación del evaporador, mayor será la temperatura de ebullición. Además, la temperatura de ebullición también se eleva a medida que aumenta la concentración del material disuelto por la acción de la evaporación. Este fenómeno se llama elevación del punto de ebullición. Para mantener a un nivel bajo la temperatura de los materiales termosensibles suele ser necesario operar a presiones inferiores a 1 atm, esto es, al vacío. 6. Formación de incrustaciones y materiales de construcción . Algunas soluciones depositan materiales solidos llamados incrustaciones sobre las superficies de calentamiento. Estas incrustaciones se forman a causa de los productos de descomposición o por disminución de la solubilidad. El resultado es una reducción del coeficiente de transferencia de calor, lo que obliga a limpiar el evaporador. La selección de los materiales de construcción del evaporador tiene importancia en la prevención de la corrosión. El diseñador de un evaporador ha de tener en cuenta muchas otras características del líquido. Algunas de ellas son el calor específico, el calor de concentración, la temperatura de congelación, la liberación de gas durante la ebullición, la toxicidad, los peligros de explosión, la radiactividad y la necesidad de operación estéril. Debido a la gran variedad de propiedades de las disoluciones, se han desarrollado diferentes tipos de evaporadores. El modo de operación del evaporador puede ser de simple o múltiple efecto:
EVAPORADOR DE SIMPLE EFECTO Cuando se utiliza un solo evaporador, el vapor procedente del líquido en ebullición se condensa y desecha.
EVAPORADOR DE MULTIPLE EFECTO Si el vapor procedente de uno de los evaporadores evapo radores se introduce como alimentación en el elemento calefactor de un segundo evaporador, evapor ador, y el vapor procedente de éste se envía al condensador, la operación recibe el nombre de dob le efecto. El calor del vapor de agua original es reutilizado en el segundo efecto, y la evaporación obtenida por unidad de masa del vapor de agua de alimentación al primer efecto es aproximadamente el doble. Utilizando una serie de evaporadores entre el e l suministro de vapor vivo y el condensador.
6
TIPOS DE EVAPORADORES La evaporación consiste en la adición de calor a una solución para evaporar el disolvente que, por lo general, es agua. Usualmente, el calor es suministrado por condensación de un vapor (como vapor de agua) en contacto con una superficie metálica, con el líquido del otro lado de dicha superficie. El tipo de equipo usado depende tanto de la configuración de la superficie para la transferencia de calor como de los medios utilizados para lograr la agitación o circulac ión del líquido. Tipos generales son:
1. Marmita abierta o artesa. La forma más simple de un evaporador es una marmita abierta o artesa en la cual se hierve el líquido. El suministro de calor proviene de la condensación de vapor de agua en una chaqueta o en serpentines sumergidos en el líquido. En algunos casos, la marmita se calienta a fuego directo. Estos evaporadores son económicos y de operación simple, pero el desperdicio de calor es excesivo. En ciertos equipos se usan paletas o raspadores para agitar el líquido
2. Evaporador de tubos horizontales ho rizontales con circulación natural.
En la anterior figura se muestra un evaporador de tubos horizontales con circulación natural. El banco horizontal de tubos de calentamientos similar al banco de tubos de un intercambiador de calor. El vapor de agua entra a los tubos y se condensa; el condensado sale por el otro extremo de los tubos. La solución a ebullición está por fuera de ellos. El vapor se desprende de la superficie líquida; después, casi siempre se hace pasar por dispositivos de tipo deflector para impedir el arrastre de gotas de líquido y sale por la parte superior. Este equipo, relativamente económico, puede utilizarse para líquidos no viscosos con altos coeficientes de transferencia de calor y para líquidos que no formen incrustaciones. Puesto que la circulación del líquido no es muy buena, son poco adecuados adecuad os para materiales viscosos. En casi todos los casos, tanto este evaporador como los que se estudian después operan con régimen continuo, con alimentación a velocidad constante y salida de concentrado a velocidad constante. 7
3. Evaporador vertical con circulación natura l. En este tipo de evaporador se usan tubos verticales en lugar de horizontales y el líquido está dentro de los tubos, por lo que el vapor se condensa en el exterior. Debido a la ebullición y a la disminución de densidad, el líquido se eleva en los tubos por circulación natural, tal como se muestra en la siguiente figura, y fluye hacia abajo a través de un espacio central abierto grande, o bajada. Esta circulación natural incrementa el coeficiente de transferencia de calor. No es útil con líquidos viscosos. Este equipo se llama con frecuencia evaporador de tubos cortos. Una variación de este modelo es el evaporador de canasta, que usa tubos verticales, pero el elemento de calentamiento se cuelga en el cuerpo, de tal manera que haya un espacio anular que sirva de bajada. ba jada. El modelo de canasta difiere del evaporador vertical de circulación natural, pues éste éste tiene un espacio central en vez del anular como bajada. Este tipo se usa con frecuencia en las industrias del azúcar, la sal y la sosa cáustica.
4. Evaporador vertical de tubos largos . Puesto que el coeficiente de transferencia de calor del lado del vapor es muy alto en comparación con el del lado del líquido que se evapora, es conveniente contar con velocidades altas para el líquido. En un evaporador de tipo vertical con tubos largos, el líquido está en el interior de los tubos. Estos miden de 3 a 10 m de alto, lo que ayuda a obtener velocidades de líquido muy altas. Por lo general, el líquido pasa por los tubos una sola vez y no se recircula. Los tiempos de contacto suelen ser bastante breves en este modelo. En algunos casos, como cuando la relación entre la velocidad de alimentación y la velocidad de evaporación es baja, puede emplearse recirculación natural del producto a través del evaporador, añadiendo una conexión de tubería entre la salida del concentrado y la línea de alimentación. Éste es un método muy común en la producción de leche condensada.
8
5. Evaporador de caída de película. Una variación del modelo de tubos largos es e s el evaporador de caída de película, pe lícula, en el cual el líquido se alimenta por la parte superior de los tubos y fluye por sus paredes en forma de película delgada. Por lo general, la separación de vapor y líquido se efectúa en el fondo. Este modelo se usa mucho para la concentración de materiales sensibles al calor, como jugo de naranja y otros zumos de frutas, f rutas, debido a que el tiempo de retención es bastante bajo (entre5 y 10 s) y el coeficiente de transferencia de calor es alto. 6. Evaporador de circulación forzada. El coeficiente de transferencia de calor de d e la película líquida puede aumentarse por bombeo provocando una circulación forzada del líquido en el interior de los tubos. Para esto se emplea el modelo de tubos verticales largos añadiendo una tubería conectada a una bomba entre las líneas de salida del concentrado y la de alimentación. Sin embargo, los tubos de un evaporador de circulación forzada suelen ser más cortos que los tubos largos. Además, en otros casos se usa un intercambiador de calor horizontal externo e independiente. Este modelo es muy útil para líquidos viscosos.
9
7. Evaporador de película agitada. La principal resistencia a la transferencia de calor en un evaporador corresponde al líquido. Por tanto, un método para aumentar la turbulencia de la película líquida y el coeficiente de transferencia de calor, consiste en la agitación mecánica de dicha película. Esto se lleva a cabo en un evaporador de caída de película modificado, usando un solo tubo grande enchaquetado que contiene un agitador interno. El líquido penetra por la parte superior del tubo y a medida que fluye hacia abajo se dispersa en forma de película turbulenta por la acción de aspas de agitación vertical. La solución concentrada sale por el fondo y el vapor pasa por un separador para salir por la parte superior. Este tipo de evaporador es práctico para materiales muy viscosos, pues el coeficiente de transferencia de calor es mayor que en los modelos de circulación forzada. Se usa para materiales viscosos sensibles al calor como látex de caucho, gelatina, antibióticos y jugos de frutas. Sin embargo, tiene costo alto y capacidad baja.
10
8. Evaporador solar de artesa abierta. Un proceso muy antiguo pero que todavía se usa u sa es la evaporación solar en artesas ar tesas abiertas. El agua salina se introduce en artesas o bateas abiertas y de poca profundidad y se deja evaporar lentamente al sol hasta que cristalice.
11
MATERIALES Y EQUIPOS
En la anterior figura se nuestra el minievaporador de película ascendente usado en la práctica al cual se le añadió una solución de agua con azúcar.
12
Características y funcionamiento: El evaporador consta de: un intercambiador de calor tubular con vapor de agua en en el lado de la carcasa, y el líquido que se desea concentrar en el interior de los tubos, un separador o espacio de vapor para separar el líquido arrastrado por el vapor, y cuando opera como una unidad de circulación, una recirculación para el líquido desde el separador hasta el fondo del cambiador. Existen entradas para el líquido de alimentación y el vapor de agua, y salidas para el vapor, la disolución concentrada, el vapor condensado y los gases no condensables procedentes del vapor de agua. Los tubos son típicamente de 1 a 2 pulgadas pu lgadas de diámetro y 12 a 32 pies de longitud. El líquido y el vapor ascienden por el interior de los tubos como consecuencia de la acción de ebullición, y el líquido separado retorna al fondo de los tubos por gravedad. La alimentación diluida, con frecuencia a una temperatura próxima al ambiente, entra en el sistema y se mezcla con el líquido que retorna del separador. La mezcla entra por el fondo de los tubos, sobre la parte exterior de los cuales condensa vapor de agua. Durante una corta distancia la alimentación que entra en los tubos asciende como líquido recibiendo calor desde el vapor de agua. Después se forman burbujas en el líquido al comenzar la ebullición, aumentando la velocidad lineal y la velocidad de transmisión de calor. Cerca de la parte s uperior de los tubos las burbujas crecen rápidamente. En esta zona las burbujas de vapor alternan con masas de líquido que ascienden rápidamente a través de los tubos y salen a gran velocidad por la parte superior. La mezcla de vapor y líquido que sale de los tubos entra en el separador. El diámetro del separador es mayor que el del cambiador, de tal forma que la velocidad del vapor disminuye rápidamente. Como una ayuda a yuda adicional para la eliminación de las gotitas de líquido, el vapor choca y pasa sobre un conjunto de placas deflectoras después de salir del separador.
Ventajas y desventajas
Diseño sencillo Menor inversión y menores costes operativos No se necesita electricidad No se necesita control de nivel Grandes superficies calefactoras en un solo cuerpo Bajo tiempo y volúmenes de residencia No apropiados para soluciones precipitantes o incrustantes Con deltas deltas pequeños de temperatura, temperatura, sus coeficientes de transferencia de calor son pobres Alta sensibilidad a cambios cambios leves en las las condiciones de operación 13
Aplicaciones
Líquidos claros Líquidos que forman espuma Soluciones corrosivas Grandes cargas de evaporación Diferencias de temperaturas altas
14
PROCEDIMIENTO 1. Se prepara la solución de agua y azúcar. 300g 300g de azúcar en 4L de agua, generando una mezcla homogénea. 2. Se mide el caudal del agua de enfriamiento dejando dejando un valor fijo en el rotámetro y se mide el volumen de agua en un tiempo tiempo de aproximadamente 10 segundos 3. Se modifica la presión, dejando la presión constante a 12 psi. 4. Se ingresa la solución al minievaporador mediante el uso de un embudo, siguiente a esto se introduce el termómetro en el orificio de la cámara de vapor. 5. Al instante en el que se produce la primera gota, se ponen 2 recipientes a la salida del condensado de vapor de calentamiento y la otra salida del condensado de vapor de solución, para después medir los volúmenes cada 5 min de igual manera la temperatura a la entrada y salida del vapor de calentamiento, la temperatura del condensado de la solución, la temperatura de la solución. 6. Adicional también se toman muestra de la solución cada 5 minutos para medir los grados brix.
15
RESULTADOS, ANÁLISIS Y OBSERVACIONES 1. Tabular los datos obtenidos para temperaturas, volúmenes y tiempos.
P=12 psi Solución = 300g /4000mL de agua Volumen evaporado = 4000-860 = 3140 mL
16
2. Grafique la variación de las diferentes temperaturas de entrada y salida con respecto al tiempo para: agua de enfriamiento, vapor de calentamiento, solución en el minievaporador y condensados de la solución. 50 o t n e i 40 m a i r f n 30 e e d a u g 20 a a r u t a r 10 e p m e T 0
Temperatura de entrada temperatura de salida
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Tiempo (min) Gráfica 1: variación de la temperatura de agua de enfriamiento a la entrada y salida con respecto
al tiempo.
o t n e i m a t n e l a c e d r o p a v a r u t a r e p m e T
118 116 114 112 Temperatura de entrada
110
Temperatura de salida 108 106 104 0
10
20
30
40
Tiempo (min)
Gráfica 2:
variación de la temperatura de calentamiento a la entrada y salida con re specto al
tiempo.
17
98,6 98,5 n ó i r c o u d l o a s r e o d p a a r v e i u t n i a r m e l p e m n e e T
98,4 98,3 98,2 98,1 98 97,9 0
5
10
15
20
25
30
35
40
Tiempo (min)
Gráfica 3: Variación
n o i c u l o s e d o d a s n e d n ℃ o c e d a r u t a r e p m e T
de la temperatura de solución en el minievaporador con respecto al tiempo.
30,2 30 29,8 29,6 29,4 29,2 29 28,8 0
5
10
15
20
25
30
35
40
Tiempo (min)
Gráfica 4: Variación
de la temperatura de condensado de solución con respecto al tiempo.
3. Analice que ocurre con la temperatura respecto al tiempo para el condensador y el evaporador. En la gráfica 1 tiempo versus temperatura de agua de enfriamiento, la la temperatura de entrada se mantiene constante a 28,5 ℃ debido a que el agua es tomada de la tubería del laboratorio en cambio la temperatura de salida en el rango de 5 a 10 minutos desciende de 39 ℃ a 35℃ en donde se mantiene constante en los 25 minutos después. Esto representa un calor sensible transferido del vapor de solución al agua de enfriamiento debido a que no ocurre un cambio de fase. 18
En la gráfica 2 tiempo versus temperatura de vapor de calentamiento, la temperatura de entrada tiene variaciones entre 1 ℃ a 2℃ , pudiéndose tomar como un valor constante de 116 ℃, de manera similar ocurre con la temperatura de salida, tomando como promedio un temperatura de 115 ℃. Debido a que el vapor de calentamiento se condensa representando un cambio de fase, nos lleva a concluir que el calor transferido del vapor de calentamiento a la solución fue un calor latente. En la gráfica 3 tiempo versus temperatura de solución en el minievaporador, se puede observar la variación de la temperatura, la cual asciende de 98 ℃ a 98,5℃ en donde se mantiene constante durante constante durante 15 min. En la gráfica 4 tiempo versus temperatura de condensado de solución, se puede observar que la temperatura cambia de un 1℃ en el rango de 5 y 10 min, en donde después de mantiene constante a 29 ℃.
4. Grafique y analice el comportamiento de los volúmenes de condensado de la solución y del vapor vapor de calentamiento respecto del tiempo.
1200 1000 ) 800 L m ( n 600 e m u l o 400 V
Condensado de vapor de calentamiento Condensado de la solucion
200 0 0
10
20
30
40
Tiempo (min)
Variación del volumen de vapor de calentamiento y condensado de la solución con respecto al tiempo. Gráfica 4:
En esta grafica se observa la variación variación que tiene el volumen del condensado del vapor de calentamiento y el condensado de la solución con respecto al tiempo. Siendo mayor el volumen de condesado de vapor de calentamiento con respecto a condensado de la solución. Además se muestra el volumen de vapor de calentamiento calentamiento necesario para el minievaporador minievaporador dado un volumen de solución. Al mismo tiempo se observa que el volumen inicial 19
tanto del vapor de calentamiento como el del condensado de la solución, es mayor comparado con el volumen final.
5. Evalué la pérdida de calor en el evaporador y condensador y determine el coeficiente de transferencia. 1- Calor transferido transferido en el evaporador (calor suministrado por el vapor de la caldera). = ∗ ó : Velocidad de transferencia de calor hacia el líquido : Flujo másico de vapor de calentamiento ó : Calor de vaporización de vapor (presión 680 mmHg)
Siendo un calor sensible debido a que el vapor entra saturado al evaporador y sale como liquido saturado presentado un cambio de fase. = ∗ ∗ = 6150 ( ( 1) 1) = 1 / / (116℃) 116℃) = 2227,46 2227,46 / / = 6150 ∗ 1
∗ 2227,4 2227,46 6
= = , ,
El calor ganado por la solución se define como la suma del calor latente el cual implico el cambio de fase del agua en la solución y el calor sensible que fue el que causo el cambio en la temperatura en la solución. = + = ∗ ∗ ∗ ∆ + ∗ ∗
20
: Volumen total de la solución : Densidad de la solución : Capacidad calorífica de la solución ∆ : Delta de temperatura de la solución : Volumen total condensado del vapor de la solución. : Densidad del agua : Calor latente de vaporización del agua
Calculo de la densidad de la solución: = 1,587 1,587 / / = 1 / /
Tomando los grados brix en el tiempo cero, que es equivalente a 7 grados brix, lo cual significa que hay 7 gr de azúcar por 100 gr de solución. Entonces: =
100 7 93 + 1,587 / 1 /
= 1,02 1,0265 658 8
Calculo de la capacidad calorífica de la solución: = 1 − (0,006 ∗ °) = 1 − (0,006 ∗ 7) = 0,958 0,958 / /℃ ℃ = 4,009 4,009996 9964 4
Como los datos de temperatura de entrada y salida no varían mucho se tomara: = 29℃ = 98,3 98,3℃ ℃ ∆ = 98,3℃ − 29℃ = 69,3℃ = 4000 4000 21
= 1,02 1,0265 658 8
= 4,0099 4,009996 964 4 ∆ = 69, 69,3℃ = 3620 ( ( 1) 1) = 1 / / (98,3℃) 98,3℃) = 2673, 2673,31 314 4 / / = 4000 4000 ∗ 1,02 1,0265 658 8
∗ 4,009 ,0099 9964 964 ∗ 69,3 69,3℃ ℃ + 362 3620 ∗ 1
∗ 2673 2673,3 ,314 14
= ,, = , , Perdida de calor en el evaporador
= + = , , − , , = ,,
2- Calor transferido en el condensador
Calor ganado por el agua de enfriamiento = = ∗ ∗ ∆ : Flujo másico del agua de enfriamiento : Capacidad calorífica del agua de enfriamiento ∆: Diferencia de temperaturas en el agua de enfriamiento = ∗ ∗ ∗ ∆ : Volumen de agua de enfriamiento : Densidad del agua : Capacidad calorífica del agua de enfriamiento ∆ : Delta de temperatura del agua de enfriamiento
Para hallar el volumen total de agua de enfriamiento se toman los datos de la tabla 2 22
= ∗ =
161. 161.47 4764 64 + 148, 148,32 3254 54 + 135, 135,71 7143 43 3
= 148, 148,50 5054 54
= 8910 8910,3 ,324 24
= 35 = 8910 8910,3 ,324 24
∗ 35 = 3118 311861 61,3 ,34 4
El delta de temperatura se halla con la temperatura de entrada del agua de enfriamiento y la temperatura de salida del condensador: = 28,5 8,5℃ = 35℃ ∆ = 35℃ − 28,5℃ = 6,5℃
= 31186 311861,3 1,34 4 = 1 / / = 4,185 4,1858 8 /℃ /℃ ∆ = 6,5℃ = 3118 311861 61,3 ,34 4 ∗ 1
∗ 4,18 4,1858 58
℃
∗ 6,5
= , , = ,,
Calor cedido por la solución en el condensador = + = ∗ ∗ ∗ ∆ + ∗ ∗ : Volumen total condensado del vapor de la solución . : Es la densidad del agua condensada de la solución (1 g/ml) : Capacidad calorífica del agua 23
∆ : Delta de temperatura del vapor de agua de la solución en el condensador. : Calor latente de vaporización del agua
Como los datos de temperatura de entrada y salida no varían mucho se tomara: = 29℃ = 98,3 98,3℃ ℃ ∆ = 98,3℃ − 29℃ = 69,3℃ = 3260 3260 = 1 / / = 4,185 4,1858 8 /℃ /℃ ∆ = 69,3 9,3℃ (98,3℃) 98,3℃) = 2673, 2673,314 314 / / = 3260 ∗ 1
∗ 4,185 4,1858 8
℃
∗ 69,3 9,3℃ + 3260 ∗ 1
∗ 2673,31 2673,314 4
= , , = ,,
Perdida de calor en el condensador = − = ,, − ,, = ,
3- EFICIENCIAS Eficiencia en el evaporador =
10818,51324 13698,879
∗ 100 = 78,9737%
24
Eficiencia en el condensador =
8485,0297 9660,651204
∗ 100 = 87,8308%
4-Coeficiente de transferencia de energía global =
∗ ∆
Q: Calor ganado por la solución, aportado por el flujo de vapor ( ) A: Área efectiva de intercambio de calor U: coeficiente global de transferencia de energía. ∆ = − .
Diámetro externo: 2 in = 5,08 cm Diámetro interno: 1,5 in = 3,81 cm Longitud: 55 cm = 1081 10818, 8,51 5132 324 4
Calculo del área efectiva = ∗ ∗
De= Diámetro externo del tubo interno del evaporador L= Longitud del evaporador = ∗ 5,08 cm ∗ 55 = 877, 877,76 7609 098 8
Suponiendo que la temperatura se mantiene constante a 116 ℃ en el evaporador, entonces se toma este valor como la temperatura de la superficie. ∆ = 116℃ − 98℃ = 18℃
25
Entonces: =
, , = , , ∗ ℃ ℃
6. Dibuje un esquema y explique el funcionamiento del intercambiador.
El funcionamiento del intercambiador de calor se basa en el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a diferentes temperaturas y están separados por una pared sólida.
26
CONCLUSIONES Mediante el uso del minievaporador usado en la práctica se observó que a medida que transcurría el tiempo, la solución cada vez era más concentrada en el soluto no volátil debido a que los grados brix incrementaban.
Las variaciones que se observaron obser varon en la temperatura como en los volúmenes volúmene s condensados, son debido a las variaciones de flujo de vapor de calentamiento causado por el uso de otras operaciones en el laboratorio.
En los cálculos hechos anteriormente se puede observar perdidas de calor tanto en el condensador con en el evaporador, esto e s debido a que no hay un buen aislamiento que impida estas pérdidas.
27
BIBLIOGRAFIA GEANKOPOLIS, C. G. Procesos de transporte y operaciones unitarias. Tercera Edición. Editorial CECSA. México. 1998. Páginas: 698-730 Mc CABE L. Warren, SMITH SMITH Julian, HARRIOT Peter, Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, Editorial Mc Graw Hill, cuarta Edición, capítulo 16. CAMBRANES, Yuri A. Balance de energía y exergía para el sistema de calentamiento de jugo en un ingenio de azúcar. Universidad de san Carlos de guatemala.2004.
28