Dialnet CalculoNumericoDeUnEvaporadorQuimicoSobreUnaHojaEl 4902893

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Revista Ingeniería

e Investigación No. 44 Diciembre de 1999

Cálculo Numérico de un Evaporador Químico
Sobre una Hoja Electrónica
Hermes A. Rangel Jara*-Andrés Argoti Caicedo**

RESUMEN

El presente trabajo desarrolla e implementa el cálculo
numérico sobre una hoja electrónica de un evaporador
químico de múltiple efecto con diferentes tipos de
configuración con respecto a la disposiciónrelativa de los
flujos. El objetivo del cálculo numérico es de orden
didáctico y académico. Se instala sobre una herramienta
numérica - hoja electrónica de cálculo-- de fácil manejo,
ampliamente difundida, bastante amigable e interactiva y
con una excelente presentación.
Adicionalmente, se
implementa para el cálculo numérico un modelamiento
matemático acorde con los desarrollos computacionalesactuales. El cálculo resulta numéricamente eficiente,
flexible y muy interactivo.
INTRODUCCIÓN

A.

FLUJO EN PARALELO

Como referencia para los balances de materia y energía, lo
mismo que para la respectiva notación, ver las figuras 1,2 y 3

Figura l. Evaporador químico con flujo en paralelo.

.BALANCE DE MATERIAGLOBAL

WF

D

entro del espíritu investigativo para el desarrollo de
software conaplicaciones académicas y quizás una
posterior utilización a nivel industrial, se estudia y analiza la
posibilidad de implementar programas de computación para
algunos procesos de separación, en herramientas que trabajan
con lenguajes de alto nivel, que los convierten en utilidades
numéricas relativamente sencillas, de una buena presentación
y muy interactivas para el usuario.
Como caso de ilustración setoma el cálculo de un evaporador
químico de múltiple efecto para concentrar una solución de
hidróxido de sodio. Se estudiaron tres posibles arreglos de
flujo: flujo en paralelo (hacia adelante), flujo en contracorriente
(hacia atrás) y flujo mixto.
MODELO

(1)

Wp+W'_3

.BALANCE DE COMPONE TE (AGUA)

W"

(2)

= W, + W2 + W,

.BALANCE DE COMPONENTE (SOLUTO)

(3)

WFXF = Ws X,
.BALANCE DE ENERGÍAEfecto 1 :

Efecto 2 :
(WF

-

W,)H,

+ W,Hv,

= W,HLI

+ W2Hv2 + (WF

-

W, - W2)H2

(5)

Efecto 3 :
(WF-

l.

=

W,-

W2)H2+

WZHV2 = W)Hv) + W2HL2+

WpHp

(6)

MATEMÁTICO

Para los balances de energía se toman como referencia las
mismas condiciones empleadas para la elaboración de las tablas
de vapor de agua. A continuación se presentan los modelos
matemáticos para los diferentes arreglos.Reordenando y agrupando los términos del balance de
energía, para cada uno de los efectos, se obtiene:

*Ingeniero Químico, MSc. I.Q., Profesor Titular Universidad Nacional.
**Ingeniero Químico, Universidad Nacional.

Cálculo Numérico de un Evaporador Químico Sobre una Hoja Electrónica

Efecto 1 :

49

Efecto 2:
(7)

Efecto 2 :

W1(Hyl- Hu) + WiH, - Hy,) + W3(H, - H3)

=

WF(H, - H3)

(14)

Efecto 3:WF(H, - H1)

(8)

H,) - WJHYJ = WpHp - WFH,

(9)

W1(HY1- HI - Hu + H,) + WiH, - Hy,)

=

Efecto 3:

WiHy, - HL2) + WJ(HJ - HyJ)

=

WF(HJ - HF)

(15)

Balance de componente (agua) :

-W1H, + WiHy, - HL2

-

Ecuación

(2)

Balance de componente (agua) :
C. FLUJO MIXTO

Ecuación

(2)

Los sistemas algebraicos para las restantes configuraciones
de flujo, se presentan a continuación.

B. FLuJO

ENCONTRACORRIENTE

Figura 3. Evaporador químico con flujo mixto.

·BALANCE

DE MATERIA GLOBAL

·BALANCE

DE COMPONENTE (AGUA)

-BALANCE

DE COMPONENTE (SOLUTO)

-BALANCE

DE ENERGÍA

Ecuación
Ecuación
Figura 2. Evaporador químico con flujo en contracorriente.

(2)

Ecuación
.BALANCE

DE MATERIA GLOBAL

Ecuación
.BALANCE

.BALANCE

Efecto 1 :
WsAs + (WF - W, - WJ)H3

(2)

.BALANCE

WpHp + W1HY1

=(16)

DE COMPONENTE (SOLUTO)

Ecuación

(3)

(1)

DE COMPONENTE (AGUA)

Ecuación

(1)

(3)

Efecto 2:

DE ENERGÍA

W1HY1+ WFHF = W1HL1 + W,Hy, + (WF - W,)H,

(17)

Efecto 1 :
W;As + (WF - W, - WJ)H,

WpHp + W1HY1

=

(10)

Efecto 3 :
(WF - W,)H, + W,Hy,

= W,HL2 +

(WF

-

W2 - W3)HJ + WJHY3 (18)

Efecto 2 :
W1HY1+ (WF - W3)HJ

=

W,Hy, + (WF

-

W, - W3)H, + W1HL1 (11)

Efecto 3 :

Organizando

y...