Guía Problemas Resueltos Evaporadores Efecto Simple Versión Alfa2

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
/
DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL)
ASIGNATURA : Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
PROFESOR
: Elton F. Morales Blancas

UNIDAD 8: EVAPORACION DE SOLUCIONES ALIMENTICIAS
GUIA DE PROBLEMAS RESUELTOS I: Evaporadores de simple efecto
1.- Un evaporador continuo de efecto simple concentra 10000 kg/hr de una solución de sal al 10% en
peso queentra a 40ºC, hasta una concentración final de 8% en peso. El espacio del evaporador esta a
102 KPa absoluta y el vapor de agua que se introduce esta saturado a 140 KPa. El coeficiente total U
es de 1700 W/m2K. Calcúlense las cantidades de vapor y de líquido como productos, así como el área
de transferencia de calor que se requiere. Nota: Calcular EPE basándose en el método termodinámico.
Lascapacidades caloríficas del NaCl (cristales) están dadas por la siguiente ecuación:
cp cal / mol −º C = 10.79 + 0,000420T ; donde T esta en grados Kelvin; y es aplicable para el
rango 273 < T < 1074 K.

(

)

V = 10.000-P1
V, T1’
F = 10.000 (kg / hr )
TF = 40ºC, xF = 0,01

102 KPa.
T1 = 100,17ºC
SC , TSC
S = 140 KPa
TS = 109.27ºC

P1, T1’ , XP = 0,08
FIGURA 1. Evaporador continuo de efecto simpleInformación entregada:
•
•

Flujo másico de alimentación: F = 10.000⎛⎜

kg ⎞
⎟
⎝ hr ⎠
Concentración del liquido diluido: x F = 0,01
Concentración del liquido concentrado: x P = 0,08

•
•
•
•

Presión en el espacio interior del evaporador: 102KPa
Presión del vapor que se introduce en el equipo: 140KPa
Temperatura de ingreso del liquido diluido o de alimentación: TF = 40º C

•

Coeficiente detransferencia de calor: U = 1700 W

•

Ecuación para el calculo de las Capacidades caloríficas (Cp) de las soluciones:

(

Cp = 10,79 + 0,000420 * T

m2K

)

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SOLUCIÓN:
En la FIGURA 1 se muestra el diagrama de flujo del proceso, acontinuación se muestran los pasos a seguir
para responder a las interrogantes.
PASO 1: Interpolar con la tabla de vapor saturado las presiones, tanto del vapor de saturación requerido,
como la presión del evaporador, para obtener las temperaturas correspondientes a cada presión.
A una presión de 104KPa, la temperatura de saturación es 109,27ºC
A una presión de 102KPa, temperatura de saturación es100,17ºC
PASO 2: Cálculo de EPE con x P = 0,08 , basándose en el método termodinámico para el vapor se utiliza la
siguiente ecuación.

Rg * W A * T Ao2 * m
EPE = ΔTB =
LV 1000

…(1)

Donde:

⎞
Rg = cons tan te te de los gases ideales : 8,314⎛⎜ J
⎟
⎝ mol K ⎠
⎞
W A = peso molecular del agua : 18⎛⎜ kg
⎟
⎝ kgmol ⎠
⎞
LV = calor latente de vaporización : 4,0626 *10 4 ⎛⎜ J
⎟
mol
⎝
⎠
T Ao = punto deebullición del agua pura : 373,15(K )
m = molalidad
2.1 Cálculo de molalidad: se entiende que molalidad son los moles de soluto en 1000 gramos de solvente.

8 g de soluto = 92 g de solvente
x = 1000 g de soluto

x = 86,96 g de soluto

Con estos gramos de soluto se puede calcular la molalidad:

m=

gramos de soluto
peso molecular de la sal

m=

8 gramos de soluto
59 gmol

m = 1.474
2.2 Cálculo de EPE:Se remplaza en la ecuación (1)

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EPE =

8,314 *18 * 373.15 2 *1.474
4.0626 x10 4 *1000

EPE = 0.76º C
Luego:

T1 ' = T1 + EPE
T1 ' = 100.17 + 0.76

T1 ' = 100.92º C

Paso 3: Balance de materiales
Balance total demateriales y de solidos, para calcular la cantidad de producto concentrado y el caudal másico
del vapor.

Balance total = F
Como

+ S

= V

+ P + Sc

….(2)

S = S c , pero S c sale condensado, el balance total queda de la siguiente manera:

Balance total = F

=

V

+ P

….(3)

Balance de solidos = F * X F = V * X V + P * X P

….(4)

Como la fracción de sólidos en el vapor es igual a cero la ecuación (4)...