Preinforme Evaporaci N Forzada 1 Y 2


1. OBJETIVOS

Construir un gráfico de la masa de condensado de vapor vivo y de la masa de condensado del vapor producido en función del tiempo.
Realizar el balance de energía completo para el evaporador-intercambiador y establecer las pérdidas de calor.
Determinar la economía de la evaporación.
Determinar el coeficiente global de diseño UD en el intercambiador.

2. MARCO TEÓRICO
El objetivobásico de un evaporador químico es concentrar una solución y el producto deseado usualmente es la solución concentrada. Generalmente dicha separación se realiza por medio de energía y corresponde al flujo de calor que se debe suministrar en la operación. Como elemento de calefacción convencionalmente se utiliza vapor de agua y su presión de vapor depende mucho de las condiciones específicas delproceso, pero se busca que la presión del vapor de proceso no sea muy elevada y hasta donde sea posible se opere con vapores de baja (vapores de escape) o mediana presión. La utilización de temperaturas elevadas en el denominado vapor vivo o vapor de proceso puede originar problemas de transferencia de calor debido a la formación de una capa de burbujas cercana a la pared del tubo, formando una estelaque interfiere todo el proceso de flujo de calor. 1
En un proceso de evaporación aparecen dos conceptos fundamentales como son: capacidad de evaporación y la economía del proceso; los cuales en algunas oportunidades van en dirección contraria cuando se trata de mejorar uno de ellos. La capacidad hace referencia a la habilidad para transferir calor, o sea que está asociada a los parámetros queintervienen en el flujo de calor (U, A y ∆t). Lo anterior puede observarse en la ecuación de diseño del equipo1:

Donde:
= Diferencia media logarítmica de temperatura.
= Área del efecto
La economía de la operación es la relación entre el flujo de agua retirada y el flujo de vapor de proceso o vivo consumido, así1:

Donde:
= Flujo de agua (solvente) evaporada (o) (lb/h)
= Flujo de vapor vivo (lb/h)
Elconcepto de la economía del proceso hace referencia a los costos de energía, mientras la capacidad de evaporación está más relacionada con los costos de inversión inicial y mantenimiento. En la operación global se busca que los valores, tanto de la capacidad de evaporación como de la economía, sean elevados. 1
Evaporadores de circulación forzada
En un evaporador de circulación natural el líquidoentra en los tubos con una velocidad de 1 a 4 pies/s. La velocidad final aumenta rápidamente al formarse vapor en los tubos, de forma que generalmente las velocidades de transmisión de calor son satisfactorias. Sin embargo, con líquidos viscosos el coeficiente global en una unidad de circulación natural puede ser demasiado bajo desde el punto de vista económico.2
Una manera de aumentar la capacidadde evaporación es mejorar el mecanismo de transferencia de calor. Lo anterior usualmente se realiza por medio de inducir una mayor convección forzada, lo cual se efectúa al dar una mayor condición de flujo en la solución a concentrar. En la figura 1 se presenta un evaporador de simple efecto con circulación forzada. Como puede observarse el sistema de calentamiento o intercambiador se saca delevaporador y la cámara de evaporación es un separador de fases; y además la solución circula por la parte interna de los tubos por seguridad y conveniencia. Para darle una mayor condición de flujo a la solución se utiliza una bomba y otros accesorios, que implican un aumento en los costos iniciales y de mantenimiento de la operación. Aquí fundamentalmente se busca aumentar U, lo cual se consiguedebido a que quien controla el mecanismo de transferencia es el coeficiente de la solución. Una cuestión importante de precisar es que por medio de la bomba se pueden cambiar las condiciones de flujo en la parte de la circulación interna en el intercambiador, pero se debe tener cuidado que la bomba suministre una presión suficiente tal que no se vaya a presentar vaporización o flash en los tubos,...