Evaporador.docx

Universidad Mayor de San Simón Facultad de Ciencias y Tecnología Ingeniería Química

Integrantes: Gonzales Vega Eddy Brian López Montoya Daniela Ramos Velasco Paola Carol Sandoval Katya Anhyer Simichit Guzmán Jhessika Materia: Laboratorio de Termodinámica Fecha: 04 de marzo de 2016

1. TITULO: EVAPORADORES Y EVAPORACION 2. OBJETIVOS: 2.1. OBJETIVO GENERAL: Definir los conceptos básicos de evaporadores y evaporación dentro el contexto termodinámico. 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:  Definir los principios básicos de un evaporador o intercambiador de calor. 

Clasificar los evaporadores de acuerdo al tipo de alimentación, construcción y funcionamiento.

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Analizar el fenómeno de evaporación y que factores participan o influyen en este.

3. MARCO TEÓRICO: EVAPORADORES Se conoce por evaporador al intercambiador de calor donde se produce la transferencia de energía térmica desde un medio a ser enfriado hacia el fluido refrigerante que circula en el interior del dispositivo. Su nombre proviene del cambio de estado sufrido por el refrigerante al recibir esta energía, luego de una brusca expansión que reduce su temperatura. Durante el proceso de evaporación, el fluido pasa del estado líquido al gaseoso. Los evaporadores se encuentran en todos los sistemas de refrigeración como neveras, equipos de aire acondicionado y cámaras frigoríficas. Su diseño, tamaño y capacidad depende de la aplicación y carga térmica de cada uso. PRINCIPIO En los sistemas frigoríficos el evaporador opera como intercambiador de calor, por cuyo interior fluye el refrigerante el cual cambia su estado de líquido a vapor. Este cambio de estado permite absorber el calor sensible contenido alrededor del evaporador y de esta manera el gas, al abandonar el evaporador lo hace con una energía interna notablemente superior debido al aumento de su entalpía, cumpliéndose así el fenómeno de refrigeración. El flujo de refrigerante en estado líquido es controlado por un dispositivo o válvula de expansión la cual genera una abrupta caída de presión en la entrada del evaporador. En los sistemas de expansión directa, esta válvula despide una fina mezcla de líquido y

vapor a baja presión y temperatura. Debido a las propiedades termodinámicas de los gases refrigerantes, este descenso de presión está asociado a un cambio de estado y, lo que es más importante aún, al descenso en la temperatura del mismo. De esta manera, el evaporador absorbe el calor sensible del medio a refrigerar transformándolo en calor latente el cual queda incorporado al refrigerante en estado de vapor. Este calor latente será disipado en otro intercambiador de calor del sistema de refrigeración por compresión conocido como condensador dentro del cual se genera el cambio de estado inverso, es decir, de vaporización a líquido. COMPONENTES

EVAPORADORES DE PELICULA DESCENDENTE (FF) En un evaporador de película descendente, la solución a evaporar fluye rápidamente como una fina película hacia abajo y hacia dentro de la pared del tubo vertical. La vaporización se produce dentro de los tubos por el calentamiento externo de los tubos. El evaporado fluye hacia abajo en paralelo al flujo líquido. El evaporado y el líquido concentrado se separan en la cámara inferior de la calandria y en el cabezal de vapor, donde el vapor y el líquido son segregados por gravedad y/o por fuerza centrífuga. COMPONENTES:

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES     

Altos coeficientes de transferencia de calor. Operación con bajas diferencias de temperatura. Bajos tiempos de residencia. Rápida respuesta a cambios en las condiciones de operación. Arranques y paradas del equipo se efectúan rápidamente.

VENTAJA:       

Poco tiempo de retención. Excelente separación de gotas. Buena capacidad de transmisión de calor con baja ΔT. Rango de capacidad del 0 al 100%. Viscosidades líquidas hasta 500 Cp. Menos energía de circulación que en el caso de circulación forzada. Acepta cierta cantidad de sólidos.

APLICACIONES:   

Líquidos sensibles al calor. Líquidos contaminantes puros o moderados. Soluciones con viscosidad bastante alta.

EJEMPLOS TÍPICOS DE LÍQUIDOS APTOS PARA EVAPORADORES DE PELÍCULA DESCENDENTE       

Soluciones diluidas de ácido sulfúrico. Ácidos fosfóricos puros. Ácidos y aguas residuales. Líquidos de fertilizantes diluidos. Sosa cáustica. Azúcar y derivados del azúcar. Melazas y vinazas.

OBTENCIÓN DE LECHE EVAPORADA La leche evaporada se obtiene por una deshidratación parcial de la leche entera, semidesnatada o desnatada, cuya conservación se asegura mediante la esterilización, un tratamiento térmico que combina altas temperaturas con un tiempo determinado. Este tratamiento de conservación asegura la destrucción total de los microorganismos patógenos presentes en la leche y de sus esporas (formas de resistencia de los microorganismos), dando lugar a un producto estable y con un largo período de conservación. PROCESO DE OBTENCIÓN DE LECHE EVAPORADA EN UN EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE El líquido a concentrar se introduce por la parte superior de los tubos de calentamiento y se distribuye uniformemente en su interior como una película fina que desciende por las paredes de los tubos. La película del líquido empieza a hervir debido al calentamiento externo produciéndose una evaporación parcial. El producto desciende por el interior de los tubos inducido por su propia gravedad y por el descenso de los vahos aspirados por el sistema de vacío. Los vahos se separan definitivamente del fluido concentrado, primero en la parte inferior de la carcasa y después en el separador centrifugo. Para el óptimo funcionamiento del evaporador de película descendente es imprescindible que la superficie de calentamiento en su totalidad sea decir las paredes interiores de los tubos, esté totalmente cubierta por una película uniforme de líquido. Por eso es imprescindible un adecuado sistema de distribución en el cabezal del evaporador. En caso contrario, en las superficies secas se producirán incrustaciones y depósitos. El espesor de la película puede incrementarse utilizando tubos de calentamiento más largos, dividiendo la carcasa del evaporador en varios pasos o mediante la recirculación de producto.

TIPOS DE EVAPORADOR Debido a que un evaporador es cualquier superficie de transferencia de calor en la cual se vaporiza un líquido volátil para eliminar calor de un espacio o producto refrigerado, los evaporadores se fabrican en una gran variedad de tipos, tamaños y diseños y se pueden clasificar de diferentes maneras.

SEGÚN ALIMENTACIÓN DE REFRIGERANTE DE EXPANSIÓN DIRECTA O EXPANSIÓN SECA (DX) En los evaporadores de expansión directa la evaporación del refrigerante se lleva a cabo a través de su recorrido por el evaporador, encontrándose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este. De esta manera, el fluido que abandona el evaporador es puramente vapor sobrecalentado. Estos evaporadores son los más comunes y son ampliamente utilizados en sistemas de aire acondicionado. No obstante son muy utilizados en la refrigeración de media y baja temperatura, no son los más apropiados para instalaciones de gran volumen.

INUNDADOS Los evaporadores inundados trabajan con refrigerante líquido con lo cual se llenan por completo a fin de tener humedecida toda la superficie interior del intercambiador y, en consecuencia, la mayor razón posible de transferencia de calor. El evaporador inundado está equipado con un acumulador o colector de vapor el que sirve, a la vez, como receptor de líquido, desde el cual el refrigerante líquido es circulado por gravedad a través de los circuitos del evaporador. Preferentemente son utilizados en aplicaciones industriales, con un número considerable de evaporadores, operando a baja temperatura y utilizando amoníaco (R717) como refrigerante.

SOBREALIMENTADOS Un evaporador sobrealimentado es aquel en el cual la cantidad de refrigerante líquido en circulación a través del evaporador ocurre con considerable exceso y que además puede ser vaporizado.

SEGÚN TIPO DE CONSTRUCCION TUBO DESCUBIERTO Los evaporadores de tubo descubierto se construyen por lo general en tuberías de cobre o bien en tubería de acero. El tubo de acero se utiliza en grandes evaporadores y cuando el refrigerante a utilizar sea amoníaco (R717), mientras para pequeños evaporadores se utiliza cobre. Son ampliamente utilizados para el enfriamiento de líquidos o bien utilizando refrigerante secundario por su interior (salmuera, glicol), donde el fenómeno de evaporación de refrigerante no se lleva a cabo, sino más bien estos cumplen la labor de intercambiadores de calor.

DE SUPERFICIE DE PLACA

Existen varios tipos de estos evaporadores. Uno de ellos consta de dos placas acanaladas y asimétricas las cuales son soldadas herméticamente una contra la otra de manera tal que el gas refrigerante pueda fluir por entre ellas; son ampliamente usados en refrigeradores y congeladores debido a su economía, fácil limpieza y modulación de fabricación. Otro tipo de evaporador corresponde a una tubería doblada en serpentín instalada entre dos placas metálicas soldadas por sus orillas. Ambos tipos de evaporadores, los que suelen ir recubiertos con pintura epóxica, tienen excelente respuesta en aplicaciones de refrigeración para mantención de productos congelados. EVAPORADORES ALETEADOS Los serpentines aleteados son serpentines de tubo descubierto sobre los cuales se colocan placas metálicas o aletas y son los más ampliamente utilizados en la refrigeración industrial como en los equipos de aire acondicionado. Las aletas sirven como superficie secundaria absorbedora de calor y tiene por efecto aumentar el área superficial externa del intercambiador de calor, mejorándose por tanto la eficiencia para enfriar aire u otros gases. El tamaño y espaciamiento de las aletas depende del tipo de aplicación para el cual está diseñado el serpentín. Tubos pequeños requieren aletas pequeñas y viceversa. El espaciamiento de la aletas varía entre 1 hasta 14 aletas por pulgada, dependiendo principalmente de la temperatura de operación del serpentín. A menor temperatura, mayor espaciamiento entre aletas; esta distancia entre las aletas es de elemental

relevancia frente la formación de escarcha debido a que esta puede obstruir parcial o totalmente la circulación de aire y disminuir el rendimiento del evaporador. Respecto de los evaporadores aleteados para aire acondicionado, y debido a que evaporan a mayores temperaturas y no generan escarcha, estos pueden tener hasta 14 aletas por pulgada. Ya que existe una relación entre superficie interior y exterior para estos intercambiadores de calor, resulta del todo ineficiente aumentar el número de aletas por sobre ese valor (para aumentar superficie de intercambio optimizando el tamaño del evaporador), ya que se disminuye la eficiencia del evaporador dificultando la circulación del aire a través de este. Esta circulación de aire se realiza de dos maneras: por convección forzada por ventiladores –bien sean centrífugos o axiales, mono o trifásicos, conforme la aplicacióny de manera natural por diferencia de densidades del aire, fenómeno conocido como convección natural. EVAPORADORES POR ENFRIAMIENTO DE LÍQUIDO ENFRIADOR DE DOBLE TUBO Es un serpentín que enfría líquido que suministra gran rango de transferencia de calor entre el refrigerante y el líquido que va a ser enfriado. El camino del refrigerante puede ser a través de uno u otro de los tubos aunque usualmente la salmuera o líquido que va a ser enfriado se hace circular a través del tubo interior y el refrigerante que remueve el calor esta entre los dos tubos. Este tipo de serpentìn para intercambio de calor se usa también en el diseño de condensadores. ENFRIADOR BAUDELOT Puede usarse para enfriar agua, u otros líquidos o para varios usos industriales, y es frecuentemente usado como enfriador de leche. El evaporador está compuesto por tuberías horizontales unidas en sus extremos laterales, y el líquido que va a enfriarse se hace circular sobre los serpentines de enfriamientos mediante el flujo de gravedad desde el arreglo colocado encima de los serpentines. El líquido es recogido en una bandeja la cual puede ser recirculado por el enfriador baudelot o bombeado a su destino en el proceso industrial

ENFRIADOR TIPO TANQUE El enfriador tipo tanque consiste en un serpentín de fluido frigorígeno de tubo desnudo, instalado dentro de un gran tanque que contiene el líquido a enfriar. El serpentín está separado por un medio deflector de la masa principal del líquido, circulando éste a través del serpentín movido por un agitador motorizado. Este enfriador se utiliza en aquellos casos en que la sanidad no sea un factor importante, en las aplicaciones de grandes y frecuentes fluctuaciones de la carga, dada su gran inercia, y en las aplicaciones en que el líquido entra en el enfriador a temperaturas relativamente altas. Se emplea mucho para enfriamiento de agua, salmuera y otros líquidos refrigerantes secundarios. ENFRIADOR CON SERPENTÍN EN CASCO Este tipo consiste en un enfriador de tubos lisos instalado en el centro o al lado del tanque de acero, sumergido en el líquido a enfriar, el serpentín está separado del cuerpo principal del líquido por un deflector. Dentro de este tipo de evaporadores se pueden encontrar los utilizados como acumuladores de hielo. ENFRIADOR ACORAZADO Estos enfriadores pueden ser de expansión seca o inundados. Consta de un tanque de acero con una determinada cantidad de líquido por donde circula el refrigerante, y por fuera el líquido. Si es de expansión seca, contrariamente a si es inundado, el líquido a enfriar circula por dichos tubos.

EVAPORACION

La evaporación es el proceso por el cual las moléculas en estado líquido (por ejemplo, el agua) se hacen gaseosas espontáneamente (ej.: vapor de agua). Es lo opuesto a la condensación. Generalmente, la evaporación puede verse por la desaparición gradual del líquido cuando se expone a un volumen significativo de gas. Por término medio, las moléculas no tienen bastante energía para escaparse del líquido, porque de lo contrario el líquido se convertiría en vapor rápidamente. Cuando las moléculas chocan, se transfieren la energía de una a otra en grados variantes según el modo en que chocan. Los líquidos que no parecen evaporarse visiblemente a una temperatura dada en un gas determinado (p.ej.: el aceite de cocina a temperatura ambiente) poseen moléculas que no tienden a transferirse la energía de una a otra como para darle "la velocidad de escape" (la energía calórica) necesaria para convertirse en vapor. Sin embargo, estos líquidos se evaporan, pero el proceso es mucho más lento y considerablemente menos visible.

TEORÍA CINÉTICA Para que las moléculas de un líquido se evaporen, deben estar localizadas cerca de la superficie, moverse en la dirección apropiada y tener la energía cinética suficiente como para vencer las fuerzas intermoleculares de la fase líquida. Sólo una pequeña proporción de las moléculas cumplen con estos criterios, por lo que la tasa de evaporación es limitada. Ya que la energía cinética de una molécula es proporcional a su temperatura, la evaporación se produce más rápido conforme la temperatura es más alta. Como las moléculas que se mueven más rápido escapan, las moléculas restantes tienen una energía cinética media inferior, y por tanto la temperatura del líquido disminuye. Este fenómeno se conoce como refrigeración evaporativa, y es la razón por la cual la evaporación del sudor refresca el cuerpo humano. La evaporación también tiende a producirse más rápidamente con tasas de flujo más altas entre la fase gaseosa y líquida, y en líquidos con presión de vapor más alta. Por ejemplo, la ropa tendida en un cordel secará (por evaporación) más rápidamente durante un día ventoso que en un día sin viento. Tres puntos claves de la evaporación son el calor, la humedad y el movimiento del aire. EQUILIBRIO EVAPORATIVO Si la evaporación ocurre en un recipiente cerrado o en sitios calientes, las moléculas que se escapan se acumularán como vapor encima del líquido. Muchas de las moléculas vuelven al líquido, haciéndose el retorno más frecuente conforme la densidad y la presión del vapor aumentan. Cuando el proceso de fuga y retorno alcanza un equilibrio, se dice que el vapor está "saturado", y ya no se dará ningún cambio adicional en la presión o la densidad del vapor. Para un sistema que consiste en vapor y líquido de una sustancia pura, este estado de equilibrio está directamente relacionado con la presión de vapor de la sustancia, como viene expresado en la relación de Clausius-Clapeyron:

Donde P1 y P2 son las presiones de vapor a temperaturas T1 y T2 respectivamente, ΔHvap es la entalpía de la vaporización, y R es la constante universal de los gases. La tasa de evaporación en un sistema abierto está relacionada con la presión de vapor encontrada en un sistema cerrado. Si un líquido se calienta, cuando la presión de vapor alcance la presión ambiental, el líquido hervirá.

La capacidad para evaporarse de la molécula de un líquido se debe en gran parte a la cantidad de energía cinética que una partícula individual pueda poseer. Incluso a temperaturas inferiores, las moléculas individuales de un líquido pueden evaporarse potencialmente si tienen más de la cantidad mínima de energía cinética requerida para la vaporización. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA TASA DE EVAPORACIÓN 

Concentración de la sustancia que se evapora en el aire. Si el aire ya tiene una alta concentración de la sustancia que se evapora, entonces la sustancia se evaporará más despacio.

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Concentración de otras sustancias en el aire. Si el aire ya está saturado con otras sustancias, puede tener una capacidad inferior para la sustancia que se evapora.

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Tasa de flujo de aire. Si aire fresco se mueve sobre la sustancia todo el tiempo, la concentración de la sustancia en el aire tendrá menos probabilidad de subir con el tiempo, potenciando así una evaporación más rápida. Esto resulta en una capa divisoria en la superficie de evaporación que disminuye con la velocidad de flujo, disminuyendo la distancia de difusión en la capa estancada.

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Concentración de otras sustancias en el líquido (impurezas). Si el líquido contiene otras sustancias, tendrá una capacidad inferior para la evaporación.

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Temperatura de la sustancia. Si la sustancia está más caliente, la evaporación será más rápida.

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Fuerzas intermoleculares. Cuantos mayores son las fuerzas que mantienen las moléculas juntas en el líquido, más energía será necesaria para evaporarlas.

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Área superficial. Una sustancia que tiene un área superficial más grande se evaporará más rápido, ya que hay más moléculas superficiales que son capaces de escaparse.

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Calentamiento. Cuanto más grueso es el recipiente donde se está calentando, más se reduce la evaporación del agua, debido a que se dedica menos calor a la propia evaporación.

APLICACIONES Secado Cuando la ropa se cuelga de un cordel, aunque la temperatura ambiental esté por debajo del punto de ebullición del agua, el agua se evaporará. Este proceso se acelera por factores como humedad baja, calor (del sol) y viento. En un secador de ropa, se hace pasar aire caliente por las prendas, permitiendo que el agua se evapore muy rápidamente. Combustión Las gotitas de combustible se vaporizan, cuando reciben calor, mezclándose con los gases calientes en la cámara de combustión. El calor (energía) también puede ser recibido por radiación de cualquier pared refractaria caliente de la cámara de combustión. Deposición de capas Evaporando una sustancia y condensándola en un sustrato es posible depositar capas delgadas. B IBLIOGRAFIA https://es.wikipedia.org/wiki/Evaporador http://www.tuaireacondicionadoweb.com/el-evaporador-tipos-y-caracteristicas/ http://www.fing.edu.uy/iq/cursos/qica/repart/qica2/Evaporadores.pdf http://www.clubedarefrigeracao.com.br/es/downloads/evaporador-donde-el-fluidorefrigerante-pasa-al-estado-gaseoso https://es.wikipedia.org/wiki/Evaporaci%C3%B3n http://definicion.de/evaporacion/ http://www.ciclohidrologico.com/evaporacin