EVAPORADORES

Antes de comenzar a hablar sobre evaporadores, se tiene que tener noción de lo que es un evaporador. Un evaporador es un intercambiador de calor de coraza y tubos cuyo cometido consiste en absorber el flujo térmico que proviene del medio a enfriar. El paso del flujo térmico del fluido depende de:

Coeficiente global de transmisión de calor del evaporador Superficie del evaporador Diferencia existente entre la temperatura del evaporador y del medio a enfriar.

Las partes esenciales de un evaporador son la cámara de calefacción y la cámara de evaporación. El haz de tubos corresponde a una cámara y la coraza corresponde a la otra cámara. La coraza es un cuerpo cilíndrico en cuyo interior está el haz de tubos.

Las dos cámaras están separadas por la superficie sólida de los tubos, a través de la cual tiene lugar el intercambio de calor. La forma y la disposición de estas cámaras, diseñadas para que la eficacia sea máxima, esto da lugar a diferentes tipos de evaporadores.

TIPOS DE EVAPORADORES

Los evaporadores se clasifican en dos grandes ramas; de acuerdo al método de circulación:

1. Inundados

Este tipo de evaporador siempre está completamente lleno de líquido refrigerante; el nivel se mantiene con una válvula de flotador o con algún otro control. El vapor acumulado por la ebullición se extrae de la parte superior por la acción del compresor. La superficie interior del evaporador siempre esta mojada por el líquido, condición que produce un alto coeficiente de transmisión de calor.

2. De expansión seca

El líquido se alimenta a través de una válvula de expansión que provee de líquido de tal modo que este se valla evaporando, conforme va entrando hasta que salga del evaporador.

Cuando en un evaporador seco la carga es pequeña, la cantidad de líquido en el mismo es pequeña; pero cuando la carga aumenta la cantidad de líquido, también aumenta; por esto, en este tipo de evaporador, la eficiencia aumenta al aumentar la carga.

Otra clasificación muy común para los evaporadores es según el estado del fluido que refrigerante en su interior, donde además de entrar dentro de la clasificación los dos evaporadores previamente mencionados, también entra el evaporador semiinundado.

3. Evaporador semiinundado

Están formados por dos colectores, uno de menor diámetro que es la entrada del fluido refrigerante, y otro colector de mayor diámetro, que es la salida del fluido. Los dos colectores están unidos mediante lo tubos, en paralelo, por los que circula el fluido refrigerante.

Al estar los tubos conectados en paralelo, la velocidad del fluido refrigerante a través de los mismos es muy baja y el líquido se va depositando en la parte inferior de los tubos, inundándolos. El vapor que se va formando circula por la parte superior.

CLASIFICACION DE EVAPORADORES SEGÚN SU CONSRUCCIÓN

1. Tubos desnudos

En este tipo de evaporador, las tuberías son generalmente de acero o de cobre. Los evaporadores de acero se usan con amoniaco para grandes capacidades y los de cobre con otros refrigerantes y para capacidades más o menos pequeñas. Existen en gran variedad de formas, tamaños y diseños como zigzag, ovalo, espirales.

Evaporador de serpentín: Carcasa cilíndrica por cuyo interior pasa el vapor en serpentines.

2. Placas de superficie

Estos evaporadores pueden ser de varios tipos, por ejemplo:

a) Dos placas metálicas soldadas de tal manera que, entre las dos, formen el conducto del flujo del refrigerante. Pueden ser de aluminio o de lámina de acero, tratada con pinturas especiales para evitar la corrosión. Este tipo de evaporador, se usa mucho en refrigeradores y congeladores domésticos.

b) Otro tipo de evaporador consiste en un serpentín que tiene una placa de cada lado.

Para asegurar un buen contacto entre el serpentín y las placas, se llena el espacio A con una solución eutéctica o se hace el vacío, para que la presión atmosférica trate de aprisionar los tubos.

Este tipo de evaporador es utilizado en camiones refrigerados, para que cuando no esté trabajando, se pueda conectar una planta de refrigeración, de tal modo que la capacidad de refrigeración se almacene en la solución y esté disponible al siguiente día de operación.

Evaporador de placas: Consta de una serie de placas provistas de juntas montadas en un marco. El evaporador funciona con un solo paso, constando cada unidad de una película ascendente, otra descendente, y dos secciones de vapor. El líquido concentrado y el vapor pasan a un separador tipo ciclón, donde se separan ambos, pasando el vapor a un condensador o al siguiente efecto. También se han desarrollado diversos modelos según las características del líquido.

3. Evaporadores de tubos con aletas

Los evaporadores de tubos con aletas son evaporadores desnudos, a los que se les instalan placas o aletas.

Para una misma capacidad, con las aletas se consigue un menor tamaño porque la superficie de transmisión es la de los tubos más la de las aletas.

Las aletas pueden ser de varias formas, principalmente rectangulares o circulares, necesariamente lisas con objeto de facilitar la turbulencia del aire, las aletas se fijan al tubo mediante un proceso mecánico que consiste en el ensanchamiento del tubo haciendo pasar por su interior una bola de acero. La circulación del aire a través de estos evaporadores puede ser:

Natural

En los que el aire circula por su diferencia de densidad en los distintos puntos, estableciéndose corrientes de convección. Se instalan en el techo o paredes del local a

refrigerar. El aire frio procedente del evaporador, al entrar en contacto con el producto se calienta por la transmisión del calor y asciende hacia el evaporador, que lo enfría “cayendo” nuevamente sobre el producto a enfriar.

Forzada

La entrada y salida del aire se produce por la acción de los ventiladores, por lo que la separación entre las aletas es menor que en los de circulación natural.

LOS EVAPORADORES TAMBIÉN PUEDEN CLASIFICARSE SEGÚN LOS MÉTODOS DE APLICACIÓN DEL CALOR

A) Equipos calentados a fuego directo, (calor solar).

B) Equipos calentados mediante camisas o dobles paredes, (Pequeña velocidad de transmisión del calor, pueden operar a vacío, útiles para la evaporación de líquidos a pequeña escala).

C) Equipos calentados mediante vapor, con tubos como superficies calefactoras.

De ellos, los más importantes son los evaporadores tubulares.

Una nueva clasificación de éstos últimos es:

Evaporadores de un solo paso y de circulación: En la operación de un sólo paso, la alimentación pasa una sola vez a través de los tubos, desprende el vapor y sale como líquido concentrado. Son especialmente útiles para el tratamiento de materiales sensibles al calor pues operando a vacío elevado se puede mantener el líquido a baja temperatura durante poco tiempo de contacto. También se adaptan muy bien a la operación de múltiple efecto.

Los evaporadores de circulación operan con una carga de líquido dentro del aparato. La alimentación que entra se mezcla con el líquido contenido en el evaporador, y la mezcla pasa posteriormente a través de los tubos, de forma que, en cada paso, se produce una parte de la evaporación total. Estos tipos de evaporadores no son aptos para concentrar líquidos sensibles al calor, pues aunque se trabaje a vacío, el líquido se pone en contacto con la superficie caliente varias veces.

Finalmente, los evaporadores tubulares pueden ser:

A) De tubos horizontales: Son relativamente baratos; requieren poca altura disponible, fácil instalación, proporcionan una buena transmisión de calor, pequeña circulación de líquido, no adecuados para líquidos viscosos, y adecuados para líquidos que no cristalicen.

B) De tubos verticales: Los hay de tubos cortos y de tubos largos, los cuales pueden tener circulación forzada, utilizados para líquidos viscosos, porque se mejora el coeficiente U. Sin embargo, no son apropiados para disoluciones diluidas, pues los costes adicionales no compensan los beneficios obtenidos. Con muy diversos modelos, todos constan de un cambiador tubular con el líquido que se concentra en los tubos y el vapor por fuera, un espacio de vapor para separar el vapor formado del líquido, y una rama de retorno cuando son de circulación, (Flujo ascendente).Para productos muy sensibles al calor, (zumos de frutas, plasma sanguíneo, vitaminas, etc.) se utilizan otras variantes con flujo descendente a través de los tubos. En ellos, el vapor formado es arrastrado por el líquido y sale por el fondo de la unidad. (También hay evaporadores de tubos con evaporación súbita).

Fig. Tipos de evaporadores: a) de tubos horizontales; b) de tubos verticales cortos; c) de tubos largos; d) de tubos verticales y circulación forzada.

Evaporador múltiple efecto

Un evaporador de múltiple efecto consta de un conjunto de evaporadores, donde el primer efecto es el primer evaporador y así sucesivamente. Durante el funcionamiento, el vapor producido en el primer efecto se utiliza como vapor calefactor del segundo efecto.

Métodos de alimentación en los múltiples efectos:

- Alimentación directa. El alimento entra en el primer efecto y sigue el mismo sentido de circulación que el vapor, saliendo el producto en el último efecto. El líquido circula

en el sentido de las presiones decrecientes y no es necesario aplicar ninguna energía auxiliar para que el líquido pase de un efecto al otro. Solo hacen falta dos bombas, una para introducir el líquido en el primer efecto y otra para extraer el producto del último efecto.

Alimentación a contracorriente. El líquido a evaporar entra en el último efecto y sale concentrado por el primero. El líquido a concentrar y el vapor calefactor circulan en sentido contrario. Aquí el líquido circula en sentido de presiones crecientes y esto requiere el uso de bombas en cada efecto para bombear la disolución concentrada de un efecto al siguiente . Esto supone una complicación mecánica considerable que se suma al hecho de hacer trabajar las bombas a presiones inferiores a la atmosférica. Así, si no hay otras razones, se prefiere el sistema de alimentación directa.

Alimentación mixta. Cuando en una parte del sistema de alimentación es directa y en la otra parte es a contracorriente. Este sistema es útil si tenemos disoluciones muy viscosas. Si utilizamos la corriente directa pura, nos encontramos que el último efecto, donde hay menos temperaturas la viscosidad de la disolución concentrada aumenta, lo que hace disminuir sensiblemente el coeficiente global, U, en este efecto. Para contrarrestar eso, se utiliza la alimentación a contracorriente o la mixta. La disolución diluida entra en el segundo efecto i sigue el sentido de la alimentación directa, pasando después del último efecto al primero, para completar la evaporación a temperatura elevada.

Alimentación en paralelo: Cuando el alimento entra simultáneamente a todos los efectos y el líquido concentrado se une en una sola corriente. Sistema utilizado en la concentración de disoluciones de sal común, donde los cristales depositados hacen que resulte difícil la disposición de la alimentación directa.

OTROS TIPOS DE EVAPORADORES MENOS EMPLEADOS SON

Evaporador de película agitada: En los evaporadores de tubos largos, especialmente los de circulación forzada, el grado de turbulencia del líquido es alto y la velocidad de transmisión del calor es grande. Otro modo de aumentar la turbulencia es agitando la película de líquido. Este tipo es un evaporador de película descendente, modificado, con un solo tubo encamisado provisto de un agitador interno. Es muy eficaz para productos muy viscosos sensibles al calor, (gelatina, latex de caucho, antibióticos, zumos, etc.). Por contra, sus desventajas son el elevado coste, el mantenimiento elevado de las partes internas móviles, y su pequeña capacidad.

APLICACIONES DE LOS EVAPORADORES

Industria Lechera: Leche entera y descremada, Leche condensada, Proteínas de la leche, Permeados lácteos, Mezclas de productos lácteos, Mantecas, Suero de queso, Suero de queso previamente cristalizado, Proteínas de suero, Permeados de suero, Soluciones de lactosa, Dulce de leche de producción continua y discontinua.

Industria de Jugos de Fruta: Leche de soja, Jugo de manzana, de naranja y otros citrus, Jugos mezclas, de tomates, de zanahoria, Vinazas alcohólicas.

Hidrolizados: Proteína Hidrolizada, Proteína láctea hidrolizada, Suero hidrolizado, Molienda húmeda del maíz, Jarabe de glucosa, Jarabe de Dextrosa 42 y 55, Agua de Macerado.

Industria Frigorífica: Extracto de carne y huesos, Plasma sanguíneo.

Extractos: Extractos de café o té, de carne o hueso, de malta, de levaduras.

Industria Avícola: Concentración de huevo entero, Concentración de clara de huevo.

Medioambiental: Salmueras, Tratamiento de aguas residuales, Purines, Lodos y fangos y Otros efluentes.

Biomasas y biocombustibles: Digestato (plantas de biogás), Destilado (stillage) (de plantas de bioetanol), Desechos agrícolas y alimentarios.

Concentración de residuos: para optimizar costes de retirada.

Industrias cosméticas: (depuración de aguas o concentración de productos).

Industria farmaceútica: Para concentraciones.

Industria química: producción de tintas y disolventes.

En artes gráficas para:

- Contra coladoras / tratamiento de aguas residuales con restos de barniz acrílico

- Tratamiento de aguas residuales procedentes de limpieza de planchas

- Tratamiento de aguas residuales con restos de tinta (serigrafía / flexo grafía)

- Cubos de limpieza de cauchos (no disolventes)

- Agua-alcohol / sistema de mojado

- Reveladores de planchas.

- Engomadoras.

Usos domésticos: Refrigeradores, aire acondicionado, refrigeración en aparatos electrodomésticos, etc.

Otras aplicaciones: Alimentos para bebes,Clara de Huevo,Licores de fermentación.

Jugos vegetales: Jugo de Tomate,Jugo de zanahoria,Jugo de hierba,Jugo de remolacha.

Carbohidratos: Azúcar (De caña y remolacha), Almidón (amylum) (del arroz, trigo, maíz, patatas y mandioca, avena, sagú, zahína, patata dulce, ñames, etc.), Edulcorantes derivados del almidón (jarabe de maíz, fructosa, malto dextrina, dextrosa (glucosa), sorbitol, etc.)

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Juan Manuel Franco Rico. Manual de refrigeración. Editorial reverté.2006.

Eduardo Hernández Goribar. Fundamentos de aire acondicionado y refrigeración. LIMUSA.2009.

Pierre Rapin, Patrick Jacquard. Formulario del frio. Editorial Marcombo, 1996.

http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema10/pagina_06.htm Recuperado el día 07 de Noviembre del 2014.

http://epsem.upc.edu/~intercanviadorsdecalor/castella/evaporadors.htmlRecuperado el día 07 de Noviembre del 2014.

http://www.depuradoras.eu/equipos-depuracion/Evaporadores_industriales_aplicaciones.pdfRecuperado el día 07 de Noviembre del 2014.

http://www.espaqfe.com.ar/evaporacion/evaporacion4.htmRecuperado el día 07 de Noviembre del 2014.

http://www.hrs-heatexchangers.com/es/aplicaciones/evaporacion.aspxRecuperado el día 07 de Noviembre del 2014.

http://www.gea-niro.com.mx/lo-que-suministros/lacteas_alimenticias.aspRecuperado el día 07 de Noviembre del 2014.