Practica #1

Evaporador de película ascendente de efecto simple

Grupo 7E

Melissa Castellanos Reyes 232583

Omar Isaac Torres Soto 226262

Raúl Eduardo Altamirano Nava 245419

Luis Eduardo Corral Loya 235905

Laura Alejandra García Yáñez 235905

Marvin Ríos Soto 225666

Dania Arely Quezada Quiroz 245406

Resumen:

Se dispuso a medir diferentes temperaturas en diferentes puntos de un equipo de

evaporación, en vista de conocer las condiciones óptimas para realizar una

evaporación eficaz; mediante la medición de la producción de condensado producido

por este en un intervalo de tiempo determinado

Introducción:

Evaporación como una operación unitaria:

El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una solución,

suspensión o emulsión por tratamientos térmicos. Se dice entonces, que la solución,

suspensión o emulsión se está concentrando, y para lograr dicho propósito debemos

suministrar una fuente de calor externo; esta fuente calórica se logra generalmente con

vapor de agua, el cual se pone en contacto con el producto a través de una superficie

calefactora. (1)

Evaporación como proceso:

El objetivo de la evaporación es concentrar una solución que contenga un soluto no

volátil y un solvente volátil. En la mayoría de procesos de evaporación, el solvente es el

agua. La evaporación consiste en vaporizar una parte del solvente para producir una

solución concentrada de licor espeso. La diferencia entre la evaporación y el secado es

que el residuo es un líquido en vez de ser un sólido. (2)

La transmisión de calor en un líquido en ebullición es evaporación, el objetivo de la

evaporación es concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil y un

disolvente volátil. En la mayor parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La

evaporación se realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una

disolución concentrada. La evaporación difiere del secado en que el residuo es un

líquido -a veces altamente viscoso- en vez de un sólido; difiere de la destilación en que

el vapor es generalmente un solo un solo componente y, aun cuando el vapor sea una

mezcla, en la evaporación no se intenta separar el vapor en fracciones, difiere de la

cristalización en que su interés reside en concentrar una disolución y no en formar y

obtener cristales.

(McCabe, 1991)

Las propiedades físicas y químicas de la solución que se está concentrando y del vapor

que se separa tiene un efecto considerable sobre el tipo de evaporador que debe

usarse y sobre la presión y la temperatura del proceso. (Geankoplis, 1998) (3)

Normalmente, en evaporación el producto valioso es el líquido concentrado mientras

que el vapor se condensa y se desecha.

¿Qué se utiliza para la evaporación?

Evaporador: Un evaporador es un intercambiador de calor entre fluidos, de modo que

mientras uno de ellos se enfría, disminuyendo su temperatura, el otro se calienta

aumentando su temperatura, pasando de su estado líquido original a estado vapor

(cabiendo la posibilidad de un calentamiento ulterior, con lo que se dice que alcanza el

estado de vapor sobrecalentado). A fin de cuentas un evaporador, es un intercambiador

de calor más complejo, en el que además de producirse el cambio de fase pueden

darse otros fenómenos asociados a la concentración de la disolución, como la

formación de sólidos, la descomposición de sustancias (4).

Objetivos:

• Concentrar el agua por medio del evaporador de efecto simple.

• Aprender a utilizar el equipo del evaporador.

• Realizar una comparación entre el condensado y concentrado.

• Deducir la variación de la evaporación del agua con presión de vapor.

• Calcular la presión promedio del vapor, encontrar la temperatura correspondiente a

esa

Presión y su cambio de volumen de concentrado.

• Investigar las variaciones de la velocidad de evaporación del agua con presión de

vapor

MATERIALES REACTIVOS

Evaporador de película ascendiente de

efecto simple Armfield FT22 (5)

Hielo

Vasos de precipitados Agua

Extensión de corriente eléctrica Vapor de caldera

Conector 110V

Bombas de recirculación

Caldera

Fotografía 1.- Evaporador Armfield FT22

Fotografía 2.-Vasos de precipitados

Fotografía 3.- Agua (en estado sólido, líquido y gaseoso).

Procedimiento:

Primero se procedió a entender el funcionamiento del evaporador de película

ascendente de efecto simple.

Una vez entendido el funcionamiento del evaporador se procedió a encenderlo.

Se llenó el contenedor con una cantidad de agua necesaria para alimentar la bomba

Y se encendió bomba de alimentación y el precalentado.

Se propuso llenar toda la línea con agua y purgar hasta que el agua muestre una

consistencia cristalina.

Se Vació el depósito de concentrado.

Se dispuso a encender la bomba y abrir la válvula del sistema de enfriamiento y se

cerraron las válvulas de las purgas.

Se purgo la manguera del vapor de la caldera y se conecta al sistema.

Se propuso esperar cinco minutos a que se estabilizara el sistema.

Una vez hecho esto se procedió a regular la válvula de presión de vapor y la de

alimentación con la que entra al evaporador entre 7-8 lts/hr.

Se propusieron intervalos de 5 minutos para mediciones de temperatura en varios

puntos del sistema (T3, T4, T6, T7) así como también el volumen del depósito

condensado.

Cada vez que el equipo demanda abrir la válvula solenoide se dispuso a presionar el

botón (S4).

Se procedió a repetir el mismo procedimiento con las presiones: 0.4, 0.8, 1.2, 1.6

Kg/cm2

Al término de la cuarta corrida se procedió a apagar las bombas y cerrar las válvulas,

vaciar por medio de las purgas todo el sistema y asegurarse de que todo el sistema

este correctamente fuera de operación.

Diagrama1.- Diagrama del evaporador utilizado en las

corridas. (5)

Objetivo del experimento:

Investigar las variaciones de la velocidad de evaporación del agua con presión de

vapor.

Procedimiento:

Siga los procedimientos de inicio preliminares con alimentación de agua a una

velocidad de 7 lts/hr. Opere el evaporador sin recirculación y varias atmosferas de

presión

Lleve a cabo los experimentos a diferentes presiones (p2).

Resumen de teoría:

La velocidad de evaporación: e está dada por e=q/h

Dónde: e= vel de evaporación kg/hr.

q= velocidad de transferencia de calor, kJ/hr.

h= calor latente de vaporización del agua a la presión del sistema, kJ/kg.

La vel de transferencia de calor, q está dada por q= UE*ae*δte

UE= coeficiente de transferencia de calor. kJ/m2*hr*®c

Ae= área de superficie para transferencia de calor, 0.064 m2.

Δte= diferencia de temperatura, ®c

La diferencia de temperatura, δte está dada por δte= ts-t7

Ts= temperatura del vapor a presión p2, ®c

t7= punto de ebullición del agua a presión p1, ®c

En este experimento, ae y h son constantes, y por lo tanto,

E=k1*UE* δte donde k1 es una constante.

El coeficiente de transferencia de calor, e, será dependiente de e en una diferencia de

temperatura δte, así que

UE (δte)n

E= k2*(δte)n+1 Donde k2 es una constante y n varía desde 0.5 a 2.0

Lecturas a tomar:

Permita que el evaporador alcance la operación estacionaria y luego lea la vel. de flujo

(f2) el punto de ebullición (t7) y el nivel del tanque de condensado (l2) cada 5 minutos

por el periodo de una hora.

Resultados: Al realizar el experimento se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla preliminar: Mediciones obtenidas durante las 4 corridas en los intervalos de 5 minutos

predeterminados hasta completas 60 minutos (1 hora, por cada corrida). 4 en total.

RESULTADOS DE LA CORRIDA 1:

CORRIDA 1 Columna1 Columna2

Presión*

(MPA)

Temperatura

a dicha

presión *©

T7 ©

0.0112900 70.067 104

0.0208000 60.910 97

0.0227500 62.760 97

0.0309000 69.760 102

0.0289510 68.180 103

0.0230800 63.084 100

0.0332830 70.730 103

0.0299860 68.084 103

0.0219851 61.640 99

0.0331870 70.660 104

0.3113800 69.011 104

0.3210170 69.780 109

Promedio

Temperaturas

© 67.056 102.0833333

ΔTE(K)=TS-

T7= 238.122

H= KJ/Kg a presión de 39.22 Kpa y 75.36

C es 2320.4928 KJ/Kg*

*Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua.

Grafica 1.- Temperaturas y

presiones correspondientes tomadas de las tablas de vapor de agua en funcion del

intervalo de tiempo dado (5min). Hasta completar una hora; que fue el tiempo de

duracion de la primera corrida

0.0000000

20.0000000

40.0000000

60.0000000

80.0000000

100.0000000

120.0000000

0 20 40 60 80

Presion MPa

Temperaturade lapresioncorrespondienteC

DATOS DE LA CORRIDA 2:

CORRIDA 2 Columna1 Columna2

Presión*

(MPA)

Temperatura

a dicha

presión (TS)*

©

T7 ©

0.055742 84 104

0.026048 66 105

0.0325202 70.9 105

0.03339222 71.49 105

0.02568136 65.23 104

0.0327419 71.05 105

0.032769982 71.069 105

0.0270124 65.7 105

0.03294882 71.19 105

0.03469286 72.37 105

0.02932968 68.49 105

0.03025368 69.24 104

Promedio

Temperaturas

© 70.56 104.75

ΔTE(K)=TS-

T7= 237.8

H= KJ/Kg a presión de 78.456 Kpa y 92.881 C es de 2275.69 KJ/Kg*

Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua.

Grafica 2.- Temperaturas y

presiones correspondientes tomadas de las tablas de vapor de agua en funcion

del intervalo de tiempo dado (5min) de la corrida numero 2. Hasta otra hora; que

fue el tiempo de duracion de la primera corrida a la segunda corrida. Notese que

la temperatura T7 se mantuvo mas estable que en la primera corrida.

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80

Presion Mpa

Temperatura dela presioncorrespondienteen *C

DATOS DE LA CORRIDA 3:

CORRIDA 3 Columna1 Columna2

Presión*

(MPA)

Temperatura

a dicha

presión(TS)*

©

T7 ©

0.03328876 71.52 105

0.03061358 69.61 105

0.02353354 63.53 105

0.0334809 71.55 105

0.03086484 69.78 105

0.0222481 63.95 105

0.031309718 70.081 105

0.03157428 70.26 105

0.02507108 65.86 104

0.03664382 73.69 105

0.03615608 73.36 105

0.0931595 97.57 106

Promedio de

Temperaturas

© 69.23 105

ΔTE(K)=TS-

T7= 237.38

H= KJ/Kg a presión de 117.684 Kpa y

105.27 © es de 2246.54 KJ/Kg*

Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua.

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100

Presion Mpa

Temperaturade la presioncorrespondiente en *C

Grafica 3.- Temperaturas y presiones

correspondientes tomadas de las

tablas de vapor de agua en funcion

del intervalo de tiempo dado (5min)

de la corrida numero 3. Hasta otra

hora (3era); que fue el tiempo de

duracion de la segundacorrida a la

tercera corrida. Notese que la

temperatura que corresponde a la

presion dada de la ultima lectura dio

el valor mas altode la corrida para esa

presion.

DATOS DE LA CORRIDA 4:

CORRIDA 4 Columna1 Columna2

Presión*

(MPA)

Temperatura

a dicha

presión

(TS)* ©

T7 ©

0.037102 74 106

0.0347372 72.4 105

0.02269878 62.71 106

0.07578264 91.96 105

0.07483092 91.63 105

0.0586664 85.34 106

0.07586916 91.99 105

0.0748886 91.65 105

0.0585188 85.28 105

0.07595568 92.02 105

0.04242116 77.18 105

0.0609296 86.26 105

Promedio

Temperaturas

© 84 105.25

ΔTE(K)=TS-

T7= 251.9

H= KJ/Kg a presión de 156.912kPA y 112.51 C es

2121.51 KJ/Kg*

Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua e interpolados utilizando una

página web especializada en interpolación lineal.(6)

Grafica 4.- Temperaturas y presiones

correspondientes tomadas de las tablas de vapor de agua en funcion del intervalo de

tiempo dado (5min) de la corrida numero 4 (ultima). Hasta otra hora (4ta); que fue el

tiempo de duracion de la terceracorrida a la cuarta corrida. Notese que la temperatura

que corresponde a la presion dada de la ultima lectura dio el valor mas altode la corrida

para esa presion.

Habiendo identificado y promediado las presiones, con sus respectivas temperaturas; al

igual que la temperatura 7. Se dispuso a calcular E= VEL DE EVAPORACION KG/HR.

Siguiendo la metodología de la sección “Objetivo del experimento”; con los datos

siguientes:

UE= Coeficiente de transferencia de calor. kJ/m2*hr*©= agua- 500 a 10 000

W/m2K

(Se utilizaron 500 W/m2*K6 siguiendo la sugerencia del sitio web de tomarlo

como base debido a su uso común, factor que puede variar con la temperatura y

la presión).

AE= Área de superficie da transferencia de calor, 0.064 m2.

ΔTE= es la diferencia de temperatura TS-T7; que se calculó en las tablas

anteriores y se procedió a convertirlo a Kelvin debido a las unidades que

requieren para hacer un cálculo de E.

H Calor Latente De Vaporización Del Agua A La Presión Del Sistema, KJ/Kg.

Este se tomó en base a la presión dada durante las corridas, que fue convertida

desde kg/cm2 a Kpa y de ahí fue interpolado para conocer la variable H.

Utilizando las tablas de vapor de agua. Los valores de H para cada presión

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100

Presion Mpa

Temperaturade la presioncorrespondiente en *C

correspondiente a cada corrida aparecen debajo de las tablas de valores y

presiones.

Los cálculos se procedieron a hacerse a mano:

Fotografía 4.- Especificaciones del evaporador Garfield utilizado durante las corridas.

(5).

EN CUANTO A LAS GRAFICAS DONDE SE PEDIA QUE SE GRAFICARA EL NIVEL

DE CONDENSADO DEL TANQUE, NO FUE POSIBLE HACERSE DEBIDO A QUE

COMO EN LAS CORRIDAS 1, 2,3 Y 4 NO HUBO PRÁCTICAMENTE NADA DE

CONDENSADO (0 ML). EL CALCULO DE LA FORMULA E=60*S2*C2,

DONDE S2 ES LA PENDIENTE DE LA MEJOR LÍNEA RECTA A TRAVÉS DE LOS

PUNTOS, DA COMO RESULTADO 0, PUESTO QUE SE ESTA MULTIPLICANDO

POR 0 VARIAS VARIABLES. Y SI SE QUIERE OBTENER EL LOGARITMO DE 0, EL

RESULTADO SE INDETERMINA (∞).

Conclusiones:

Después de llevar a cabo el experimento se observó que algunas temperaturas

a ciertos tiempos variaban considerablemente con respecto a las otras

temperaturas medidas.

Se determinó que las variaciones de las temperaturas variaban menos cuando

se bombeaba menor flujo de agua (7-8 lts/hr).

El valor máximo de consumo máximo

de vapor se utilizó como referencia

con los consumos obtenidos de los

cálculos.

Se hizo una comparación entre el valor máximo de consumo de vapor

obteniéndolo de las tablas de especificaciones del evaporador; con los

calculados a mano, y se llegó a la conclusión de que la evaporación fue eficiente

debido a que opero casi al máximo de la capacidad de velocidad de

evaporación, fue un poco menos del máximo. Que fue muy poco relativamente

si se le compara.

Por lo que se concluye que la evaporación es más confiable a menor flujo

volumétrico puesto que si se le aumenta el flujo volumétrico, variara la

temperatura debido a que se planea evaporar más agua de la que se puede

evaporar, y el proceso perderá eficiencia.

Se puede suponer corridas anteriores pudieron haber afectado la eficiencia de la

evaporación durante las corridas, por lo cual se concluye que la ineficacia de

producir condensado pudo ser producto de los residuos de otras corridas que

pudieron haber usado materiales biológicos, que se pudieron haber quedado

dentro del evaporador.

Bibliografía:

(1)http://www.espaqfe.com.ar/evaporaci

on/evaporacion1.htm

(2)http://1additiqigrupod.wordpress.com/

2009/10/27/evaporacion-definicion-de-

la-operacion-unitaria/

(3) Principios de transporte y

operaciones unitarias

Geanloplis, Christine.

México

Ed. Cecsa

3ra edición

1998

Pp. 545- 550.

(4) http://evaporacion21.blogspot.mx/

(5)

http://www.explorearmfield.com/data/ft2

2/?js=enabled

(6)

http://easycalculation.com/analytical/linear-

interpolation.phphttp://easycalculation.com/analytical/linear-interpolation.php