7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
1/27
PROBLEMA 1Se utiliza un evaporador de doble efecto para
concentrar un alimento lquido desde 5 hasta 35 %de slidos totales. El producto concentrado sale delsegundo efecto a una velocidad de 1000 kg/h. Elalimento entra al primer efecto a 60 C,
disponindose de vapor saturado a 169.06 kPa.Suponer que las superficies son iguales en los dosefectos y que la temperatura de evaporacin en elsegundo efecto es de 40 C. El coeficiente globalde transmisin de calor en el primer efecto es de
850 W/m2 C y de 600 W/m2 C en el segundo.Calcular la economa del vapor y la superficienecesaria en cada efecto. (Suponer que TEFECTO 1= TEFECTO 2 )
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
2/27
ESQUEMA DE UN EVAPORADOR DE
DOBLE EFECTO
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
3/27
DATOS :
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
4/27
DETERMINAR:
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
5/27
SOLUCION :
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
6/27
(3) Hallando T1
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
7/27
(4) Como A1= A2 , entonces:
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
8/27
Alimento lquido:
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
9/27
(5) Entalpas
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
10/27
Adems, de las tablas de vapor,
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
11/27
(6) Reemplazando las entalpas
en la ecuacin 3
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
12/27
(7) Balance de energa:
Primer efecto
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
13/27
Segundo efecto :
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
14/27
(8) Sistema de ecuaciones:
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
15/27
Por lo tanto :
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
16/27
(9) Hallamos la economa del
vapor :
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
17/27
(10) Hallando las reas :
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
18/27
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
19/27
PROBLEMA 2
Se prueba un evaporador de cudruple efecto paraconcentrar un zumo de fruta que no presenta un
aumento apreciable del punto de ebullicin. Se disponede vapor a 143.27 kPa, y el punto de ebullicin delproducto en el cuarto efecto es de 45C. Loscoeficientes globales de transmisin de calor son de3000 W/m^2 * C en el primer efecto, 2500 W/m^2 *C, en el segundo efecto, 2100 W/m^2 * C, en eltercer efecto, y 1800 W/m^2 * C, en el cuarto efecto.Calcular la temperatura de ebullicin del producto en elprimer, segundo y tercer efecto. Suponer que la reasde calentamiento son de 50 m^2 en cada uno de losefectos. El caudal msico de vapor que entra en el
primer efecto es 2400 kg. /h, la velocidad dealimentacin de lquido con un 5% de slidos totales alprimer efecto es de 15000 kg/h. El productoconcentrado sale del primer efecto con un 6.25 % deslidos totales y la concentracin del producto queabandona el segundo efecto contiene 8.82% de slidos.
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
20/27
DATOS :
P= 143.23 kPa por tabla de vapor saturado
Ts=110CCaudal Msico de vapor o condensado (ms):2400 kg/h = 0.66 kg/s
Caudal Msico del lquido diluido alimentado (mf):1500 kg/h = 4.17 kg/s
Fraccin de Slidos en la corriente de alimentacin(Xf)= 5%(Xf1)= 6.25%
(Xf2)= 8.82%Coeficiente global de transmisin de calor
U1= 3000 W/m^2 * CU2= 2500 W/m^2 * CU3= 2100 W/m^2 * CU4= 1800 W/m^2 * C
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
21/27
ESQUEMA DEL PROBLEMA
mf3Xf3
mf2Xf2 = 8.82%
mf1Xf1 = 6.25%
ms
Ts= 110C
mf= 1500 Kg/hTfXf= 5%
mv1 mv2 mv3
mpT = 45CXp
mv4,T=45C
1
T1, U1, A
2
T2, U2, A
3
T3, U3, A
4
T4, U4, A
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
22/27
CALCULOS REAL IZADOS
Teniendo en cuenta el Balance de Materia:
mf = mv1 + mv2+ mv3+mv4+mp
Xmf =Xp*mp
Balance de Materia de Slidos en
Efectos(1)y (2)Xf*mf= Xf1*mf1
(0.05)*(4.17 kg/s) = (0.0625)*(mf1)
mf1 = 3.34
Xf1*mf1= Xf2*mf2
(0.0625)*(3.34kg/s) = (0.082)*(mf2)
mf2= 2.55
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
23/27
Haciendo balance de materia para efectos
(1) y (2):
mf = mv1+mf1 (*)
4.17kg /s =mv1+ 3.34 kg / smv1=0.83 kg/ s
mf1 = mv2+mf2 (**)3.34 kg /s= mv2+2.55 kg/s
mv2 = 0.79 kg /s
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
24/27
Partiendo de la Ecuacin de Transmisin de calor a
travs de cambiadores de calor de los diferentes
efectos, se pueden hallar: T1, T2 y T3
q = UA (Ts-T1) = ms* hv (Ts)- ms * hc (Ts)
Hallando T1 :
De la tabla de vapor:hg = Hv ( 110C ) = 2691.5 kJ/ kg ..(I)hf = Hc ( 110C) = 461.50 kJ/ kg ..(II)
q1 = U1*A1 (Ts-T1) = ms* Hv (Ts)- ms * Hc (Ts)
(3000 W/m^2 * C) *(50 m^2)*(110- T1)C= (0.66 kg/s)*(2691.5-461.50) Kj/kg
(3000 W/m^2 * C) *(50 m^2)*(110- T1) C=1471.93 kJ/kg
(110- T1)C=9.81
T1= 100.19 C
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
25/27
Hallando T2:
De tabla de Vapor: para Hc(100.19C) yHv(100.19C), interpolamos a esa temperatura
por no encontrarla en tabla:
Hc(100.19C) = 419.8 KJ / kg
Hv(100.19C) = 2676.4 KJ / Kg
q2 = U2*A2 (T1-T2) = mv1*( Hv (T1)- Hc (T1))
(2500 W/m^2 * C)*(50m^2)*(100.19- T2) = (0.83
KJ/s)*(2676.4 -419.85) KJ/ kg(100.19- T2) =1.49
T2 =98.7 C
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
26/27
Hallando T3:
De tabla de Vapor: para Hc (98.7C) y Hv(98.7C),
interpolamos a esa temperatura por no encontrarlaen tabla:
Hc (98.7C) = 413.6 KJ / kg
Hv (98.7C) = 2674.02 KJ / kg
q3 = U3*A3 (T2-T3) = mv2* (Hv (T2)- Hc (T2))
(2100 W/m^2 * C)*(50m^2)*(98.7- T3) = (0.79KJ/ s)*(2674.02-413.6) KJ/kg
(98.7- T3) = 17
T3 = 81.7C
7/28/2019 Problemas Evaporacion 2 y 4 Efectos
27/27
RESULTADOS
T1= 100.19 CT2 =98.7 C
T3 = 81.7C