Reporte 8 Evaporadores 1

8/16/2019 Reporte 8 Evaporadores 1

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UNIVERSIDAD NACIONALAUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORESCUAUTITLÁN

Laboratorio Experimeta! M"!ti#i$%ip!iario III

I&eier'a ("'mi%a

Reporte #8: Evaporación

E)"ipo *+

• Aria$ ,ar#a!e$ O$%ar Daie!

• -er.#e/ 0im1e/ 0e$$i%a Li!iaa• Uribe ,!a%a$ Da2i#• Mora!e$ Sa!oma Mar'a Fera#a

Pro3e$ora4

Mar'a E!ea ("iro/ Ma%'a$

5r"po4 6789


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Fe%:a #e Etre&a4 ; #e Ma


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Objetivos

• -onocer el funcionamiento básico de los evaporadores)calandria y vertical de tubos largos*• -omprender las ventaas y desventaas de cada uno de ellos a ciertas condiciones dadas.


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Generalidades

E/isten distintos tipos de evaporadores usados, se describen a continuación los empleadosen la e/perimentación.

De tubos verticales

(os 'ay de tubos cortos y de tubos largos, los cuales pueden tener circulación forzada,utilizados para líquidos viscosos, porque se meora el coeficiente 0. #in embargo, no sonapropiados para disoluciones diluidas, pues los costes adicionales no compensan los beneficios obtenidos. -on 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 paraseparar el vapor formado del líquido, y una rama de retorno cuando son de circulación,)1luo ascendente*. 2ara productos muy sensibles al calor, )zumos de frutas, plasmasanguíneo, vitaminas, etc.* se utilizan otras variantes con fluo descendente a trav%s de lostubos. En ellos, el vapor formado es arrastrado por el líquido y sale por el fondo de launidad. )3ambi%n 'ay evaporadores de tubos con evaporación s&bita*.

Fi! "ipos de evaporadores: a) de tubos 'orizontales# b) de tubos verticales cortos# c) de

tubos largos# d* de tubos verticales y circulación forzada.


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Evaporadores de calandria

-onsiste en un 'az de tubos vertical, corto, usualmente de no más de 4567 de altura,colocado entre dos espeos que se remac'an en las bridas del cuerpo del evaporador.

El vapor fluye por fuera de los tubos en la calandria, y 'ay un gran paso circular de derrameen el centro del 'az de tubos donde el líquido más frío recircula 'acia la parte inferior delos tubos.

El área de este derrame varía desde la mitad del área de los tubos 'asta un área igual a ella.(os tubos son grandes, para reducir la caída de presión y permitir tina rápida circulación, yse instalan en espeos encasquillados.

0nos de los problemas es colocar deflectores en el espacio vapor, de manera que 'aya unadistribución relativamente completa del vapor en los tubos. tro problema es el de proveer de puntos de purga adecuados para que no se formen bolsas de gases no condensables. Elcondensado se remueve en cualquier punto conveniente.

El espacio sobre el nivel del líquido en la calandria, sirve primariamente para liberar ellíquido que es arrastrado por el vapor.

0n accesorio com&n a todos los evaporadores es una trampa que está instalada en la líneade vapor con el propósito de remover el líquido arrastrado y de volverlo al cuerpo del

líquido. (os evaporadores de calandria son tan comunes que a menudo se les llamaevaporadores estándar.

2uesto que la incrustación ocurre dentro de los tubos, es posible usar el evaporador estándar para servicios más rigurosos que el evaporador de tubos 'orizontales, y además, puedeinstalarse un agitador en el fondo cónico o abombado para aumentar la circulación.


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$ctividades %eali&adas

C$'$D%I$

8. #e verificó que los servicios est%n disponibles. )"gua, vapor, vacío*9. #e cerraron todas las válvulas de alivio del equipo.:. #e alimentó el agua 'elada al condensador y verificó que estuviese circulando

constantemente.;. #e llenó el evaporador de agua de alimentación entre dos meniscos marcados en %ste.cm: de presión.4. #e suministró un fluo apro/imado de 8 gal>min, tambi%n se abrió la válvula de vacío.?. #e abrió constantemente la válvula del condensado, se realizó las mediciones

correspondientes a dos corridas y finalmente se trabao suministrando agua caliente y a uns

presión muy semeante a la atmosf%rica.

"*OS '$%GOS

8. #e verificó que los servicios est%n disponibles9. #e cerraron todas las válvulas del equipo:. #e alimentó el agua 'elada a los condensadores y verificó su circulación constante.;. #e verificó que la temperatura de entrada del agua fría a los condensadores se mantenga lo

mas frio posible.


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Evaporador de Calandria

(os datos que se muestran a continuación son de los tubos del intercambiador que se encuentraabao del evaporador, el intercambiador consta de 8B tubos de acero al carbón cedula ;6.

Ciametro interno )Ci* Din 6.94B

Ciametro e/terno )Co* Din 6.;6<(ongitud )(* Dm 6.:A

(ongitud )(* Dft 8.9;4?6;

F&m. Ce 3ubos 8B

"rreglo 3riángular

Grea de transferencia Dft9>ftlineal 6.864

Grea transversal al fluo Din9 6.6' 3entrada D- 3entrada D18 ;8 4.B:A9 6.4 ;.A89< 99 ?8.4

Fótese que inicialmente se trabaó a vacío el evaporador y finalmente a una presión muyesemeante a la atmosf%rica. -on los datos de las temperaturas buscamos las densidades a estas para

poder obtener un fluo másico.

3 D1 D=g>m: Dlb>ft:

?8.4 BB?.?? 49.9B6?A88

bteniendo así los siguientes resultados con la siguiente formula.

W =Qv ρ

#iendo Qv el fluo volum%trico )denotamos Q para la carga t%rmica*.

-orrida J Dlb>'

8 9BB.??;:


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(as letras sin subíndices se refieren a la alimentación, así J es el fluo másico alimentado alevaporador, Jconc es el fluo másico de concentrado y Jev el fluo másico evaporado.

Concentrado!

-orrida 3iempo Dmin

3evaporación D-

3evaporación

D18 8< 49 8;:.4

Grea de la base Dft9 8.?4?8;min Qv conc Dft:>'

8 8.A; :.ABA?:B

#e investigaron las densidades a estas temperaturas para sacar un fluo másico.

3 D- 3 D1 D=g>m: Dlb>ft:

49 8;:.4 B?4.6:< 46.B::A4'8 9:?.' Jevap Dlb>'

8 6.:9 6.4?A6;9 ;8.:8


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W ev=W −W conc

2or lo tanto completamos la tabla con las corridas del fluo masico del evaporado.

-orrida Jconc Dlb>'

8 49.96B8

2or otra parte siguiendo el mismo balance de materia para a completar los datos del concentrado altrabaar la tercera corrida, ya que se alimentaba al evaporador del mismo concentrado y por lo tantoera imposible cubicar el tanque, sin embargo, realizando un balance de materia análogo al realizadocon el evaporado podemos determinar su fluo másico.

W conc=W −W ev

-orrida Jconc Dlb>'

8 9in98 :.:A;


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-on estas presiones en tablas de vapor obtuvimos las propiedades siguientes.

-orrida Kvapor D!tu>lb

8 866:.;

Estos datos los usamos para el cálculo del calor transmitido al evaporado que se obtiene con lasiguiente formula.

Qevaporado=W ev λvapor

-orrida Qev D!tu>'

8 49;96.486B;

"'ora teniendo en cuenta que todo el calor transferido por el vapor es la suma del calor transmitido

al evaporado y el calor necesario para llevar el fluo másico a la temperatura de ebullición, el calortotal entonces es.

Qtot =Qevaporado+Q sens

bteniendo lo siguiente.

-orrida Q D!tu>'8 :


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2 atmosferica DmmHg in9 88.9B6<

2 vapor D=g>cm9 9 2 vapor Dlb>in9 9A.;;44

2 trabaoDlb>in9 :B.?:?8

MaporN (iquido #aturado

Ml Dft:>lb 6.68?8;A4

liq sat Dlb>ft: lb B::.B'

9446 8< 8??.:: 6.:?


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Ciametro interno )Ci* Din 6.49

Ciametro e/terno )Co* Din 6.?<(ongitud )(* Dm 9.86;(ongitud )(* Dft 4.B69A6:9 F&m. Ce 3ubos A

"rreglo 3riángular

Grea de transferencia Dft9>ftlineal 6.8B4:

Grea transversal al fluo Din9 6.:69

Grea de transferencia Dft9 86.A;68498<

#e obtuvieron los siguientes resultados e/perimentalmente.

$limentación

2vacio DcmHg

2vacio Dlb>in9 Q Dgal>min 3entrada D- 3entradaD1

3evaporación D- 3evaporación D1

;6 ?.?:4 8 84 46.A 4< 8;B

Evaporado

"l final de la práctica se midió el volumen obtenido de evaporado, el tiempo de trabao delevaporador fue de 96 min.

Molumen D( 3iempo Dmin

8B.: 96

-on los datos de las temperaturas de la práctica buscamos las densidades ya que se ocuparan en loscálculos para calcular el fluo másico.


4< 8;B BA6.


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Cespu%s con los datos de la presión atmosf%rica menos la presión de vacío con sus correspondientesunidades semeantes y buscando en las tablas de vapor se obtienen los siguientes resultados.

2trabao Dlb>in9

:.'

894:96.6?8<

Concentrado!

Molumen D( 3iempo Dmin

min Qv conc Dft:>' Jconc Dlb>'

9.4<


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-omo en el caso del evaporador de calandria tanto el calor sensible como el calor latente la suma deestos dos es la que se utiliza para el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor )cargat%rmica total*.

Q D!tu>'

84?4??.86B4

3eniendo la presión de vapor de trabao y con esta en tablas de vapor la temperatura obtenida de lastablas para la entrada del vapor de calentamiento es.

2 atmosferica DmmHg in9 88.9B6<

2 vapor D=g>cm9 6.< 2 vapor Dlb>in9 ?.8884<

2 trabaoDlb>in9 8A.;698<

MaporN (iquido #aturado

Ml Dft:>lb 6.684A

liq sat Dlb>ft: '

:6.996998A: :.A;8BA8;9 99A.4AB:?


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8

-on estos datos ya calculamos la economía con la formula usada en el intercambiador de calandria.

Economia

8.


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99 ?8.4 BB?.?? 49.9B6?A88

$limentación

Qv=0.6 gal /min( 8.0208 f t

3

h

1 gal /min )=4.8125 f t 3hW =Qv ρ=4.8125

f t 3

h (62.2907811 lbf t 3 )=299.7743lb

h

Concentrado

Grea de la base Dft9 8.?4?8;


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U = Q

A ∆ t =

358499.6821 t!

h

(2.510861856 f t 2)123.2551"# =1158.4067

t!

h f t 2

"#

Determinación de la econom.a

1luo másico de vapor

Q$ =177.33 m%

min ( 0.002118880002 f t 3/h

1 m%

min )=0.375748 f t 3/h

W vapor=0.375748 f t

3

h (58.31379821 lbf t 3 )=21.9113 lb

h

Economia=W ev

W vapor=

41.31572lb

h

21.9113 lb

h

=1.8856

Conclusiones

En la actividad e/perimental se pudieron trabaar el evaporador de tubos largos y de calandria,además se analizó la influencia y ventaas que presenta trabaar un equipo a vació y a presiónatmosf%rica, tambi%n se estudió los medios para generar el vacío.

3ambi%n se pudo analizar y e/plicar una posible discrepancia presentada en los evaporadores decoeficientes altos de transferencia de calor y economía baa, así mismo se pudo comparar los pros ycontras de cada evaporador.

1inalmente al comprender los puntos relevantes que se pretenden cubrir con %sta sesióne/perimental, se concluye con una breve observación$ el intercambiador de tubos largos solo setrabaó a una corrida y presenta coeficientes más pequeos a la misma presión de vacío, por lo cual,se puede predecir que si se 'ubiese trabaado a presión atmosf%rica el equipo 'ubiera sidoineficiente, sin embargo presenta una economía alta.


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3ambi%n al analizar los datos encontramos que el evaporador de tubos largos es más eficienterespecto al de calandria, sin embargo, %ste &ltimo presenta coeficientes globales de transferencia decalor más altos,

*ibliora/.a

• =ern C$ 01rocesos de "rans/erencia de Calor2 Editorial 2atria, %/ico 966?.• 2erry P$ 0-anual del Ineniero 3u.mico2 0te'a$ 9T Edición$ %/ico 8BA9.• 0"ablas de 4apor2 Urupo "lfaomega$ %/ico 8BB

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