Evaporadores

Introducción

En el presente trabajo de investigación se hablara de los evaporadores. Estos son intercambiadores de calor que se encargan principalmente de la separación de un disolvente volátil de un soluto no volátil por vaporización parcial. Los evaporadores tienes leyes que rigen su comportamiento, estas vienen siendo las variables de diseño de un evaporador; estos equipos son fabricados de distintos materias de construcción dependiendo del tipo de sustancia a utilizar en el evaporador.

Existe una regla que es de suma importancia para este tipo de equipos, que es la regla de Dühring; por lo tanto existen unos gráficos de la regla dicha anteriormente, que se utilizan en la solución de problemas.

Evaporador

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. (1)

Un evaporador es un intercambiador de calor de coraza y tubos. 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, da lugar a distintos tipos de evaporadores.

Tipos de evaporadores

Evaporadores de tubos horizontales. El vapor calefactor es vapor de agua saturado que cede su calor de condensación y sale como agua líquida a la misma temperatura y presión de entrada. Este evaporador se denomina de tubos horizontales porque los tubos están dispuestos horizontalmente.

En el siguiente evaporador, la cámara de calefacción está formada por los tubos horizontales, que están soportados por dos placas. El vapor entra en los tubos y se condensa al cedes su calor de condensación. Puede quedar vapor no condensable, que se elimina mediante una purga. La cámara de evaporación formada por un cuerpo cilíndrico vertical, cerrado por las bases, con una salida para el disolvente evaporado por la parte superior y otra salida para la disolución concentrada en la parte inferior. Estos evaporadores suelen ser de chapa de acero o hierro con un diámetro aproximado de 2 metros y 3 metros de altura. El diámetro de los tubos acostumbra a ser de 2 a 3 centímetros.

En el siguiente evaporador el vapor entra por dentro de los tubos, y al ceder calor al líquido que circula por encima de los tubos, el vapor se condensa. Del evaporador sale la disolución concentrada y el disolvente evaporado.

Evaporadores de tubos verticales. Se denominan así porque el haz de tubos están dispuestos verticalmente dentro de la coraza.

Evaporador Standard. Es uno de los más conocidos. La evaporación tiene lugar dentro de los tubos, saliendo por la parte superior el disolvente evaporado y por la parte inferior la disolución concentrada. El vapor calefactor entra por encima del haz de tubos y sale como agua condensada.

El Evaporador de Cesta que se encuentra a continuación, es otro tipo de evaporador de tubos verticales, en el cual la coraza tiene forma cónica. Este tipo de evaporador se utiliza cuando lo que se pretende es llevar la evaporación al extremo, es decir, evaporar todo el disolvente de la disolución diluida para obtener cristales. Los cristales formados se recogen por la parte inferior. El elemento calefactor se trata de un cuerpo compacto que se puede extraer para su limpieza.

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.

En general, para decidirnos por un sistema de alimentación u otro, es necesario efectuar el cálculo previo del rendimiento de evaporación para cada uno de los sistemas.

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