UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO”
FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
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INGENIERIA DE ALIMENTOS III
DOCENTE: ING. JORGE TRELLES OLAZABAL UNIDAD I: EVAPORADORES.

1. Definición.
Son equipos vaporizantes que utilizan como fuente de energía un vapor latente a una temperatura mayor a la temperatura de vaporización del agua o solución acuosa para concentrar.
La evaporación se realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una disolución concentrada. Difiere de los generadores de vapor porque la fuente de energía es un vapor y lo que se evapora no necesariamente tiene que ser agua.
Se conoce como evaporador, si se evapora agua como vaporizador, si se evapora un producto que no es agua como alcohol, éter, gasolina, etc.
Alimentación
Vapor
Alimentación
Vapor

F
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Aplicación.
Son utilizados para la obtención de agua desmineralizada para calderas u otros procesos, en las industrias de alimentos y farmacología.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN EVAPORADOR.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN EVAPORADOR.

2. Componentes Principales.

Los componentes principales de un evaporador son
A.- Ebullidor Tubular. Es donde ocurre el proceso de ebullición del agua o disolvente producto del calor transmitido por el vapor latente. Por lo general esta constituido por un haz de tubos por donde circula la solución a concentrar y una carcasa por la cual circula el vapor latente.

B.- Separador líquido-vapor. Es donde la mezcla líquido-vapor proveniente del ebullidor es separada, obteniendo el líquido concentrado y la fase de vapor. El separador fue diseñado para evitar el arrastre de líquido concentrado en la corriente de vapor.
C.- Área de circulación del medio de calentamiento (vapor, electricidad, etc)

3. Clasificación.
Los evaporadores se clasifican en * Evaporadores de Plantas de Fuerza o Energía. * Evaporadores Químicos.

a. Evaporadores de Plantas de Energía.
Son evaporadores que se utilizan en plantas de generación de potencia eléctrica para obtener agua desmineralizada aprovechando extracciones de vapor en turbinas.

4.2.1. Tipos de Evaporadores de Plantas de Energía.
Evaporadores para agua de reposición para caldera Reponen agua en las calderas. Este es, el proceso de evaporación de más volumen y usualmente se efectúa en un evaporador de simple efecto, aunque ocasionalmente puede usarse un evaporador de doble efecto, dependiendo de las características del ciclo de condensado en la planta de fuerza y la cantidad requerida de agua de compensación. No hay plantas de fuerza modernas que no incluyan este equipo.
Evaporadores para agua de proceso producción agua purificada Es agua desmineralizada que se usa en algunos procesos en la planta. Hay- cierto número de industrias que requieren continuamente grandes cantidades de agua destilada. Este tipo de plantas emplea evaporadores de doble, triple o cuádruple efecto y recibe calor ya sea de una purga de la turbina o directamente de la caldera. La selección del número de efectos está correlacionada con los cargos fijos y el costo del vapor de operación. Los evaporadores de múltiple efecto con alimentación paralela no necesitan tener todos los efectos operando simultáneamente, y puede ajustarse si la demanda de agua destilada varía.
Destiladores de salmuera Son utilizados para obtener agua desmineralizada a partir del agua de mar. Este usa sistemas de evaporación al vacío, la temperatura reducida favorece una baja velocidad de incrustación.
Transformadores de calor: Son sistemas de efecto simple, con una o mas carcasas en paralelo. Reciben vapor de escape de una turbina o máquina de alta presión. Su propósito es de condensar vapor de agua de una caldera de alta presión que ha pasado a través de una turbina y luego al evaporador. La transferencia de calor se usa para producir grandes cantidades de vapor de proceso. Este tipo es relativamente grande hasta 11000 ft2 de superficie.
Evaporación de múltiple efectos en plantas de fuerza: Aumenta la calidad del producto que requiere (agua desmineralizada)

b. Evaporadores Químicos.
Son utilizados para concentrar productos mediante la evaporación del agua. 4.3.2. Tipos
Circulación Natural Se usan para requerimientos simples de evaporación. Se emplean unitariamente o en efecto múltiple.
a.- Tubos horizontales: Dispuestos en cuerpo cilíndrico o rectangular. No es satisfactorio en líquidos que formen incrustaciones o que depositen sales.

b.- Tubos verticales cortos: Pueden ser del tipo calandria, el cual consiste en un haz de tubos verticales colocados entre dos espejos que se remachan en las bridas del cuerpo del evaporador. El vapor fluye por fuera de los tubos, tipo canasta los tubos verticales van colocados en soportes ubicados interiormente en el contenedor metálico. El haz de tubos es desmontable y de fácil limpieza. El principio básico de operación es la eliminación centrífuga de gotas de líquido. Es similar al de tipo calandria, excepto que tiene un haz de tubos desmontable lo que permite un limpieza rápida. El haz de tubos se soporta sobre topes interiores y el derramadero está situado entre el haz de tubos y el cuerpo del evaporador en lugar de en la parte central.Generalmente se diseñan con el fondo cónico y se puede o no instalar un agitador para aumentar la circulación. Este tipo se usa para licores que tienen tendencia a la incrustación.

c.- Tubos verticales largos: Formado por un elemento calefactor tubular para el paso de líquidos a través de los tubos solo una vez, por circulación natural, el vapor entra a través del cinturón del evaporador. Es excelente para líquidos espumosos o que formen natas.

Estos pueden ser de película ascendente y de película descendente.

Evaporador de película descendente: Permiten que los materiales muy sensibles al calor soporten un mínimo de exposición a la superficie caliente, también son buenos para la concentración de productos viscosos, son usados para la concentración de jugo de frutas

Evaporador de película ascendente:
Son típicos los tubos de 1 a 2 pulgadas de diámetro y 3,5 a 10 metros de largo. Como consecuencia de la acción de ebullición el líquido y el vapor ascienden por el interior de los tubos, mientras que el líquido que se separa desciende por gravedad hasta el fondo de los tubos. La alimentación diluida, con frecuencia a temperaturas próximas al ambiente, se introduce en el sistema mezclándose con el líquido que retorna del separador. La mezcla entra por el fondo de los tubos, en el exterior de los cuales condensa vapor de agua. Al comenzar la ebullición se forman burbujas en el líquido, dando lugar a un aumento de la velocidad lineal y de la velocidad de transmisión de calor.
Los evaporadores de tubos largos son especialmente eficaces para concentrar líquidos que tienden a formar espuma, puesto que la espuma se rompe cuando la mezcla de vapor y líquido choca a elevada velocidad contra la placa deflectora.

Circulación forzada Se usan para líquidos o soluciones viscosas, corrosivas y en las que se forman sales o productos cristalinos.

4 Definición de Efectos.
Al aumentar los efectos, aumenta la calidad del producto que se requiere, por la eliminación continúa del agua. Los evaporadores pueden ser de efecto simple o multi-efectos. Estos arreglos permiten el aprovechamiento del calor del vapor generado en el evaporador.

- Evaporadores de un solo paso:

* El líquido de alimentación pasa una sola vez a través de los tubos, desprende el vapor y sale de la unidad como líquido concentrado. * Son especialmente útiles para el tratamiento de materiales sensibles al calor, y operando con un vacío elevado se puede mantener el líquido a baja temperatura. * Con un solo paso rápido a través de los tubos el líquido concentrado está durante un corto período de tiempo a la temperatura de evaporación y se puede enfriar bruscamente a medida que abandona el evaporador. * Los evaporadores de película: agitada, ascendente y descendente también pueden operar de esta forma.

- Evaporadores de efecto múltiple:

* Está compuesto por varios evaporadores de efecto simple, donde la alimentación es suministrada a un primer evaporador y el concentrado que sale de este alimenta a su vez a otro, lo cual ocurre sucesivamente. * La solución concentrada que sale de un evaporador de circulación se retira del líquido contenido en el aparato, que está a la concentración máxima. * Como el líquido que entra a los tubos contiene varías partes del concentrado por cada parte de alimentación, su concentración, densidad, temperatura de ebullición son aproximadamente las correspondientes a la concentración máxima. Por esta razón el coeficiente de transmisión de calor tiende a ser bajo. * Estos evaporadores no son adecuados para concentrar líquidos sensibles al calor. A pesar del uso de un vacío muy bajo, el recipiente está repetidamente en contacto con los tubos calientes, y por consiguiente una parte del mismo se calienta a temperaturas excesivamente altas * Pueden operar en un amplio intervalo de concentraciones, comprendidas entre las de la alimentación y el líquido concentrado sola unidad, y se adaptan muy bien a la evaporación de efecto simple en operar tanto con circulación natural (se debe a las diferencias de densidad) como con circulación forzada (circulación del líquido mediante una bomba). * Su modo de circulación puede ser adaptado por medio de varios mecanismos a evaporadores de efecto múltiple con: alimentación hacia delante, alimentación hacia atrás y alimentación en paralelo.

Al aumentar los efectos, aumenta la calidad del producto que se requiere, por la eliminación continúa del agua. Los evaporadores pueden ser de efecto simple o multi-efectos. Estos arreglos permiten el aprovechamiento del calor del vapor generado en el evaporador.

5. Tipos de Alimentación.
La alimentación a los evaporadores de más de un efecto puede ser * Directa. * Inversa. * Mixta. * Paralela. a. Alimentación Directa.
Consiste en introducir mediante una bomba la dilución diluida en el primer efecto y hacerla circular después a través de los demás efectos, sin bombas, puesto que el flujo es en el sentido de presiones decrecientes, y todo lo que se requiere es válvulas de control en las líneas de unión. Es el modelo de flujo de líquido más sencillo. La concentración de la solución aumenta desde el primer efecto hasta el último, del cual es extraída por una bomba.

b. Alimentación Inversa.
En esta la solución diluida se alimenta en el último efecto y se bombea hasta los sucesivos efectos hasta el primero, esta requiere una bomba entre cada pareja de efectos además de bomba para extraer la solución concentrada, ya que el flujo es en sentido de presiones crecientes.
La alimentación inversa conduce con frecuencia a una mayor capacidad que la alimentación directa cuando la disolución viscosa, pero puede producir menor economía cuando la alimentación esta fría.

c. Alimentación Mixta.
En este tipo la solución diluida es alimentada en un efecto intermedio, circula con alimentación directa hasta el extremo de la serie, y después se bombea hacia atrás a los primeros efectos para conseguir la concentración final. Esta forma permite eliminar alguna de las bombas que se requieren en la inversa y permite realizar la evaporación final a temperaturas más elevadas.

d. Alimentación Paralela.
La solución diluida es alimentada directamente en cada efecto, no hay transporte de líquido entre los efectos. Se utiliza en los evaporadores que presentan cristalización y donde se retiran suspensiones de cristales y aguas madres.

TIPO DE EVAPORADOR | VENTAJAS | DESVENTAJAS | MEJORES APLICACIONES | DIFICULTADES | CIRCULACION FORZADA | *Coeficientes de transferencia de calor elevados.*Circulación positiva.*Libertad relativa de ensuciamiento | *Costo elevado*Energía necesaria para la bomba de circulación.*Tiempo de residencia o retención relativa alto | *Productos cristalinos.*Soluciones corrosivas.*Soluciones viscosas. | *Atascamiento de de las entradas de los tubos por deposiciones de sales.*Mala circulación, debido a pérdidas de cargas más altas que las esperadas.*Formación de deposiciones de sales, debido a la ebullición en los tubos.*Corrosión y erosión. | VERTICALES DE TUBO CORTO | *Coeficientes de transferencia de calor elevados con diferencias altas de temperatura.*Espacio superior bajo.*Libertad relativa de ensuciamiento*Eliminación mecánica sencilla de las escamas.*relativamente poso costoso. | *Mala transferencia de calor con diferencias bajas de temperaturas y a Temp. Bajas.*Espacio elevado de terreno y peso alto.*Retención relativamente alta.*Mala transferencia de calor con líquidos viscosos. | *Líquidos limpios.*Productos cristalinos.*Líquidos relativamente no corrosivos, puesto que el cuerpo es grande y costoso, si se construye de materiales que no sean hierro colado o acero dulce.*Soluciones con formación ligera de escamas, que requieren una limpieza mecánica, puesto que los tubos son cortos y de diámetros grandes. | | VERTICALES DE TUBO LARGO | *Bajo costo.*Superficie amplia de calentamiento en un cuerpo.*baja retención.*Necesidad de poco espacio de terreno.*Buenos coeficientes de transferencia de calor con diferencias razonables de temperaturas (Película ascendente)*Buenos coeficientes de transferencia de calor a todas las diferencias de temperaturas (Película descendente) | *Espacio superior elevado.*No son adecuados para liq. que forman deposiciones de sales o escamas.*Requiere recirculación para la versión de película descendente | *Con líquidos limpios.*Con líquidos espumosos.*Con soluciones corrosivas.*Con grandes cargas de evaporación.*Con diferencias elevadas de temperatura (Ascendente) Con diferencias bajas de temperaturas (descendentes) | *Sensibilidad de las unidades de película ascendente a los cambios de las condiciones operacionales.*Mala distribución de l material de alimentación a las unidades de película descendente. | TUBO HORIZONTAL | *Espacio superior muy bajo.*Buenos coeficientes de transferencia de calor. | *No son adecuados para los líquidos que dejan deposiciones de sales.*Inapropiados para los líquidos que forman escamas.*Costo elevado. | *Espacio superior elevado.*Pequeña capacidad.Líquidos que no formen deposiciones de sales o escamas. | |