Evapor. de Pelicula Descendente

AÑO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA ESCUELA ACADEMICO PROFECIONAL DE INGENIERIA MEC

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AÑO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA

ESCUELA ACADEMICO PROFECIONAL DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA Título: EVAPORADORE DE PELICULA DESCENDENTE Curso: MECANICA DE FLUIDOS II Profesor: ING. GIOVENE PEREZ CAMPOMANES Integrantes: -

IPANAQUE DE LA CRUZ MANUEL BARCO PAREDES ANTHONY

Chimbote, Julio de 2013

I. II. III. IV. 1 2 3 4 5 6 7 V. 1

INDICE

INTRODUCCION……………………………………………………………1 OBJETIVOS………………………………………………………………….2 CONCEPTOS IMPORTANTES……………………………………………3 EVAPORADORES………………………………………………………….3 PELICULA DESCENDENTE……………………………………………...3 TIEMPO DE RESIDENCIA………………………………………………...3 AGUA DE COLA……………………………………………………………3 CONCENTRADO DE COLA………………………………………………3 VAHOS……………………………………………………………………….4 CONDENSADOR BAROMETRICO………………………………………4 DESARROLLO DELTEMA…………………………………………………5 EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE……………………..5 1.1. BOMBA DE RECIRCULACION………………………………..6 1.2. TOBERAS DE DISTRIBUCION………………………………..8 1.3. CAMARA DE TRASNFERENCIA DE CALOR Y CAMARA DE

LIQUIVO/VAPOR…………………………………………………………8 1.4. CONDENSADOR BAROMETRICO…………………………..11 VI. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES…………………………...13 1. CONCLUCIONES………………………………………………………….13 2. RECOMENDACIONES……………………………………………………14 VII. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………...14

EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE ING. MECANICA ELECTRICA - USP

II.

INTRODUCCION

Una de las principales actividades económicas de nuestra ciudad es la producción de harina de pescado, que resulta del procesamiento de diversas especies de peces marinos. Esta producción genera una gran cantidad de desechos orgánicos que son arrojados al océano produciendo un alto grado de contaminación. Durante el transcurso de los años se han ido implementando métodos y equipos que han permitido elevar la calidad proteica de la harina. Uno de estos métodos es el aprovechamiento de las aguas residuales provenientes del proceso de obtención de aceite de pescado (agua de cola). Esta agua de cola anteriormente desechada al océano lleva consigo un contenido proteico de 6 – 9%. Esta agua de cola es procesada en plantas llamas plantas evaporadoras de agua de cola. Que basan su funcionamiento en el principio de evaporación por película descendente. Esta agua es sometida a un calentamiento en el cual mediante la evaporación del agua, se obtiene un caldo con una concentración proteica alrededor del 30 % a 50%, a su vez estas aguas evaporadas pueden ser captadas en un condensador y posteriormente ser arrojadas al océano. Por otro lado el caldo proteico (concentrado) es vertido y mesclado en la harina, elevando así su calidad. Por tanto, una planta evaporadora de agua de cola sirve para la producción de concentrado y a la vez para destilar el agua que será posteriormente arrojada al océano.

III. -

OBJETIVOS

Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de mecánica de fluidos, para poder comprender el principio de funcionamiento de una planta evaporadora de película descendente. 1

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-

Entender la importancia de la interacción de la mecánica de fluidos y la termodinámica en la mayoría de equipos industriales.

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IV.

CONCEPTOS IMPORTANTES

1 EVAPORADORES. Están formados comúnmente por un haz de tubos, y una plancha metálica envolvente. Cuya finalidad es evaporar el agua en su interior mediante un intercambio de calor de un fluido calefactor, comúnmente vapor de agua, hacia el fluido a vaporizar. Los evaporadores pueden ser de simple, de doble o de triple efecto según el nivel de vaporización que se desee alcanzar. 2 PELICULA DESCENDENTE. Se denomina película descendente a una capa muy delgada de fluido que desciende sobre una superficie determinada. Haciendo más fácil la absorción de calor, en un proceso de intercambio, debido a la menor cantidad de volumen en contacto con la superficie de contacto. 3 TIEMPO DE RESIDENCIA. Se denomina tiempo de residencia al tiempo requerido para que un determinado material complete un ciclo de ingreso, permanencia y egreso de un sistema de trabajo. 4 AGUA DE COLA. Se denomina agua de cola al agua residual proveniente la separación del aceite de pescado en las centrifugas, esta agua tiene un alto contenido de proteínas solubles, así como residuos sólidos insalubres y otros minerales. 5 CONCENTRADO DE COLA. Se denomina concentrado de cola o concentrado al resultado de la evaporación del agua de cola. Durante el proceso de evaporación los sólidos y proteínas contenidas en el agua de cola no son evaporados y se mantienen en el fondo formando una sustancia más espesa con contenido proteico de un 50 a 60%. A esta sustancia espesa se le llama concentrado. 6 VAHOS. Durante el proceso de secado de harina en los secadores de vapor, la Harina elimina su humedad en forma de vapor, a este vapor proveniente de la harina se llama vahos, que son eliminados a alta temperatura. Estos vahos con alto

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contenido energético en forma de calor, son captados y transferidos hacia los evaporadores para servir de fluido calefactor. 7 CONDENSADOR BAROMETRICO. El condensador barométrico es un equipo de alta confiabilidad para condensar vapor proveniente de los evaporadores de múltiple efecto y producir vacio al sistema. Es un condensador de contacto directo en el que el agua es rociada como espray y el vapor puede fluir en paralelo o en contra corriente. El condensador barométrico debe su nombre al modo de evacuar el condensado, este desciende por una tubería vertical, conocida como columna barométrica de longitud suficiente para que la presión en el fondo sea ligeramente superior a la atmosférica. Para de esta forma se pueda soportar un columna de 10.36 m de agua.

V.

DESARROLLO DELTEMA

1 EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE Los evaporadores de película descendente están formados por un haz de tubos verticales, dentro de una carcasa mayormente de acero inoxidable dividido en dos cámaras independientes. La primera envuelve a todos los tubos formando una cámara aislada con la parte exterior de los tubos, en esta cámara ingresara el vapor calefactor. La segunda cámara está en comunicación con el interior de todos los tubos, esta cámara está destinada para el fluido a evaporar, para este caso es la cámara que contiene al agua de cola. La superficie de los tubos es la que trasmite el calor del vapor hacia el fluido en el interior. A continuación se muestran las partes principales de un evaporador de tubos verticales. 4

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A= ENTRADA DE AGUA DE RECIRCULACION B= SALIDA DE FLUIDO EVAPORADO C= EVACUACION DE CONCENTRADO D= ENTRADA DE VAPOR A ALTA TEMPERATURA E= SALIDA DE VAPOR FRIO CON CONDENSADO 1=ZONA DE DISTRIBUCION 3= TINA LIQUIDO - VAPOR 4= EVACUACION FLUIDOEVAPORADO 5= CAMARA SEPARADORA DE CONDENSADO Fig. 01, esquema de un evaporador de tubos verticales

1.5. BOMBA DE

RECIRCULACION. La bomba de recirculación es la encarga de lanzar el agua desde la tina hacia la parte superior del condensador, haciendo que el fluido circule de manera cíclica dentro de los tubos. Para determinar el caudal y potencia adecuada de

la

bomba

se

sigue

el

siguiente

procedimiento: Q=VxA

-

Según la fórmula caudal;

-

La velocidad de residencia en estos evaporadores

-

es aproximadamente de 1m/s. El área, será igual al área total de transferencia de calor debido a que el espesor de la película de fluido es despreciable; A=π x Øext . x L x N .

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Donde: -

A Ø ext. L N

= área de transferencia = diámetro exterior de un tubo = longitud de un tubo = numero de tubos.

-

Remplazando los datos obtenidos en la formula es posible hallar el caudal

-

total, necesario para el evaporador. Para la potencia de la bomba es necesario calcular otros datos adicionales que se muestran a continuación: ρ.v .D ℜ= µ

Fig. 02. Elevación evaporador

-

Numero de Reynolds;

-

Con el número de Reynolds es posible obtener el factor de ficción a partir del diagrama de Moody.

Fig. 03. Diagrama de Moody. Extraído de Mecánica de Fluidos – Robert Moot

-

Con el factor de fricción podremos obtener la perdida de carga en toda la tubería vertical. Hl=f

L V2 x D 2g 6

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Donde: Hl= Perdida de carga por fricción L= longitud de tubería D= diámetro de la tubería V= velocidad media f= factor de fricción -

De la ecuación de la Energía introduciendo el valor de pérdida es posible obtener el valor para Hp. Hp+

-

V 12 P1 V 22 P 2 + +Z 1= + +Z 2+ Hl 2g γ 2g γ

Usando los valores obtenidos de caudal, Hp, y con la eficiencia de la bomba según el fabricante de obtiene la potencia requerida.

℘=

γ .Q . Hp np 1.6. TOBERAS DE DISTRIBUCION. Las toberas de distribucion estan intaladas en la parte superior del evaporador, justo en la salida de la tuberia de recirculacion con la finalidad de que cada tubo del haz, reciba la cantidad de soluble necesaria para mantener constantemente humeda la superficie interior de los tubos al formarse una pelicula desdendente de soluble.

Fig. 04. Toberas de dispercion.

1.7.

CAMARA DE TRASNFERENCIA DE CALOR Y CAMARA DE

LIQUIVO/VAPOR

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Fig. 03. Camara de transferencia. Obtenida de un sitio web

El vapor residual con temperatura ente 90 y 100 C. proveniente de los secadores (vahos) ingresa a la camara de transferencia, y circula alrrededor de los tubos, calentandolos mientras este se condensa. El vapor transmite su calor hacia el inerior de los tubos produciendo la ebullicion del soluble que circula en ellos. Este soluble desciende junto al vapor generado hacia la camara de liquido/vapor. En esta etapa el vapor es arrastrado hacia una camara tipo ciclon que se encarga de recuperar el soluble que a sido arrastrado por el vapor, este soluble recuperado es regresado a la camara liquido/vapor atraves de una tuberia instalada para tal fin. El interior de la camara liquido/vapor, se encuentra a una presion de trabajo menor a la atmosferica. Se reduce la prsion con la finalidad de disminuir la temperatura de ebullcion del agua contenida dentro de la camara. Por ejemplo: La temperatura de ebullcion del agua a una presion absoluta de 0.5 bar. Es de 81.33C. - Para los calculos de transferncia de calor y masa de agua evaporada, se aplican las siguientes ecuaciones, consideranto una camara de trasferencia adiabatica.

T

Pcte Q|.|

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1

2 S Fig 04. diagrama T-S de evaporacion de agua a P constante

-

El calor absorvido durante la evaporacion del agua es: |¿|=ṁ

-

(h2−h1) Q¿

agua

El calor entregado por el vapor hacia el fuido en el interior de los tubos sera igual a la diferncia de entalpias, entre la entrada y salida.

3 VAPOR

Qent

4 fig 05. Esquema de flujo de vapor calefactor

´ vapor ( h3−h 4) Q ent . =m -

Aplicando los conosimientos de termodinamica podemos relacionar las dos ecuanciones como sigue: |¿| Qent =Q¿ m ´ vapor ( h3−h4 ) =m ´ agua (h 2−h1 )

-

De esto podemos concluir que el diseño final del evaporado estara directamente relacionado con la cantidad maxima de vapor residual que se pueda suministrar al proceso. 9

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1.8. CONDENSADOR BAROMETRICO El condensador barometrico es un equipo de alta confiabilidad para condensare el vapor proveniente de los evaporadores de multiple efecto y producir vacio en el sistema. En un condensador barometrico a contracorriente, el vapor de escape entra al condensador por la parte inferior donde se pone en contacto directo con el agua y se condensa; el agua del condensador alcanza una velocidad suficiente para arrastrar el vapor desde el evaporador hacia el condensador, no se requiere bomba para evacuar el agua ya que esta fluye por gravedad. En los condensadores barometricos de contraccoriente, el vapor entra al condensador cerca de la parte inferior, se eleva atraves de la corriente de agua que cae y se condensa conforme se aproxima a la salida inferiror. Los gases no condensables se acumulan en la parte superior y son evacuados atraves de un sistema diseñado para ello. La rapida reduccion del volumen del vapor que se transforma en agua produce vacio en el interiror del codensador. El condendesador cuenta con una pierna barometrica que recibe la mezcla resultante de la condensacion y se descarga al un pozo de agua caliente. Esto hara que la columna de liquido en la pierna barometrica descienda automaticamente manteniemdo la diferncia hidrostatica entre el vacio de operación y la presion atmosferica. Por lo tanto el condensador nesecita una piernabarometrica para remover el agua sin perder el vacio, manteniendo la carga hidrostatica. Si se quiere lograr un vacio de operación perfecto la altura adecuada de la pierna barometrica es aproximadamente 10.7 m. que es la altura maxima de agua que puede soportar la presion de una atmosfera.

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Fig 06. Esquema condensador barometrico -

Para el diseño de un condensador barometrico se debe considerar el

-

flujo maximo de vapor producido por los evaporadores. En los calculos anteriores pudimos hallar el flujo masico de agua evaporada, aplicando los mismos balances para los siguietes efectos es posible obtener el flujo masico de vapor que ingresa al

-

condesador. Aplicando el balance de energia y de masa en el condensador podremos obtener el flujo masico de salida de mezcla. Y con con

-

esto el caudal total del condensador. Los calculos de potencia de bomba son iguales alos vistos para bomba de recirculacion.

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Fig 07. Vista completa evaporador de agua de cola - Cortesía Pesquera Jada, Chimbote.

VI.

CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

3. CONCLUCIONES. -

Se logro comprender que una planta evaporadora de película descendente

de

imponente

diseño

y

apariencia,

basa

su

funcionamiento en principios básicos estudiados en el curso de -

mecánica de fluidos. Queda claro que la mecánica de fluidos se complementa de manera directa, con la termodinámica para el diseñó de mucho tipos de equipos y procesos industriales. Convenciéndonos que ninguna de estas ramas de ingeniería pueden trabajar independientemente.

4. RECOMENDACIONES. - Los valores requeridos para el cálculo de potencia de bombas, deben ser solicitados al cliente, debido a que estos valores pueden variar de acuerdo con la calidad del proceso y de la materia prima, 12

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como son, densidad de agua de cola. Flujo de vapor residual -

máximo, entre otros. Para el buen funcionamiento del condensador barométrico se debe tener en cuenta la temperatura ambiente del agua de refrigeración. De ser muy alta se debe instalar un sistema de enfriamiento para el agua de refrigeración.

-

VII. BIBLIOGRAFIA http://www.misaplicaciones.com/1/bnotas.php?

-

tipo=ver&id_nota=11085&id_empresa=989&leng= http://www.gea-niro.com.mx/lo-que

-

suministros/evaporadores_pelicula_descendente.asp http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/TiempodeRe.htm http://www.buenastareas.com/ensayos/Condensador-Barom

-

%C3%A9trico/5736718.html http://www.slideshare.net/jorgea1990/condensadores-15638643 https://www5.uva.es/guia_docente/uploads/2012/389/51453/1/Documento6.pdf Mecánica de Fluidos – Merle C Potter, David C. Wiggert .Tercera edición . http://es.wikipedia.org/wiki/Peso_espec %C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Peso_espec%C3%ADfico

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