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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN CAMPO 1 L E M III

INFORME EXPERIMENTAL “EVAPORACIÓN”

INTEGRANTES : CABAÑAS ISLAS JUAN MANUEL MANJARREZ V ALTIERRA BELEN CECILIA ARELLANO RAMÍREZ E STEFANÍA SÁNCHEZ ROSARIO HUMBERTO

PROF. MARÍA E LENA QUIROZ MACÍAS Y ANA MARÍA SIXTO BERROCAL

INGENIERÍA QUÍMICA GRUPO: 1501 SEMESTRE 2020-1

FECHA DE ENTREGA: 29/10/2019

INTRODUCCION La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrarse, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición. En hidrología, la evaporación es una de las variables hidrológicas importantes al momento de establecer el balance hídrico de una determinada cuenca hidrográfica o parte de esta. En este caso, se debe distinguir entre la evaporación desde superficies libres y la evaporación desde el suelo. La evaporación de agua es importante e indispensable en la vida, ya que el vapor de agua, al condensarse se transforma en nubes y vuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío. Vista como una operación unitaria, la evaporación es utilizada para eliminar el vapor formado por ebullición de una solución o suspensión líquida. 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. Debido a que un evaporador es cualquier superficie de transferencia de calor en la cual se vaporiza un líquido volátil para eliminar calor de un espacio o producto refrigerado, los evaporadores se fabrican en una gran variedad de tipos, tamaños y diseños y se pueden clasificar de diferentes maneras.

GENERALIDADES

Evaporadores de película. Un diseño moderno de equipos destinados a la industria azucarera se caracteriza por el desarrollo continuo de soluciones de mayor eficiencia energética. El ahorro de vapor durante la producción de azúcar sigue siendo uno de los factores esenciales que influye tanto en los costos de producción como en los ingresos por ventas genera-dos gracias a la cogeneración. La estación de evaporación constituye el núcleo de la economía térmica de los ingenios y refinerías. Solo con una estación de evaporación adaptada perfectamente al proceso global, podrán las medidas de eficiencia energética desplegar una efectividad plena durante las etapas de proceso anterior y posterior. Evaporador de calandria: Consiste en un haz de tubos vertical, corto, usualmente de no más de 6’0” de altura, colocado entre dos espejos que se remachan en las bridas del cuerpo del evaporador. El vapor fluye por fuera de los tubos en la calandria, y hay un gran paso

circular de derrame en el centro del haz de tubos donde el líquido más frío recircula hacia la parte inferior de los tubos. El área de este derrame varía desde la mitad del área de los tubos hasta un área igual a ella

OBJETIVOS 

Conocer el funcionamiento básico de los evaporadores (calandria y vertical de tubos largos) y comprender las ventajas y desventajas de cada uno de ellos para ciertas condiciones dadas.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL EVAPORADOR DE PELÍCULA          

Verificar que los servicios estén disponibles Cerrar todas las válvulas del equipo Alimentar agua helada a los condensadores y verifique que este circulando Verifique que la temperatura de entrada del agua fría a los condensadores se mantenga lo más frio posible. Abrir la válvula que se encuentra en la parte superior del intercambiador de calor y abrir el suministro de vapor para purgar el equipo Verificar que las presiones de vacío del evaporador y los tanques de recepción sean iguales Verificar la presión del vapor no exceda los 2kg/cm2 Cuidar que el evaporador no se inunde Tomar las lecturas de las variables que requiera para realizar sus cálculos Cerrar todas las válvulas de servicios y purgar.

CALANDRIA 

Verificar que los servicios estén disponibles

     

Cerrar todas las válvulas del equipo Alimentar el agua helada al condensador y verifique que este circulando constantemente Verificar la temperatura constante Suministrar el vapor a una presión no excedente de 1.5 a 2 kg/cm2 Dejar que el equipo se estabilice Tomar las lecturas de las variables necesarias para realizar los cálculos

RESULTADOS

 Tabular los datos obtenidos en las diferentes corridas experimentales realizadas. EVAPORADOR DE PELICULA Presión de vacío (cmHg) Temperatura de alimentación °C Temperatura de entrada (°C) Agua helada Temperatura de salida (°C) Agua helada Presión de vapor (Psi) Temperatura de evaporador (°C) Condensado (L) Concentrado (L) Flujo (gal/min) Tiempo para poner las marcas finales(min) Líquido saturado

Corrida 1 38 27

Corrida 2 40 36

10

10

29

26

6 69

4 66

11 28 1 15

9.850 45 1.5 10

700ml/30seg

750ml/30seg

EVAPORADOR DE CALANDRIA Presión de vacío (cmHg) Temperatura de entrada °C Temperatura de salida °C Presión de vapor (Psi) Temperatura de evaporador °C Condensado (L) Concentrado (L) Flujo (gal/min) Tiempo (min) Las mediciones se iniciaron cuando el equipo estaba a: Condensado: 69°C Evaporador: 66°C Vapor: 68°C

40 21 24 1.5 66 32 20 0.7 10

 Calcular el coeficiente global de transferencia de calor experimental y la economía para cada corrida de cada vapor. Evaporador calandria m (lb/h)

Q (BTU/h)

LMTD (°F)

Uexp (BTU/ft2 h °F)

Economía

500.8247

51384.61

93.31

1179.2

13.9769%

751.237

63554.65

1458.48

9.3179%

Evaporador de película m (lb/h)

Q (BTU/h)

LMTD (°F)

Uexp (BTU/ft2 h °F)

Economía

500.8247

17128.2

31.42

157.95

19.96706%

751.237

25692.3054

236.9336

13.3113%

OBSERVACIONES Y ANALISIS DE RESULTADOS CONCLUSIONES MEMORIA DE CÁLCULO Temperaturas (9/5

=°F

Calandria Flujo: 0.7 gal/min agua vapor

Tentrada °F

Tsalida °F

51.8 69.8

154.4 154.4

Evaporador de película Tentrada °F Agua (Corrida 1) Agua (Corrida 2)

Tsalida °F

50

84.2

50

78.8

Vapor (Corrida 1) Vapor (Corrida 2)

80.6

156.2

96.8

150.8

Flujo másico (corrida 1) = 1 gal/min Flujo másico (corrida 2) = 1.5 gal/min

Balance de energía

Calandria Q=(500.8247lb/h)(BTU/lb*°F)(102.6°F)= 51384.61BTU/h Q=(751.237lb/h)(BTU/lb*°F)(84.6°F)= 63554.65BTU/h Película Q=(500.8247lb/h)(BTU/lb*°F)(34.2°F)= 17128.2BTU/h Q=(751.237lb/h)(BTU/lb*°F)(28.8°F)= 25692.3054BTU/h Área evaporador calandria 𝐴 = 19𝑛𝑇 × 14.96𝑖𝑛(𝐿𝑇) × 1/8(𝑝𝑖)=35.53in^2= .2467ft^2

Área evaporador de película 3 4

𝐴 = 8𝑛𝑇 × 82.83𝑖𝑛 (𝐿𝑇) × ( )(𝑝𝑖)=

496.98in^2=

3.4512ft^2

LMTD

Calandria LMTD=(102.6-84.6)°F/ln(102.6/84.6) = 93.31°F Película LMTD=(34.2-28.8)°F/ln(34.2/28.8) = 31.42°F

Para el coeficiente experimental 𝑈𝑒𝑥𝑝 =

𝑄 𝐴𝐿𝑀𝑇𝐷

Calandria 51384.61BTU/h

𝑈𝑒𝑥𝑝 = .2467𝑓𝑡^2(93.31°𝐹)= 1179.2014BTU/H°F 𝑈𝑒𝑥𝑝 =

63554.65BTU/h = .2467𝑓𝑡^2(93.31°𝐹)

1458.4859BTU/H°F

Película 17128.2BTU/h

𝑈𝑒𝑥𝑝 = 3.4512𝑓𝑡^2(31.42°𝐹)= 157.95BTU/H°F 25692.3BTU/h

𝑈𝑒𝑥𝑝 = 3.4512𝑓𝑡^2(31.42°𝐹)= 236.9336BTU/H°F

Para la economía

𝑬𝒄𝒐𝒏𝒐𝒎𝒊𝒂 =

𝑮𝒆 𝑮𝒗

Donde Ge: liquido evaporado (kg/hr) Gv: vapor de calentamiento empleado Calandria E= (.7gal/min)/(8.4535gal/10min)x100=82.8% Película E= (1gal/min)/(2.9gal/10min)x100=29% 

Calandria Para medición del condensado de los tanques, se midieron las marcas realizadas en cada corrida experimental. Diámetro del tanque:

BIBLIOGRAFIA  Kern D. Q., Procesos de Transferencia de Calor, Editorial Patria, Mexico, (2009) 

PERRY. “Manual del Ingeniero Químico”.. Mc Graw Hill



GEANKOPLIS. “Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias”. Capítulo 8. CECSA.