Practica #1 Evaporador de película ascendente de efecto simple

Practica #1
Evaporador de película ascendente de efecto simple
Grupo 7E
Melissa Castellanos Reyes 232583
Omar Isaac Torres Soto 226262
Raúl Eduardo Altamirano Nava 245419
Luis Eduardo Corral Loya 235905
Laura Alejandra García Yáñez 235905
Marvin Ríos Soto 225666
Dania Arely Quezada Quiroz 245406
Resumen:
Se dispuso a medir diferentes temperaturas en diferentes puntos de un equipo de
evaporación, en vista de conocer las condiciones óptimas para realizar una
evaporación eficaz; mediante la medición de la producción de condensado producido
por este en un intervalo de tiempo determinado
Introducción:
Evaporación como una operación unitaria:
El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una solución,
suspensión o emulsión por tratamientos térmicos. Se dice entonces, que la solución,
suspensión o emulsión se está concentrando, y para lograr dicho propósito debemos
suministrar una fuente de calor externo; esta fuente calórica se logra generalmente con
vapor de agua, el cual se pone en contacto con el producto a través de una superficie
calefactora. (1)
Evaporación como proceso:
El objetivo de la evaporación es concentrar una solución que contenga un soluto no
volátil y un solvente volátil. En la mayoría de procesos de evaporación, el solvente es el
agua. La evaporación consiste en vaporizar una parte del solvente para producir una
solución concentrada de licor espeso. La diferencia entre la evaporación y el secado es
que el residuo es un líquido en vez de ser un sólido. (2)
La transmisión de calor en un líquido en ebullición es evaporación, el objetivo de la
evaporación es concentrar una disolución consistente en un soluto no volátil y un
disolvente volátil. En la mayor parte de las evaporaciones el disolvente es agua. La
evaporación se realiza vaporizando una parte del disolvente para producir una
disolución concentrada. La evaporación difiere del secado en que el residuo es un
líquido -a veces altamente viscoso- en vez de un sólido; difiere de la destilación en que
el vapor es generalmente un solo un solo componente y, aun cuando el vapor sea una
mezcla, en la evaporación no se intenta separar el vapor en fracciones, difiere de la
cristalización en que su interés reside en concentrar una disolución y no en formar y
obtener cristales.
(McCabe, 1991)
Las propiedades físicas y químicas de la solución que se está concentrando y del vapor
que se separa tiene un efecto considerable sobre el tipo de evaporador que debe
usarse y sobre la presión y la temperatura del proceso. (Geankoplis, 1998)
(3)
Normalmente, en evaporación el producto valioso es el líquido concentrado mientras
que el vapor se condensa y se desecha.
¿Qué se utiliza para la evaporación?
Evaporador: Un evaporador es un intercambiador de calor entre fluidos, de modo que
mientras uno de ellos se enfría, disminuyendo su temperatura, el otro se calienta
aumentando su temperatura, pasando de su estado líquido original a estado vapor
(cabiendo la posibilidad de un calentamiento ulterior, con lo que se dice que alcanza el
estado de vapor sobrecalentado). A fin de cuentas un evaporador, es un intercambiador
de calor más complejo, en el que además de producirse el cambio de fase pueden
darse otros fenómenos asociados a la concentración de la disolución, como la
formación de sólidos, la descomposición de sustancias
(4).
Objetivos:
• Concentrar el agua por medio del evaporador de efecto simple.
• Aprender a utilizar el equipo del evaporador.
• Realizar una comparación entre el condensado y concentrado.
• Deducir la variación de la evaporación del agua con presión de vapor.
• Calcular la presión promedio del vapor, encontrar la temperatura correspondiente a
esa
Presión y su cambio de volumen de concentrado.
• Investigar las variaciones de la velocidad de evaporación del agua con presión de
vapor
MATERIALES
REACTIVOS
Evaporador de película ascendiente de
efecto simple Armfield FT22
Hielo
(5)
Vasos de precipitados
Agua
Extensión de corriente eléctrica
Vapor de caldera
Conector 110V
Bombas de recirculación
Caldera
Fotografía 1.- Evaporador Armfield FT22
Fotografía 2.-Vasos de precipitados
Fotografía 3.- Agua (en estado sólido, líquido y gaseoso).
Procedimiento:
Primero se procedió a entender el funcionamiento del evaporador de película
ascendente de efecto simple.
Una vez entendido el funcionamiento del evaporador se procedió a encenderlo.
Se llenó el contenedor con una cantidad de agua necesaria para alimentar la bomba
Y se encendió bomba de alimentación y el precalentado.
Se propuso llenar toda la línea con agua y purgar hasta que el agua muestre una
consistencia cristalina.
Se Vació el depósito de concentrado.
Se dispuso a encender la bomba y abrir la válvula del sistema de enfriamiento y se
cerraron las válvulas de las purgas.
Se purgo la manguera del vapor de la caldera y se conecta al sistema.
Se propuso esperar cinco minutos a que se estabilizara el sistema.
Una vez hecho esto se procedió a regular la válvula de presión de vapor y la de
alimentación con la que entra al evaporador entre 7-8 lts/hr.
Se propusieron intervalos de 5 minutos para mediciones de temperatura en varios
puntos del sistema (T3, T4, T6, T7) así como también el volumen del depósito
condensado.
Cada vez que el equipo demanda abrir la válvula solenoide se dispuso a presionar el
botón (S4).
Se procedió a repetir el mismo procedimiento con las presiones: 0.4, 0.8, 1.2, 1.6
Kg/cm2
Al término de la cuarta corrida se procedió a apagar las bombas y cerrar las válvulas,
vaciar por medio de las purgas todo el sistema y asegurarse de que todo el sistema
este correctamente fuera de operación.
Diagrama1.- Diagrama del evaporador utilizado en las
corridas. (5)
Objetivo del experimento:
Investigar las variaciones de la velocidad de evaporación del agua con presión de
vapor.
Procedimiento:
Siga los procedimientos de inicio preliminares con alimentación de agua a una
velocidad de 7 lts/hr. Opere el evaporador sin recirculación y varias atmosferas de
presión
Lleve a cabo los experimentos a diferentes presiones (p2).
Resumen de teoría:
La velocidad de evaporación: e está dada por e=q/h
Dónde: e= vel de evaporación kg/hr.
q= velocidad de transferencia de calor, kJ/hr.
h= calor latente de vaporización del agua a la presión del sistema, kJ/kg.
La vel de transferencia de calor, q está dada por q= UE*ae*δte
UE= coeficiente de transferencia de calor. kJ/m2*hr*®c
Ae= área de superficie para transferencia de calor, 0.064 m2.
Δte= diferencia de temperatura, ®c
La diferencia de temperatura, δte está dada por δte= ts-t7
Ts= temperatura del vapor a presión p2, ®c
t7= punto de ebullición del agua a presión p1, ®c
En este experimento, ae y h son constantes, y por lo tanto,
E=k1*UE* δte donde k1 es una constante.
El coeficiente de transferencia de calor, e, será dependiente de e en una diferencia de
temperatura δte, así que
UE (δte)n
E= k2*(δte)n+1 Donde k2 es una constante y n varía desde 0.5 a 2.0
Lecturas a tomar:
Permita que el evaporador alcance la operación estacionaria y luego lea la vel. de flujo
(f2) el punto de ebullición (t7) y el nivel del tanque de condensado (l2) cada 5 minutos
por el periodo de una hora.
Resultados: Al realizar el experimento se obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla preliminar: Mediciones obtenidas durante las 4 corridas en los intervalos de 5 minutos
predeterminados hasta completas 60 minutos (1 hora, por cada corrida). 4 en total.
RESULTADOS DE LA CORRIDA 1:
CORRIDA 1
Presión*
(MPA)
Columna1
Columna2
Temperatura
a dicha
T7 ©
presión *©
0.0112900
70.067
104
0.0208000
60.910
97
0.0227500
62.760
97
0.0309000
69.760
102
0.0289510
68.180
103
0.0230800
63.084
100
0.0332830
70.730
103
0.0299860
68.084
103
0.0219851
61.640
99
0.0331870
70.660
104
0.3113800
69.011
104
0.3210170
69.780
109
67.056
102.0833333
Promedio
Temperaturas
©
ΔTE(K)=TST7=
238.122
H= KJ/Kg a presión de 39.22 Kpa y 75.36
C es
*Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua.
2320.4928 KJ/Kg*
120.0000000
100.0000000
Presion MPa
80.0000000
60.0000000
Temperaturade la
presion
correspondiente
C
40.0000000
20.0000000
0.0000000
0
20
40
60
80
Grafica 1.- Temperaturas y
presiones correspondientes tomadas de las tablas de vapor de agua en funcion del
intervalo de tiempo dado (5min). Hasta completar una hora; que fue el tiempo de
duracion de la primera corrida
DATOS DE LA CORRIDA 2:
CORRIDA 2
Columna1
Columna2
Temperatura
Presión*
a dicha
(MPA)
presión (TS)*
T7 ©
©
0.055742
84
104
0.026048
66
105
0.0325202
70.9
105
0.03339222
71.49
105
0.02568136
65.23
104
0.0327419
71.05
105
0.032769982
71.069
105
0.0270124
65.7
105
0.03294882
71.19
105
0.03469286
72.37
105
0.02932968
68.49
105
0.03025368
69.24
104
70.56
104.75
Promedio
Temperaturas
©
ΔTE(K)=TST7=
237.8
H= KJ/Kg a presión de 78.456 Kpa y 92.881 C es de 2275.69 KJ/Kg*
Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua.
120
100
Presion Mpa
80
60
Temperatura de
la presion
correspondiente
en *C
40
20
0
0
20
40
60
80
Grafica 2.- Temperaturas y
presiones correspondientes tomadas de las tablas de vapor de agua en funcion
del intervalo de tiempo dado (5min) de la corrida numero 2. Hasta otra hora; que
fue el tiempo de duracion de la primera corrida a la segunda corrida. Notese que
la temperatura T7 se mantuvo mas estable que en la primera corrida.
DATOS DE LA CORRIDA 3:
CORRIDA 3
Columna1
Columna2
Temperatura
Presión*
a dicha
(MPA)
presión(TS)*
T7 ©
©
0.03328876
71.52
105
0.03061358
69.61
105
0.02353354
63.53
105
0.0334809
71.55
105
0.03086484
69.78
105
0.0222481
63.95
105
0.031309718
70.081
105
0.03157428
70.26
105
0.02507108
65.86
104
0.03664382
73.69
105
0.03615608
73.36
105
0.0931595
97.57
106
69.23
105
Promedio de
Temperaturas
©
ΔTE(K)=TST7=
237.38
H= KJ/Kg a presión de 117.684 Kpa y
105.27 © es de 2246.54 KJ/Kg*
Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua.
120
100
Presion Mpa
80
60
Temperatura
de la presion
correspondien
te en *C
40
20
0
0
50
100
Grafica 3.- Temperaturas y presiones
correspondientes tomadas de las
tablas de vapor de agua en funcion
del intervalo de tiempo dado (5min)
de la corrida numero 3. Hasta otra
hora (3era); que fue el tiempo de
duracion de la segundacorrida a la
tercera corrida. Notese que la
temperatura que corresponde a la
presion dada de la ultima lectura dio
el valor mas altode la corrida para esa
presion.
DATOS DE LA CORRIDA 4:
CORRIDA 4
Columna1
Columna2
Temperatura
Presión*
a dicha
(MPA)
presión
T7 ©
(TS)* ©
0.037102
74
106
0.0347372
72.4
105
0.02269878
62.71
106
0.07578264
91.96
105
0.07483092
91.63
105
0.0586664
85.34
106
0.07586916
91.99
105
0.0748886
91.65
105
0.0585188
85.28
105
0.07595568
92.02
105
0.04242116
77.18
105
0.0609296
86.26
105
84
105.25
Promedio
Temperaturas
©
ΔTE(K)=TST7=
251.9
H= KJ/Kg a presión de 156.912kPA y 112.51 C es
2121.51 KJ/Kg*
Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua e interpolados utilizando una
página web especializada en interpolación lineal.(6)
120
100
Presion Mpa
80
60
Temperatura
de la presion
correspondie
nte en *C
40
20
0
0
50
100
Grafica 4.- Temperaturas y presiones
correspondientes tomadas de las tablas de vapor de agua en funcion del intervalo de
tiempo dado (5min) de la corrida numero 4 (ultima). Hasta otra hora (4ta); que fue el
tiempo de duracion de la terceracorrida a la cuarta corrida. Notese que la temperatura
que corresponde a la presion dada de la ultima lectura dio el valor mas altode la corrida
para esa presion.
Habiendo identificado y promediado las presiones, con sus respectivas temperaturas; al
igual que la temperatura 7. Se dispuso a calcular E= VEL DE EVAPORACION KG/HR.
Siguiendo la metodología de la sección “Objetivo del experimento”; con los datos
siguientes:
UE= Coeficiente de transferencia de calor. kJ/m2*hr*©= agua- 500 a 10 000
W/m2K
(Se utilizaron 500 W/m2*K6 siguiendo la sugerencia del sitio web de tomarlo
como base debido a su uso común, factor que puede variar con la temperatura y
la presión).
AE= Área de superficie da transferencia de calor, 0.064 m2.
ΔTE= es la diferencia de temperatura TS-T7; que se calculó en las tablas
anteriores y se procedió a convertirlo a Kelvin debido a las unidades que
requieren para hacer un cálculo de E.
H Calor Latente De Vaporización Del Agua A La Presión Del Sistema, KJ/Kg.
Este se tomó en base a la presión dada durante las corridas, que fue convertida
desde kg/cm2 a Kpa y de ahí fue interpolado para conocer la variable H.
Utilizando las tablas de vapor de agua. Los valores de H para cada presión
correspondiente a cada corrida aparecen debajo de las tablas de valores y
presiones.
Los cálculos se procedieron a hacerse a mano:
El valor máximo de consumo máximo
de vapor se utilizó como referencia
con los consumos obtenidos de los
cálculos.
Fotografía 4.- Especificaciones del evaporador Garfield utilizado durante las corridas.
(5).
EN CUANTO A LAS GRAFICAS DONDE SE PEDIA QUE SE GRAFICARA EL NIVEL
DE CONDENSADO DEL TANQUE, NO FUE POSIBLE HACERSE DEBIDO A QUE
COMO EN LAS CORRIDAS 1, 2,3 Y 4 NO HUBO PRÁCTICAMENTE NADA DE
CONDENSADO (0 ML). EL CALCULO DE LA FORMULA E=60*S2*C2,
DONDE S2 ES LA PENDIENTE DE LA MEJOR LÍNEA RECTA A TRAVÉS DE LOS
PUNTOS, DA COMO RESULTADO 0, PUESTO QUE SE ESTA MULTIPLICANDO
POR 0 VARIAS VARIABLES. Y SI SE QUIERE OBTENER EL LOGARITMO DE 0, EL
RESULTADO SE INDETERMINA (∞).
Conclusiones:
Después de llevar a cabo el experimento se observó que algunas temperaturas
a ciertos tiempos variaban considerablemente con respecto a las otras
temperaturas medidas.
Se determinó que las variaciones de las temperaturas variaban menos cuando
se bombeaba menor flujo de agua (7-8 lts/hr).
Se hizo una comparación entre el valor máximo de consumo de vapor
obteniéndolo de las tablas de especificaciones del evaporador; con los
calculados a mano, y se llegó a la conclusión de que la evaporación fue eficiente
debido a que opero casi al máximo de la capacidad de velocidad de
evaporación, fue un poco menos del máximo. Que fue muy poco relativamente
si se le compara.
Por lo que se concluye que la evaporación es más confiable a menor flujo
volumétrico puesto que si se le aumenta el flujo volumétrico, variara la
temperatura debido a que se planea evaporar más agua de la que se puede
evaporar, y el proceso perderá eficiencia.
Se puede suponer corridas anteriores pudieron haber afectado la eficiencia de la
evaporación durante las corridas, por lo cual se concluye que la ineficacia de
producir condensado pudo ser producto de los residuos de otras corridas que
pudieron haber usado materiales biológicos, que se pudieron haber quedado
dentro del evaporador.
Bibliografía:
(1)http://www.espaqfe.com.ar/evaporaci
Ed. Cecsa
on/evaporacion1.htm
3ra edición
(2)http://1additiqigrupod.wordpress.com/
1998
2009/10/27/evaporacion-definicion-de-
Pp. 545- 550.
la-operacion-unitaria/
(4) http://evaporacion21.blogspot.mx/
(3) Principios de transporte y
(5)
operaciones unitarias
http://www.explorearmfield.com/data/ft2
Geanloplis, Christine.
2/?js=enabled
México
(6)
http://easycalculation.com/analytical/linearinterpolation.phphttp://easycalculation.com/analytical/linear-interpolation.php