Practica #1 Evaporador de película ascendente de efecto simple

Transcripción

1 Practica #1 Evaporador de película ascendente de efecto simple Grupo 7E Melissa Castellanos Reyes Omar Isaac Torres Soto Raúl Eduardo Altamirano Nava Luis Eduardo Corral Loya Laura Alejandra García Yáñez Marvin Ríos Soto Dania Arely Quezada Quiroz 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

2 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

3 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 Evaporador de película ascendiente de efecto simple Armfield FT22 (5) Vasos de precipitados Extensión de corriente eléctrica Conector 110V Bombas de recirculación Caldera REACTIVOS Hielo Agua Vapor de caldera

4 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.

5 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/cm 2 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. corridas. (5) Diagrama1.- Diagrama del evaporador utilizado en las Objetivo del experimento: Investigar las variaciones de la velocidad de evaporación del agua con presión de vapor.

6 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, 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:

7 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.

8 RESULTADOS DE LA CORRIDA 1: CORRIDA 1 Columna1 Columna2 Temperatura Presión* a dicha (MPA) presión * T Promedio Temperaturas ΔTE(K)=TS- T7= H= KJ/Kg a presión de Kpa y C es KJ/Kg* *Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua.

9 Presion MPa 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 Temperaturade la presion correspondiente C

10 DATOS DE LA CORRIDA 2: CORRIDA 2 Columna1 Columna2 Temperatura Presión* a dicha (MPA) presión (TS)* T Promedio Temperaturas ΔTE(K)=TS- T7= H= KJ/Kg a presión de Kpa y C es de KJ/Kg* Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua.

11 Presion Mpa Temperatura de la presion correspondiente en *C 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.

12 DATOS DE LA CORRIDA 3: CORRIDA 3 Columna1 Columna2 Temperatura Presión* a dicha (MPA) presión(ts)* T Promedio de Temperaturas ΔTE(K)=TS- T7= H= KJ/Kg a presión de Kpa y es de KJ/Kg* Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua.

13 Presion Mpa Temperatura de la presion correspondien te en *C 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.

14 DATOS DE LA CORRIDA 4: CORRIDA 4 Columna1 Columna2 Temperatura Presión* a dicha (MPA) presión T7 (TS)* Promedio Temperaturas ΔTE(K)=TS- T7= H= KJ/Kg a presión de kPA y C es KJ/Kg* Datos obtenidos de las tablas de vapor de agua e interpolados utilizando una página web especializada en interpolación lineal.(6)

15 Presion Mpa 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. Temperatura de la presion correspondie nte en *C 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/m 2 *hr* = agua- 500 a W/m 2 K (Se utilizaron 500 W/m2*K 6 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, 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

16 correspondiente a cada corrida aparecen debajo de las tablas de valores y presiones. Los cálculos se procedieron a hacerse a mano:

17 Fotografía 4.- Especificaciones del evaporador Garfield utilizado durante las corridas. (5). El valor máximo de consumo máximo de vapor se utilizó como referencia con los consumos obtenidos de los cálculos. 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).

18 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. Ed. Cecsa 3ra edición 1998 Pp (4) (5) 2/?js=enabled (6) Bibliografía: (1) on/evaporacion1.htm (2) 2009/10/27/evaporacion-definicion-dela-operacion-unitaria/ (3) Principios de transporte y operaciones unitarias Geanloplis, Christine. México

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