1. Introducción

1. INTRODUCCIÓN

1.1. Tipos de intercambiadores de calor

EVAPORADORES

Un evaporador es un intercambiador de calor de coraza y tubos. Las partes esenciales de un evaporador son la cámara de calefacción y la cámara de evaporación. El haz de tubos corresponde a una cámara y la coraza corresponde a la otra cámara. La coraza es un cuerpo cilíndrico en cuyo interior está el haz de tubos.

Las dos cámaras están separadas por la superficie sólida de los tubos, a través de la cual tiene lugar el intercambio de calor. La forma y la disposición de estas cámaras, diseñadas para que la eficacia sea máxima, da lugar a distintos tipos de evaporadores.

Podemos clasificar los evaporadores en dos grandes grupos:

- Evaporadores de tubos horizontales. El vapor calefactor es vapor de agua saturado que cede su calor de condensación y sale como agua líquida a la misma temperatura y presión de entrada. Este evaporador se denomina de tubos horizontales porque los tubos están dispuestos horizontalmente.

En el siguiente evaporador, la cámara de calefacción está formada por los tubos horizontales, que están soportados por dos placas. El vapor entra en los tubos y se condensa al cedes su calor de condensación. Puede quedar vapor no condensable, que se elimina mediante una purga. La cámara de evaporación formada por un cuerpo cilíndrico vertical, cerrado por las bases, con una salida para el disolvente evaporado por la parte superior y otra salida para la disolución concentrada en la parte inferior. Estos evaporadores suelen ser de chapa de acero o hierro con un diámetro aproximado de 2 metros y 3 metros de altura. El diámetro de los tubos acostumbra a ser de 2 a 3 centímetros.

Evaporador de tubs horitzontals

En el siguiente evaporador el vapor entra por dentro de los tubos, y al ceder calor al líquido que circula por encima de los tubos, el vapor se condensa. Del evaporador sale la disolución concentrada y el disolvente evaporado.

Tubs horitzontals calderí

- Evaporadores de tubos verticales. Se denominan así porque el haz de tubos están dispuestos verticalmente dentro de la coraza.

El evaporador que se encuentra a continuación se denomina Evaporador Standard, que es uno de los más conocidos. La evaporación tiene lugar dentro de los tubos, saliendo por la parte superior el disolvente evaporado y por la parte inferior la disolución concentrada. El vapor calefactor entra por encima del haz de tubos y sale como agua condensada.

Evaporardor estàndard de tubs vertials

El Evaporador de Cesta que se encuentra a continuación, es otro tipo de evaporador de tubos verticales, en el cual la coraza tiene forma cónica. Este tipo de evaporador se utiliza cuando lo que se pretende es llevar la evaporación al extremo, es decir, evaporar todo el disolvente de la disolución diluida para obtener cristales. Los cristales formados se recogen por la parte inferior. El elemento calefactor se trata de un cuerpo compacto que se puede extraer para su limpieza.

Evaporardor de cistella

Evaporador múltiple efecto

Un evaporador de múltiple efecto consta de un conjunto de evaporadores, donde el primer efecto es el primer evaporador y así sucesivamente. Durante el funcionamiento, el vapor producido en el primer efecto se utiliza como vapor calefactor del segundo efecto.

Métodos de alimentación en los múltiples efectos:

- Alimentación directa. El alimento entra en el primer efecto y sigue el mismo sentido de circulación que el vapor, saliendo el producto en el último efecto. El líquido circula en el sentido de las presiones decrecientes y no es necesario aplicar ninguna energía auxiliar para que el líquido pase de un efecto al otro. Solo hacen falta dos bombas, una para introducir el líquido en el primer efecto y otra para extraer el producto del último efecto.

Evaporador múltiple efecte

- Alimentación a contracorriente. El líquido a evaporar entra en el último efecto y sale concentrado por el primero. El líquido a concentrar y el vapor calefactor circulan en sentido contrario. Aquí el líquido circula en sentido de presiones crecientes y esto requiere el uso de bombas en cada efecto para bombear la disolución concentrada de un efecto al siguiente . Esto supone una complicación mecánica considerable que se suma al hecho de hacer trabajar las bombas a presiones inferiores a la atmosférica. Así, si no hay otras razones, se prefiere el sistema de alimentación directa.

Alimentació a contracorrent

- Alimentación mixta. Cuando en una parte del sistema de alimentación es directa y en la otra parte es a contracorriente. Este sistema es útil si tenemos disoluciones muy viscosas. Si utilizamos la corriente directa pura, nos encontramos que el último efecto, donde hay menos temperaturas la viscosidad de la disolución concentrada aumenta, lo que hace disminuir sensiblemente el coeficiente global, U, en este efecto. Para contrarrestar eso, se utiliza la alimentación a contracorriente o la mixta. La disolución diluida entra en el segundo efecto i sigue el sentido de la alimentación directa, pasando después del último efecto al primero, para completar la evaporación a temperatura elevada.

Alimentació mixta

- Alimentación en paralelo: Cuando el alimento entra simultáneamente a todos los efectos y el líquido concentrado se une en una sola corriente. Sistema utilizado en la concentración de disoluciones de sal común, donde los cristales depositados hacen que resulte difícil la disposición de la alimentación directa.

Alimentació en paral·lel

En general, para decidirnos por un sistema de alimentación u otro, es necesario efectuar el cálculo previo del rendimiento de evaporación para cada uno de los sistemas.

Si la temperatura de entrada del alimento es bastante inferior a la de ebullición en el primer efecto, en el caso de corrientes directas todo el calor que se da en el primer efecto va destinado a calentar el alimento (calor sensible) y muy poco a producir vapor, lo que provocará un bajo rendimiento en el proceso global del múltiple efecto. En este caso se prefiere la circulación a contracorriente.

Por lo contrario, cuando la disolución entra en el sistema a temperatura superior a la de ebullición del último efecto, será más conveniente la alimentación directa, ya que lo que pasaría sería que la disolución al entrar al último efecto lo vaporizaría parcialmente, produciendo un vapor que no tiene utilidades posteriores, entonces la disolución lo enfriaría hasta la temperatura de la cámara de evaporación del último efecto y posteriormente se tendría que ir calentando al entrar a cada efecto.

1.1 Tipos de intercambiadores de calor
1.2 Intercambiadores de calor industriales
2. Configuraciones de los intercambiadores de calor
3. Cálculo intercambiadores de calor de tubos concéntricos
4. Métodos generales de cálculo de los intercambiadores de calor
5. Test
6. Nomenclatura
7. Referencias

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