DISCUSIÓN DE RESULTADOSEn la primera parte del experimento se analizó el evaporador de efecto simple, para el cual se reportaron todas las presiones y temperaturas registradas durante el experimento, dando como resultado para el vapor de alimentación y para el vapor producido un promedio de temperaturas de 143 °C y 127.6 °C respectivamente. Además se registraron un promedio de presiones de igual forma para el vapor alimentado y el vapor producido de 5.87 bar y 4.37 bar, respectivamente.En la práctica se tienen ciertas diferencias respecto a lo que pasa en la industria, ya que generalmente un evaporador industrial tiene como fin concentrar una solución que en la mayoría de ocasiones es acuosa, y en el laboratorio a diferencia del equipo industrial, se enfocó en analizar la operación unitaria en sí, además también en el análisis de cómo cambia su eficiencia y economía variando ciertos factores como la presión. Para el caso de la práctica solo se trabajó con agua, esto tanto como medio de evaporación y como “solución” a evaporar. Se sabe que las propiedades físicas y químicas de la solución que se está concentrando y del vapor que se separa tienen un efecto considerable sobre el tipo de evaporador que debe usarse y sobre la presión y temperatura del proceso. Para el efecto simple en este caso, se obtuvo una eficiencia experimental de 37.51 % y una teórica de 38.84 %.Para el caso de la economía se obtuvo una experimental de 0.448 y una economía teórica de 0.464.En el caso de la economía, se calcula como relaciones de masas de vapor, así, si esta es mayor a la unidad significa que económicamente el evaporador es factible e incluso dependiendo de la temperatura del vapor que sale del efecto se podría reutilizar en otro proceso (hablando industrialmente) o como es probable que salga saturado, las leyes internacionales no tienen problema si éste es descartado directamente en la atmósfera, pero como se pudo observar los resultados fueron menores a la unidad, lo que demuestra que el evaporador con efecto simple no resulta factible, es decir el proceso no se da de la mejor forma. De igual manera se puede apreciar que la eficiencia para este caso fue bastante baja, ya que no supero el cuarenta por ciento.Analizando las posibles razones de lo bajos valores obtenidos para la eficiencia y economía en el efecto simple se puede mencionar que los serpentines tienen una superficie no lisa oxidada, lo que generalmente resulta un problema común en este tipo de equipos consecuencia de su uso excesivo o falta de mantenimiento. Esto puede ocasionar fugas en el serpentín y por ende afectar los resultados. Otro aspecto por analizar son los factores que afectan en el resultado de la economía, como es el caso de la temperatura de alimentación, ya que si dicha temperatura es inferior a la de ebullición en el efecto, una parte de la entalpía de vaporización del vapor vivo se utiliza para calentar la alimentación y solamente queda la fracción restante para vaporización. Además si la alimentación está a una temperatura superior a la de ebullición,

la vaporización súbita que se produce proporciona una evaporación adicional sobre la originada por la entalpía de vaporización del vapor vivo. Por otra parte, la economía experimental obtenida para el segundo efecto es de 0.751 (Cuadro 14), la cual es mucho mayor a la de efecto simple (0.448), esto se debe a que al calcular este parámetro se toma en cuenta el vapor producido en los dos efectos Si bien, con el segundo efecto no se obtiene una eficiencia mayor a 1, esto se debe a que el sistema presenta muchas pérdidas de energía. El vapor vivo en el primer efecto transfiere el calor latente al agua almacenada en el tanque, sin embargo debido a que este, no se encuentra aislado, parte de esa energía se transfiere al ambiente. Asimismo el vapor generado en el primer efecto pasa al segundo efecto, donde parte de la energía transferida se pierde por la exposición del tanque al ambiente. La economía al emplear dos efectos se podría aumentar, con una variación en la temperatura del líquido que se alimentó a los tanques, ya que el vapor cede su energía para aumentar la temperatura hasta el punto de ebullición y una parte queda disponible para la evaporación. Si se alimentara agua en estado líquido saturado, la entalpía del vapor se usaría solo para evaporar el líquido, con lo cual se aprovecharía más el vaporEn cuanto la eficiencia del evaporador se obtiene un mejor resultado al emplear dos efectos, lo cual se debe a que en este caso se incluye el vapor generado en el primer y segundo efecto. Por ende se obtiene una mayor eficiencia experimental (67.50 %), en comparación con la eficiencia de un solo efecto (37.50 %). Al utilizar dos efectos se puede obtener eficiencias mayores a 1, debido a que se puede lograr una gran transferencia de calor al sistema debido a la diferencia de temperatura. No obstante en este caso no se logró debido a las pérdidas energéticas mencionadas anteriormente.La configuración del equipo utilizado proporciona algunas limitaciones, por ejemplo la operación del tren de evaporación es de tipo intermitente, es decir se cargan primero los dos tanques, la alimentación se cierra y luego se abren las válvulas para regular el flujo de vapor vivo. Por ende si se quisiera concentrar una disolución, la concentración en el primer efecto sería diferente a la del segundo debido a que se usa vapor sobrecalentado por lo que se genera mayor vapor, mientras que en el segundo efecto se usa vapor generado en el primer efecto, el cual posee una temperatura menor. Esto se puede corroborar con el Cuadro 6, en el cual se muestra como disminuye la temperatura del vapor en el serpentín 1 (130 °C) y el serpentín 2 (112 °C) con respecto al vapor vivo (142°C), lo cual se debe a la diferencia de presión en los serpentines y la alimentación del tren de evaporación, lo cual cumple con la teoría de que la presión disminuye a través de cada efecto.Es importante mencionar que el equipo de evaporación presenta algunos problemas, los cuales generan fuentes de error. Por ejemplo el vapor producido en el efecto 2 no fue posible condensarlo totalmente, dado que se observó salir condensado con vapor, a pesar que se suministró un flujo máximo de agua de enfriamiento. Este error se reflejó en una diferencia entre

la economía experimental y teórica mostrada en el Cuadro 14. Por lo que se recomienda emplear un condensador más eficiente, con un área de transferencia mayor o bien emplear un flujo de enfriamiento mayor de manera que se condense todo el vapor generado.Por otra parte, al llenar los tanques con agua, se observó que esta presentaba una coloración café, lo cual indica la presencia de óxidos. Debido a que el agua empleada en la práctica no se le realiza ningún tratamiento, el oxígeno y dióxido de carbono disuelto podría oxidar las tuberías, además los minerales podrían formar incrustaciones en los serpentines lo cual disminuye el coeficiente global de transferencia de calor.

Para analizar el impacto que tiene la presión en el proceso de evaporación, se varió la presión de entrada para el caso del evaporador de doble efecto, los datos obtenidos se observan en los Cuadros 6, 7 y 8, en estos cuadros se evidencia que el comportamiento en los tres casos fue similar, es decir la presión de vapor de entrada fue mayor que la presión de vapor correspondiente al primer efecto y esta a su vez fue mayor que la obtenida para el segundo efecto, es decir la presión de vapor disminuyó con la cantidad de efectos, esto se puede atribuir a que hubo un aumento en el punto de ebullición y además a las pérdidas de presión por las tuberías y accesorios del equipo.Ya que la temperatura está directamente relacionada con la presión de vapor y las propiedades del vapor de agua, al disminuir dicha presión se esperaba que ésta también disminuyera, tal como ocurrió, este comportamiento se puede ver claramente en los Cuadros 7, 8 y 9, en donde de igual forma la temperatura disminuyó con la cantidad de efectos, siendo la temperatura de entrada el valor mayor y la temperatura del ultimo efecto, efecto 2, el valor menor.Por otra parte se determinó la economía del evaporador de doble efecto (Cuadro 7.15) y los datos obtenidos se graficaron en función de la presión tal como se muestra en la Figura 4.En esta figura se puede apreciar que la economía experimental correspondiente a 4,37 bar fue de 0,59, para la presión de 3,72 bar la economía fue de 0,80 y para la presión de 3,51 bar fue de 0.68, es decir la economía más alta se presentó a la presión intermedia de 3,72 bar y la más baja se obtuvo a la mayor presión de vapor, 4,37 bar, el comportamiento fue similar en la economía teórica, esto se debe principalmente a la temperatura en la alimentación y a las entalpias de vaporización que varían dependiendo de la presión de vapor.

3.40 3.60 3.80 4.00 4.20 4.400.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

Experimental

Teórica

Presión, P/(bar)

Econ

omía

Figura 4 Gráfica de economía contra presión para el evaporador de doble efecto.En la Figura 5, se graficó la eficiencia en función de la presión, para tres diferentes presiones en el evaporador de doble efecto. Esta gráfica es semejante a la de economía de la Figura 4, ya que la mayor eficiencia se obtiene también a la presión de 3.72 bar y esta es de 0.66, esto debido a que en el cálculo de la eficiencia también influye directamente las entalpias de vapor.

3.40 3.60 3.80 4.00 4.20 4.400.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

Experimental

Teórica

Presión (bar)

Eficie

ncia

Figura 5. Grafica de eficiencia contra presión para el evaporador de doble efecto. CONCLUSIONES

Las eficiencias para el efecto simple fueron de 37.51 % experimental y una teórica de 38.84 %, esto sumado a los bajos valores de economía demostró la ineficiencia del sistema con el evaporador de efecto simple.La eficiencia del evaporador se obtiene un mejor resultado al emplear la configuración de doble efecto, lo cual se debe a que en este caso se incluye el vapor generado en el primer y segundo efecto. Por ende se obtiene una mayor eficiencia experimental (67.50 %), en comparación con la eficiencia de un solo efecto (37.50 %).La baja eficiencia en el evaporador de doble efecto se debe a que el sistema presenta muchas pérdidas de energía dado que los tanques de almacenamiento se encuentran expuestos al ambiente.Se logró evidenciar una disminución de la temperatura a través del evaporador de doble efecto, lo cual se debe a una disminución en la presión a lo largo del tren de evaporación, donde la alimentación presenta una presión mayor respecto al serpentín 1 y 2. RECOMENDACIONES Brindar mantenimiento a los serpentines de manera que se pueda analizar la operación de evaporación sin interferencia debido a la oxidación.Emplear un condensador más eficiente, con un área de transferencia mayor o bien emplear un flujo de enfriamiento mayor de manera que se condense todo el vapor.Realizar un tratamiento al agua emplea en el módulo de evaporación con el objetivo de evitar la formación de oxidación, así como incrustaciones en los serpentines.