EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTEING. MECANICA ELECTRICA - USPAO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA

ESCUELA ACADEMICO PROFECIONAL DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICATtulo:EVAPORADORE DE PELICULA DESCENDENTECurso:MECANICA DE FLUIDOS IIProfesor:ING. GIOVENE PEREZ CAMPOMANESIntegrantes:1. IPANAQUE DE LA CRUZ MANUEL1. BARCO PAREDES ANTHONY

Chimbote, Julio de 2013I. INDICE

II. INTRODUCCION1III. OBJETIVOS.2IV. CONCEPTOS IMPORTANTES31. EVAPORADORES.31. PELICULA DESCENDENTE...31. TIEMPO DE RESIDENCIA...31. AGUA DE COLA31. CONCENTRADO DE COLA31. VAHOS.41. CONDENSADOR BAROMETRICO4V. DESARROLLO DELTEMA56. EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTE..51.1. BOMBA DE RECIRCULACION..61.2. TOBERAS DE DISTRIBUCION..81.3. CAMARA DE TRASNFERENCIA DE CALOR Y CAMARA DE LIQUIVO/VAPOR81.4. CONDENSADOR BAROMETRICO..11VI. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES...131. CONCLUCIONES.132. RECOMENDACIONES14VII. BIBLIOGRAFIA...14II. INTRODUCCION

Una de las principales actividades econmicas de nuestra ciudad es la produccin de harina de pescado, que resulta del procesamiento de diversas especies de peces marinos. Esta produccin genera una gran cantidad de desechos orgnicos que son arrojados al ocano produciendo un alto grado de contaminacin.Durante el transcurso de los aos se han ido implementando mtodos y equipos que han permitido elevar la calidad proteica de la harina. Uno de estos mtodos es el aprovechamiento de las aguas residuales provenientes del proceso de obtencin de aceite de pescado (agua de cola). Esta agua de cola anteriormente desechada al ocano lleva consigo un contenido proteico de 6 9%.Esta agua de cola es procesada en plantas llamas plantas evaporadoras de agua de cola. Que basan su funcionamiento en el principio de evaporacin por pelcula descendente. Esta agua es sometida a un calentamiento en el cual mediante la evaporacin del agua, se obtiene un caldo con una concentracin proteica alrededor del 30 % a 50%, a su vez estas aguas evaporadas pueden ser captadas en un condensador y posteriormente ser arrojadas al ocano. Por otro lado el caldo proteico (concentrado) es vertido y mesclado en la harina, elevando as su calidad.Por tanto, una planta evaporadora de agua de cola sirve para la produccin de concentrado y a la vez para destilar el agua que ser posteriormente arrojada al ocano.

III. OBJETIVOS

1. Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de mecnica de fluidos, para poder comprender el principio de funcionamiento de una planta evaporadora de pelcula descendente.

1. Entender la importancia de la interaccin de la mecnica de fluidos y la termodinmica en la mayora de equipos industriales.

IV. CONCEPTOS IMPORTANTES

3. EVAPORADORES.Estn formados comnmente por un haz de tubos, y una plancha metlica envolvente. Cuya finalidad es evaporar el agua en su interior mediante un intercambio de calor de un fluido calefactor, comnmente vapor de agua, hacia el fluido a vaporizar. Los evaporadores pueden ser de simple, de doble o de triple efecto segn el nivel de vaporizacin que se desee alcanzar.

3. PELICULA DESCENDENTE.Se denomina pelcula descendente a una capa muy delgada de fluido que desciende sobre una superficie determinada. Haciendo ms fcil la absorcin de calor, en un proceso de intercambio, debido a la menor cantidad de volumen en contacto con la superficie de contacto.

3. TIEMPO DE RESIDENCIA.Se denomina tiempo de residencia al tiempo requerido para que un determinado material complete un ciclo de ingreso, permanencia y egreso de un sistema de trabajo.

3. AGUA DE COLA.Se denomina agua de cola al agua residual proveniente la separacin del aceite de pescado en las centrifugas, esta agua tiene un alto contenido de protenas solubles, as como residuos slidos insalubres y otros minerales.

3. CONCENTRADO DE COLA.Se denomina concentrado de cola o concentrado al resultado de la evaporacin del agua de cola. Durante el proceso de evaporacin los slidos y protenas contenidas en el agua de cola no son evaporados y se mantienen en el fondo formando una sustancia ms espesa con contenido proteico de un 50 a 60%. A esta sustancia espesa se le llama concentrado.

3. VAHOS.Durante el proceso de secado de harina en los secadores de vapor, la Harina elimina su humedad en forma de vapor, a este vapor proveniente de la harina se llama vahos, que son eliminados a alta temperatura. Estos vahos con alto contenido energtico en forma de calor, son captados y transferidos hacia los evaporadores para servir de fluido calefactor.

3. CONDENSADOR BAROMETRICO.El condensador baromtrico es un equipo de alta confiabilidad para condensar vapor proveniente de los evaporadores de mltiple efecto y producir vacio al sistema. Es un condensador de contacto directo en el que el agua es rociada como espray y el vapor puede fluir en paralelo o en contra corriente. El condensador baromtrico debe su nombre al modo de evacuar el condensado, este desciende por una tubera vertical, conocida como columna baromtrica de longitud suficiente para que la presin en el fondo sea ligeramente superior a la atmosfrica. Para de esta forma se pueda soportar un columna de 10.36 m de agua.

V. DESARROLLO DELTEMA

6. EVAPORADOR DE PELICULA DESCENDENTELos evaporadores de pelcula descendente estn formados por un haz de tubos verticales, dentro de una carcasa mayormente de acero inoxidable dividido en dos cmaras independientes. La primera envuelve a todos los tubos formando una cmara aislada con la parte exterior de los tubos, en esta cmara ingresara el vapor calefactor. La segunda cmara est en comunicacin con el interior de todos los tubos, esta cmara est destinada para el fluido a evaporar, para este caso es la cmara que contiene al agua de cola. La superficie de los tubos es la que trasmite el calor del vapor hacia el fluido en el interior.A continuacin se muestran las partes principales de un evaporador de tubos verticales.

A= ENTRADA DE AGUA DE RECIRCULACIONB= SALIDA DE FLUIDO EVAPORADOC= EVACUACION DE CONCENTRADOD= ENTRADA DE VAPOR A ALTA TEMPERATURAE= SALIDA DE VAPOR FRIO CON CONDENSADO1=ZONA DE DISTRIBUCION3= TINA LIQUIDO - VAPOR4= EVACUACION FLUIDOEVAPORADO5= CAMARA SEPARADORA DE CONDENSADOFig. 01, esquema de un evaporador de tubos verticales

1.5. BOMBA DE RECIRCULACION.La bomba de recirculacin es la encarga de lanzar el agua desde la tina hacia la parte superior del condensador, haciendo que el fluido circule de manera cclica dentro de los tubos. Para determinar el caudal y potencia adecuada de la bomba se sigue el siguiente procedimiento:

1. Segn la frmula caudal; 1. La velocidad de residencia en estos evaporadores es aproximadamente de 1m/s.1. El rea, ser igual al rea total de transferencia de calor debido a que el espesor de la pelcula de fluido es despreciable;

Donde: A= rea de transferencia ext.= dimetro exterior de un tubo L= longitud de un tubo N= numero de tubos.

Remplazando los datos obtenidos en la formula es posible hallar el caudal total, necesario para el evaporador. Para la potencia de la bomba es necesario calcular otros datos adicionales que se muestran a continuacin:Fig. 02. Elevacin evaporador Numero de Reynolds;

Con el nmero de Reynolds es posible obtener el factor de ficcin a partir del diagrama de Moody.

Fig. 03. Diagrama de Moody. Extrado de Mecnica de Fluidos Robert Moot

Con el factor de friccin podremos obtener la perdida de carga en toda la tubera vertical.

Donde: Hl= Perdida de carga por friccinL= longitud de tuberaD=dimetro de la tuberaV=velocidad mediaf= factor de friccin

De la ecuacin de la Energa introduciendo el valor de prdida es posible obtener el valor para Hp.

Usando los valores obtenidos de caudal, Hp, y con la eficiencia de la bomba segn el fabricante de obtiene la potencia requerida.

1.6. TOBERAS DE DISTRIBUCION.Las toberas de distribucion estan intaladas en la parte superior del evaporador, justo en la salida de la tuberia de recirculacion con la finalidad de que cada tubo del haz, reciba la cantidad de soluble necesaria para mantener constantemente humeda la superficie interior de los tubos al formarse una pelicula desdendente de soluble.

Fig. 04. Toberas de dispercion.

1.7. CAMARA DE TRASNFERENCIA DE CALOR Y CAMARA DE LIQUIVO/VAPOR

Fig. 03. Camara de transferencia. Obtenida de un sitio webEl vapor residual con temperatura ente 90 y 100 C. proveniente de los secadores (vahos) ingresa a la camara de transferencia, y circula alrrededor de los tubos, calentandolos mientras este se condensa. El vapor transmite su calor hacia el inerior de los tubos produciendo la ebullicion del soluble que circula en ellos. Este soluble desciende junto al vapor generado hacia la camara de liquido/vapor.En esta etapa el vapor es arrastrado hacia una camara tipo ciclon que se encarga de recuperar el soluble que a sido arrastrado por el vapor, este soluble recuperado es regresado a la camara liquido/vapor atraves de una tuberia instalada para tal fin.El interior de la camara liquido/vapor, se encuentra a una presion de trabajo menor a la atmosferica. Se reduce la prsion con la finalidad de disminuir la temperatura de ebullcion del agua contenida dentro de la camara.Por ejemplo:La temperatura de ebullcion del agua a una presion absoluta de 0.5 bar. Es de 81.33C. TPara los calculos de transferncia de calor y masa de agua evaporada, se aplican las siguientes ecuaciones, consideranto una camara de trasferencia adiabatica.

21

S

Fig 04. diagrama T-S de evaporacion de agua a P constante El calor absorvido durante la evaporacion del agua es:

El calor entregado por el vapor hacia el fuido en el interior de los tubos sera igual a la diferncia de entalpias, entre la entrada y salida.

VAPOR3

4

fig 05. Esquema de flujo de vapor calefactor

Aplicando los conosimientos de termodinamica podemos relacionar las dos ecuanciones como sigue:

De esto podemos concluir que el diseo final del evaporado estara directamente relacionado con la cantidad maxima de vapor residual que se pueda suministrar al proceso.

1.8. CONDENSADOR BAROMETRICOEl condensador barometrico es un equipo de alta confiabilidad para condensare el vapor proveniente de los evaporadores de multiple efecto y producir vacio en el sistema. En un condensador barometrico a contracorriente, el vapor de escape entra al condensador por la parte inferior donde se pone en contacto directo con el agua y se condensa; el agua del condensador alcanza una velocidad suficiente para arrastrar el vapor desde el evaporador hacia el condensador, no se requiere bomba para evacuar el agua ya que esta fluye por gravedad.En los condensadores barometricos de contraccoriente, el vapor entra al condensador cerca de la parte inferior, se eleva atraves de la corriente de agua que cae y se condensa conforme se aproxima a la salida inferiror. Los gases no condensables se acumulan en la parte superior y son evacuados atraves de un sistema diseado para ello.La rapida reduccion del volumen del vapor que se transforma en agua produce vacio en el interiror del codensador.El condendesador cuenta con una pierna barometrica que recibe la mezcla resultante de la condensacion y se descarga al un pozo de agua caliente. Esto hara que la columna de liquido en la pierna barometrica descienda automaticamente manteniemdo la diferncia hidrostatica entre el vacio de operacin y la presion atmosferica. Por lo tanto el condensador nesecita una piernabarometrica para remover el agua sin perder el vacio, manteniendo la carga hidrostatica.Si se quiere lograr un vacio de operacin perfecto la altura adecuada de la pierna barometrica es aproximadamente 10.7 m. que es la altura maxima de agua que puede soportar la presion de una atmosfera.

Fig 06. Esquema condensador barometrico

Para el diseo de un condensador barometrico se debe considerar el flujo maximo de vapor producido por los evaporadores. En los calculos anteriores pudimos hallar el flujo masico de agua evaporada, aplicando los mismos balances para los siguietes efectos es posible obtener el flujo masico de vapor que ingresa al condesador. Aplicando el balance de energia y de masa en el condensador podremos obtener el flujo masico de salida de mezcla. Y con con esto el caudal total del condensador. Los calculos de potencia de bomba son iguales alos vistos para bomba de recirculacion.

Fig 07. Vista completa evaporador de agua de cola - Cortesa Pesquera Jada, Chimbote.

VI. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

3. CONCLUCIONES.

Se logro comprender que una planta evaporadora de pelcula descendente de imponente diseo y apariencia, basa su funcionamiento en principios bsicos estudiados en el curso de mecnica de fluidos. Queda claro que la mecnica de fluidos se complementa de manera directa, con la termodinmica para el dise de mucho tipos de equipos y procesos industriales. Convencindonos que ninguna de estas ramas de ingeniera pueden trabajar independientemente.

4. RECOMENDACIONES. Los valores requeridos para el clculo de potencia de bombas, deben ser solicitados al cliente, debido a que estos valores pueden variar de acuerdo con la calidad del proceso y de la materia prima, como son, densidad de agua de cola. Flujo de vapor residual mximo, entre otros. Para el buen funcionamiento del condensador baromtrico se debe tener en cuenta la temperatura ambiente del agua de refrigeracin. De ser muy alta se debe instalar un sistema de enfriamiento para el agua de refrigeracin.

VII. BIBLIOGRAFIA1. http://www.misaplicaciones.com/1/bnotas.php?tipo=ver&id_nota=11085&id_empresa=989&leng=1. http://www.gea-niro.com.mx/lo-que suministros/evaporadores_pelicula_descendente.asp1. http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/TiempodeRe.htm1. http://www.buenastareas.com/ensayos/Condensador-Barom%C3%A9trico/5736718.html1. http://www.slideshare.net/jorgea1990/condensadores-156386431. https://www5.uva.es/guia_docente/uploads/2012/389/51453/1/Documento6.pdf1. Mecnica de Fluidos Merle C Potter, David C. Wiggert .Tercera edicin.1. http://es.wikipedia.org/wiki/Peso_espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Peso_espec%C3%ADfico13