CLASIFICACIÓN - EVPORADORES

TIPOS DE EVAPORADORES

 

Marmita abierta o artesa

Es la forma más simple de un evaporador es una marmita abierta o artesa en la cual se hierve el líquido, el suministro de calor proviene de condensación de vapor de agua en una chaqueta o en serpentines sumergidos en el líquido. 

En algunos casos, la marmita se calienta a fuego directo. Estos evaporadores son económicos y de operación simple, pero el desperdicio de calor es excesivo, en estos equipos se utilizan paletas o raspadores para agitar el líquido.

Evaporador de tubos horizontales con sumisión natural

El banco horizontal de tubos de calentamiento es similar al banco de tubos de un intercambiador de calor, el vapor de agua entra a los tubos y se condensa; el condensado sale por el otro extremo de los tubos.

La solución a ebullición esta por fuera de ellos, el vapor se desprende de la superficie liquida; después, casi siempre se hace pasar por dispositivos de tipo deflector para impedir el arrastre de gotas de líquido y sale por la parte superior.

Este equipo, relativamente económico, puede utilizarse para líquidos no viscosos con altos coeficientes de transferencia de calor y para líquidos que no formen incrustaciones puesto que la circulación del líquido no es muy buena, son poco adecuados para materiales viscosos.

Evaporador de tubos verticales con sumisión natural

En este evaporador se usan tubos verticales en lugar de horizontales y el líquido está dentro de los tubos, por lo que el vapor se condensa en el exterior, debido a la ebullición y a la disminución de densidad, el líquido se eleva por los tubos con circulación natural y fluye hacia abajo a través de un espacio central abierto grande.

Esta circulación natural aumenta el coeficiente de transferencia de calor por lo que no es útil con líquidos viscosos; este equipo se llama con frecuencia evaporador de tubos cortos.

Una variación de este modelo es el evaporador de canasta, que usa tubos verticales, pero el elemento de calentamiento se cuelga en el cuerpo, de tal manera que haya un espacio anular que sirva de bajada.

Evaporador vertical de tubos largos

Los evaporadores de tipo vertical con tubos largos miden de 3 a 10 m de alto lo que ayuda a obtener velocidades del líquido muy altas, por lo general, el líquido pasa por los tubos una sola vez y no se recircula.

Los tiempos de contacto suelen ser bastantes breves en este modelo, en algunos casos, cuando la relación entre la velocidad de alimentación y la velocidad de evaporación es baja, puede emplearse recirculación natural del producto a través del evaporador, añadiendo una conexión de tuberías entre la salida del concentrado y la línea de alimentación este es un método muy común en la producción de leche condensada.

Evaporador de caída de película

El evaporador de caída de película es en el cual el líquido se alimenta por la parte superior de los tubos y fluye por sus paredes en forma de película delgada.

Este modelo se usa mucho para la concentración de materiales sensibles al calor, como jugo de naranja y otros zumos de frutas, debido a que el tiempo de retención es bastante bajo (entre 5 y 10 seg.) y el coeficiente de calor es alto.

Evaporador de Circulación Forzada

El coeficiente de transferencia de calor de la película liquida puede aumentarse por bombeo provocando una circulación forzada del líquido en el interior de los tubos, para esto se emplea el modelo de tubos verticales largos, añadiendo una tubería conectada a una bomba entre salida del centrifugado y la de alimentación, sin embargo, los tubos de un evaporador de circulación forzada suelen ser más cortos que los tubos largos, este modelo es muy útil para líquidos viscosos.

Evaporador de Película Agitada

Es un evaporador de caída de película modificado, usando un solo tubo grande enchaquetado que contiene un agitador interior, el líquido penetra por la parte superior del tubo y a medida que fluye hacia abajo se dispersa en forma de película turbulenta por la acción de aspas de agitación vertical.

La solución concentrada sale por el fondo y el vapor pasa por un separador para salir por la parte superior, este tipo de evaporador es práctico para materiales muy viscosos, pues el coeficiente de transferencia de calor es mayor que en los modelos de circulación forzada.

Se usa para materiales viscosos sensibles al calor como el látex de caucho, gelatina, antibióticos y jugo de frutas.

Evaporador Tipo Placa

El diseño es muy similar al de un intercambiador de calor, tiene un número determinado de placas con orificios en cada esquina y están unidas a través de una barra de transporte superior e inferior.

En la periferia de las placas se colocan juntas que evita la mezcla de los fluidos y llevan a la respectiva trayectoria de flujo hasta el orificio de salida.

El evaporador puede trabajar en serie o paralelo, depende de la disposición de las juntas y el coeficiente de transmisión de calor es muy alto debido a los flujos turbulentos que existe entre las placas.

Este evaporador es conveniente para fluidos con alto coeficiente de viscosidad, ensuciamiento, formación de espuma y aquellas soluciones sensibles al calor, este tipo de evaporador se utiliza fundamentalmente para productos alimenticios, productos farmacéuticos, emulsiones, pegamento, etc.

Agrupación Según Características

Evaporador de Efecto Simple

Los evaporadores de efecto simple se usan con frecuencia cuando la capacidad necesaria de operación es relativamente pequeña o el costo del vapor es relativamente barato comparado con el costo del evaporador, sin embargo, la operación de gran capacidad, al usar más de un efecto, reducirá de forma significativa los costos del vapor.

La alimentación entra a 𝑇𝐹 y en la sección de intercambio de calor entra vapor saturado a 𝑇𝑆, el vapor condensado sale en forma de pequeños chorros puesto que se supone que la solución del evaporador está completamente mezclada, el producto concentrado y la solución del evaporador tienen la misma composición y temperatura 𝑇1, que corresponde al punto de ebullición de la solución.

La temperatura del vapor también es 𝑇1, pues está en equilibrio con la solución de ebullición y la presión es 𝑃𝑡 que es la presión de vapor a 𝑇1.

Evaporadores de Múltiple Efecto

Un evaporador de múltiple efecto consta de un conjunto de evaporadores, el primero es el que recibe el vapor vivo procedente de un generador de vapor. Durante el funcionamiento, el vapor procedente de la evaporación del primer efecto se utiliza como calefactor en el segundo efecto y el producido en este como vapor calefactor del tercero y así sucesivamente.

Evaporador de Efecto Múltiple con Evaporación Directa

En este tipo de evaporador el primer efecto opera a una temperatura suficientemente alta como para que el agua que se evapora sirva como medio de calentamiento del segundo efecto, como resultado tenemos un aumento de la economía del vapor de agua.

En esta operación la alimentación se introduce en el primer efecto y fluye hacia el siguiente en el mismo sentido del flujo del vapor, este método se emplea cuando el producto concentrado final puede dañarse a temperaturas elevadas, las temperaturas de ebullición van disminuyendo de efecto a efecto.

Evaporador de Efecto Múltiple con Alimentación en Retroceso

La alimentación entra al último efecto, que es el más frío, y continúa hacia atrás hasta que el producto concentrado sale por el primer efecto.

Este método de alimentación en retroceso tiene ventajas cuando la alimentación es fría, pues la cantidad de líquido que tiene que calentarse a temperaturas más altas en el segundo y primer efecto es más pequeña, sin embargo, es necesario usar bombas en cada efecto, pues el flujo va de baja a alta presión.

La alimentación hacia atrás es ventajosa cuando los productos son viscosos y la exposición a temperaturas más altas aumenta la transferencia de calor debido a la reducción de viscosidad en el líquido.

Evaporador de Efecto Múltiple con Alimentación Mixta

En este evaporador una parte del sistema la alimentación es directa y en la otra es a contracorriente, este sistema es útil si tenemos soluciones muy viscosas.

Si utilizamos la corriente directa pura, nos encontramos que el último efecto donde hay menos temperatura la viscosidad de la directa concentración concentrada aumenta, lo que hace disminuir sensiblemente el coeficiente global de transferencia “U” en este efecto, para contrarrestar esto, se utiliza la alimentación mixta.

La disolución diluida entra en el segundo efecto y sigue el sentido de la alimentación directa, pasando después del último efecto al primero para cumplimentar la evaporación a temperatura elevada.

Evaporador de Efecto Múltiple con Alimentación en Paralelo

Es un evaporador en donde la solución entra simultáneamente a todos los efectos y el líquido concentrado se une en una sola corriente, este sistema es utilizado en la concentración de disoluciones de sal común, donde los cristales depositados hacen que resulte difícil la disposición de alimentación directa.