4. Calentamiento pr radiacin solar Tipos de evaporadores Segn el mtodo de calentamiento, los evaporadores se pueden clasificar en : 1. Medio de calentamiento separado del lquido que se evapora por superficies de calefaccin tubulares 2. Medio de calefaccin est confinado en serpentines, camisas, paredes dobles, platos planos, etc3. Medio de calentamiento entra en contacto directo con con el lquido que se evapora

Evaporador de tubos horizontales cortosEstos evaporadores estn formados por una cmara, cuya parte inferior est atravesada por un banco de tubos horizontales e interiores a travs de los cuales circula vapor como fluido de calefaccin. Por encima de los tubos est un espacio que permite la separacin por gravedad de las gotas arrastradas por el vapor liberado en la base por un banco de tubos horizontales interiores, por los que circula vapor. Bafles de impacto se acomodan para facilitar la separacin de las gotas. Ya que el banco de tubos dificulta la separacin del lquido, estos evaporadores presentan pobres coeficientes de transferencia de calor global. Usualmente se emplean para concentrar lquidos de baja viscosidad. Vapor Vapor de aguaAlimentacinDisolucin concentradacondensado

Evaporador de tubos horizontales cortosSon baratosRequieren poca alturaSon de fcil instalacinAdecuados a lquidos que no cristalicenPara lquidos no viscososBuena transmisin de calor

Ventajas de los evaporadores de tubos horizontales:1. Muy baja altura2. Gran rea desacoplada lquido vapor tipo tubo sumergido

3. Relativamente bajo costo4. Buenos coeficientes de transferencia de calor5. Fcil desincrustacin semiautomtica Desventajas de los evaporadores de tubos horizontales:Inadecuado para lquidos con incrustaciones

Aplicaciones1. Altura limitada2. Baja capacidad

Evaporador de circulacin natural tubos cortos verticales En los evaporadores de circulacin natural se distribuyen tubos cortos en vertical, normalmente de uno o dos metros de longitud, dentro de un cuerpo de vapor (calandria)La calandria se localiza en el fondo del recipiente Cuando se calienta el producto ste asciende a travs de los tubos por circulacin natural mientras que el vapor condensa por el exterior de los tubos El producto se va concentrando mientras se produce la evaporacin dentro de los tubos El lquido concentrado retorna al fondo del recipiente a travs de una seccin anular central El alimento liquido puede precalentarse antes de ser introducido al evaporador mediante un cambiador de calor tubular normal, situado fuera del evaporador principal Vapor condensadoVapor VaporPre-calentadorEvaporadorAlimentacin pre-calentadaConcentrado

Evaporador de circulacin natural de tubos cortos verticalesEl vapor se condensa en el exterior de los tubos verticalmente arreglados dentro de la cmara de evaporacinLa calandria tiene un gran tubo central de retorno a travs del cual un lquido ms fro que el lquido que circula en los tubos de calentamiento ascendente, formando as corrientes de circulacin naturalLa longitud de los tubos usualmente varan entre 0.5 y 2 m, con un dimetro de 2.5 a 7.5 cm, mientras que el tubo central presenta una seccin transversal entre 25 y 40 % de la seccin total ocupada por los tubos. Vapor Vapor de agua Circulacin de fluido Disolucin concentradacondensadoAlimentacin

Evaporadores de circulacin natural de tubos cortos verticalesEstos evaporadores muestran adecuadas velocidades de evaporacin para lquidos no corrosivos con viscosidad moderada. Los evaporadores de tubos cortos verticales usualmente se emplean para la concentracin de jugos de azcar de caa y remolacha, as como tambin en la concentracin de jugos de frutas, extractos de malta, glucosa y sal

Evaporadores de circulacin naturalde tubos cortos verticales (de cesta)Las unidades pueden ser equipadas con una calandria de cesta que facilita la limpieza, ya que pueden ser fcilmente desmontables.

Ventajas de los evaporadores de tubos cortos verticales Altos coeficientes de transferencia de calor a altas diferencias de temperatura Baja altura3. Desincrustacin mecnica fcil4. Relativamente baratos Desventajas de los evaporadores de tubos cortos verticales 1. Pobre transferencia de calor a bajas diferencias de temperatura y bajas temperaturas2. Alto peso y espacio de suelo3. Relativamente alta retencin 4. Pobre transferencia de calor con lquidos viscosos

Lquidos claros

2. Lquidos relativamente no corrosivos, ya que el cuerpo es grande y caro si se construye de materiales diferentes al acero dulce o hierro fundido

4. Las soluciones que descaman levemente requieren de limpieza mecnica ya que los tubos son cortos y grandes en dimetro Aplicaciones de los evaporadores de tubos cortos verticales

Evaporadores de circulacin forzadaPlaca de impactoEn estos evaporadores la circulacin se realiza mediante una bomba que impele la solucin a travs de la calandria dentro de la cmara de separacin donde el vapor y el concentrado se separan

Evaporador de circulacin forzada El evaporador de circulacin forzada consta de un cambiador de calor con calefaccin indirecta en el que el liquido circula a elevadas velocidades La carga hidrosttica existente en la parte superior de los tubos elimina cualquier posibilidad de ebullicin del liquido Dentro del separador, se mantiene un presin absoluta ligeramente inferior a la existente en el haz de tubos , de tal manera que el liquido que entra al separador se evapora instantneamente La diferencia de temperaturas a lo largo de la superficie de calentamiento en el cambiador de calor es generalmente 3-5 C Para mantener elevadas velocidades de circulacin se utilizan bombas de flujo axial , alcanzndose velocidades lineales de 2-6 m/s, altas si se comparan con las velocidades de 0,3-1 m/s existentes en los evaporadores de circulacin natural Los costes de fabricacin y de operacin de este tipo de evaporadores son muy bajos en comparacin con otros tipos de evaporadores. Los evaporadores de circulacin forzada pueden no ser tan econmicos, pero son necesarios cuando los productos involucrados en la evaporacin tienen propiedades incrustantes, altas viscosidades, precipitaciones, cristalizaciones o ciertas caractersticas trmicas que imposibilitan una circulacin natural

Evaporadores de circulacin forzadaLa bomba hace circular al fluido a velocidades entre 2 y 6 m/s; cuando pasa a travs del banco de tubos el fluido gana suficiente calor como para recalentarse, pero el lquido est sujeto a una carga esttica que evita la ebullicin dentro de los tubos. Sin embargo, cuando el fluido alcanza la cmara, hay una evaporacin sbita y la placa de impacto facilita la separacin de la fase lquida del vaporEstos evaporadores son capaces de concentrar lquidos viscosos donde la bomba impele al lquido a una velocidad adecuadaSi los lquidos presentan baja viscosidad se usan bombas centrfugas. Si el lquido tiene ms alta viscosidad, se deberan usar bombas de desplazamiento positivo

Evaporadores de circulacin forzadaevaporadores de circulacin forzadaevaporadores de circulacin forzada de tubos sumergidosCristalizador tipo Oslo

Evaporadores de circulacin forzadaVentajas de los evaporadores de circulacin forzada1. Altos coeficientes de transferencia de calor2. Circulacin positiva3. Relativa libertad con las incrustaciones y ensuciamiento Desventajas de los evaporadores de circulacin forzada1. Alto costo2. Se requiere potencia para la circulacin de la bomba3. Relativamente alto tiempo de residenciaPrincipales aplicaciones de los evaporadores de circulacin forzada1. Productos que cristalizan2. Soluciones corrosivas3. Soluciones viscosas

Taponamiento de la entrada de los tubos por depsitos salinos desprendidos de las paredes del equipo.

Pobre circulacin debido a las prdidas de calor mayores a las esperadas

Acumulacin de sales por ebullicin en los tubos

4. Corrosin.erosin. Principales dificultades con los evaporadores de circulacin forzada

Evaporadores de tubos largos verticales Estos intercambiadores consisten en una cmara vertical hecha de un intercambiador tubular y una cmara de separacinEl lquido diluido se precalienta antes de entrar a los tubos, hasta casi la temperatura de ebullicinUna vez dentro de los tubos, el lquido comienza a hervir y la expansin debido a la vaporizacin produce la formacin de burbujas de vapor que circulan a alta velocidad y arrastran el lquido , que continua concentrndose mientras se mueve hacia adelante

La mezcla lquido-vapor entra a la cmara de separacin donde los bafles facilitan la separacin del vapor El lquido concentrado obtenido puede ser extrado directamente o puede mezclarse con lquido no concentrado y ser recirculado, o puede ir a otro evaporador para aumentar la concentracinLos evaporadores de tubos largos pueden ser:De pelcula ascendenteDe pelcula descendenteDe pelcula ascendente-descendenteEvaporadores de tubos largos

1. Mucha altura2. Generalmente inadecuados para lquidos que ensucian3. Pobres coeficientes de transferenica de calor para los de pelcula ascendente a bajas diferencias de temperatura 4. Los de pelcula descendente usualmente reuieren de recirculacin Ventajas de los evaporadores de tubos largos verticales:1. Bajo costo2. Grtandes superficies de calentamiento en un slo cuerpo3. Bajo tiempo de retencin4. Pequeo espacio de piso5. Buenos coeficientes de transferencia de calor a diferencias de temperatura razonables (pelcula ascendente)6. Buenos coeficientes de transferencia de calor para todas las diferencias de temperatura (pelcula descdendente)Desventajas de los evaporadores de tubos largos verticales:

1. Sensibilidad de las unidades de pelcula ascendente a los cambios en las condiciones de operacin2. Pobre distribucin de la alimentacin para las unidades de pelcula descendenteAplicaciones de los evaporadores de tubos largos verticales:1. Lquidos claros2. Lquidos espumantes3. Soluciones corrosivas4. Altas diferenciaas de temperatura: Pelcula ascendente, Bajas diferencias de temperatura: Pelcula descendente 5. Operacin a baja temperatura: pelcula descendenteDificultades de los evaporadores de tubos largos verticales:

Generalmente , tienen coeficientes de transferencia de calor altosEl producto no se ve afectado por el calor, por lo tanto, estos evaporadores son tiles para evaporar lquidos sensibles al calor. Evaporadores de tubos largosEvaporadores de pelcula

Evaporadores de tubos largos Evaporadores de pelcula ascendente En los evaporadores de pelcula, el tiempo de residencia del lquido tratado en la zona de calentamiento es corta ya que circula a gran velocidad

En los evaporadores de pelcula ascendente el lquido entra por el fondo de los tubosLas burbujas de vapor que ascienden a travs del centro del tubo comienzan a formarse, creando una delgada pelcula sobre la pared del tubo que asciende a gran velocidadEvaporadores de tubos largos Evaporadores de pelcula ascendente

Se utiliza para alimentos lquidos de baja viscosidad, los cuales hierven en el interior de tubos verticales de 10-15 metros de longitud Los tubos se calientan con el vapor existente en el exterior , de tal manera que el liquido asciende por el interior de los tubos arrastrado por los vapores formados en la parte inferior El movimiento ascendente de los vapores produce una pelcula que se mueve rpidamente hacia arriba Para alcanzar una pelcula bien desarrollada es necesaria una diferencia de temperatura entre el producto y el medio de calefaccin de al menos 14C En este tipo de evaporadores se alcanzan elevados coeficientes de transferencia de calor El alimento lquido puede recircularse hasta alcanzar la concentracin deseada si esta no se consigue en el primer paso.El principio terico que tienen estos evaporadores se asimila al 'efecto sifn', ya que cuando la alimentacin se pone en contacto con los tubos calientes, comienza a producirse la evaporacin, en donde el vapor se va generando paulatinamente hasta que el mismo, empieza a ejercer presin hacia los tubos, determinando de esta manera, una pelcula ascendente. Esta presin, tambin genera una turbulencia en el producto que est siendo concentrado, lo que permite mejor la transferencia trmica, y por ende, la evaporacin La altura de los tubos es limitada, ya que la capacidad del vapor en arrastrar la pelcula formada hacia la parte superior del equipo no es suficiente y determina la altura mxima posible para el diseo EVAPORADORES DE TUBOS LARGOSEVAPORADORES DE LA PELICULA ASCENDENTEAL CONDENSADOR O A VACIOSALIDA DE PRODUCTOCONDENSADOALIMENTACINVAPOR

Los evaporadores de pelcula descendente desarrollan una fina pelcula de liquido dentro de los tubos verticales que desciende por gravedad. El diseo de estos evaporadores es complicado ya que la distribucin de liquido en una pelcula uniforme fluyendo hacia abajo en un tubo es difcil de lograr .Para lograrlo se utilizan unos distribuidores especialmente diseados denominados boquillas de pulverizacinLos evaporadores de pelcula descendente permiten instalar un mayor nmero de efectos que el evaporador de pelcula ascendente.Por ejemplo: si el vapor disponible se encuentra a 110C y la temperatura de ebullicin en el ltimo efecto es de 50C , la diferencia de temperatura total disponible es de 60C Teniendo en cuenta que los evaporadores de pelcula ascendente necesitan una diferencia de temperatura de 14C , solo es posible disponer 4 efectos Con evaporadores de pelcula descendentes podran instalarse 10 o incluso ms El evaporador de pelcula descendente puede procesar lquidos mas viscosos que el de pelcula ascendente, siendo el sistema mas apropiado para el procesado de productos altamente sensibles al calor , como por ejemplo el jugo de naranja El tiempo de residencia en un evaporadores de pelcula descendente en es de 20-30 s en comparacin con los 3-4 minutos necesarios en un evaporadores de pelcula ascendenteEste punto es de suma importancia, ya que una insuficiente mojabilidad de los tubos trae aparejado posibles sitios en donde el proceso no se desarrolla correctamente, lo cual lleva a bajos rendimientos de evaporacin, ensuciamiento prematuro de los tubos, o eventualmente al taponamiento de los mismos Evaporadores de tubos largos Evaporadores de pelcula descendente

En los evaporadores de pelcula descendente, la alimentacin se realiza por la parte superior de los tubos, de manera que el vapor formado desciende a travs del centro de los tubos como un jet a gran velocidadLos evaporadores de pelcula descendente son usados ampliamente para concentrar productos lcteos. Evaporadores de tubos largos Evaporadores de pelcula descendente

Evaporador de pelcula descendente

La evaporacin de pelcula ascendente se usa para obtener un lquido de concentracin intermedia con alta viscosidad. Evaporadores de tubos largos Evaporadores de pelcula ascendente-descendente Este lquido se evapora posteriormente en los tubos, cuando circula como pelcula descendente. Cuando se desean altas velocidades de evaporacin, se usan los evaporadores de pelcula ascendente-descendente.

Evaporadores de placas

Evaporadores de placas Los evaporadores de placas utilizan los principios de los evaporadores de pelcula ascendente y descendentes, pelcula agitada y de circulacin forzada La configuracin en placas le proporciona ciertas caractersticas que las hacen mas aceptables que la configuracin tubular En este sentido, un evaporadores de placas de pelcula ascendente/ descendente es ms compacto, necesitando menos superficie que la unidad tubular, a la vez que pueda inspeccionarse mas fcilmente su superficie de transferencia de calor No es difcil encontrar un evaporadores de placas de pelcula descendente con una capacidad de 25000-30000 kg de agua / hora .

Evaporadores de placaLos evaporadores de placa consisten en un set de placas distribuidos en unidades en las cuales el vapor condensa en los canales formados entre placas.El lquido caliente hierve sobre la superficie de las placas, ascendiendo y descendiendo como una pelcula.La mezcla de lquido y vapor formados va hacia un evaporador centrfugoEstos evaporadores se usan para concentrar productos sensibles al calor, ya que se alcanzan altas velocidades de tratamiento permitiendo buena transferencia de calor y cortos tiempos de residencia del producto en el evaporador.

Los evaporadores de placas ocupan poco espacio sobre el piso y son fcilmente manipulables para la limpieza pues se montan y desmontan fcil y rpidamenteLos evaporadores de placas se emplean para :concentrar cafmermeladas dietticasjugos de ctricoscaldos (sopas)Evaporadores de placa

EVAPORADORES DE FLUJO EXPANDIDO

EVAPORADORES DE FLUJO EXPANDIDO En este aparto diseado para la concentracin de productos lcteos zumos de frutas, etc., el liquido y el vapor fluyen por espacios alternados de forma similar a como ocurre en el evaporador de placas. Las placas, sin embargo, se sustituyen por delgados conos invertidos de acero inoxidable, provistos de juntas de cierre para evitar fugas. El lquido de alimentacin penetra por el eje de giro central situado en la base de la pila de conos y entra a travs de boquillas de alimentacin en los espacios de los conos calentados, fluyendo hacia arriba y fuera sobre las superficies calentadas por el vapor.

Puesto que se opera a vaco, el lquido alcanza rpidamente el punto de ebullicin. Del sistema de conos sale tangencialmente, pasando el vapor separado hacia la parte superior por donde sale de la cmara interna a la externa. La alta velocidad que adquiere el lquido en los espacios entre los conos determina la formacin de delgadas pelculas turbulentas del lquido en evaporacin que permiten elevadas velocidades de transferencia de calor y cortos tiempos de residencia. La unidad se ha diseado para su limpieza in situ (en el lugar). EVAPORADORES DE FLUJO EXPANDIDO

Evaporadores de pelcula agitada Cuando se utilizan alimentos lquidos muy viscosos , la alimentacin se dispersa en el interior de la superficie de calentamiento cilndrica mediante paletas rotatorias. Se obtienen de esta manera altas velocidades de transferencia de calor La configuracin cilndrica del sistema produce menores reas de transferencia de calor por unidad de volumen de producto , siendo necesario utilizar vapor a alta presin como medio de calefaccin con el fin de conseguir elevadas temperaturas en la pared y, por tanto, velocidades de vaporacin razonables La mayor desventaja de este sistema son los elevados costes de fabricacin y mantenimiento, as como la baja capacidad de procesamiento

APLICACIONES INDUSTRIALESIndustria Lecheraevaporadores verticales de tubos largosIndustria de jugos de frutasevaporadores de pelcula descendente y el depelcula agitadaHidrolizadosExtractosIndustria frigorficaIndustria avcola

LECHE en POLVORodrigo Llorens - Tec. Superior Industrias Alimentarias

LECHE en POLVOSu obtencin es a partir del sometimiento de la leche fluida a distintos tipos de procesos en los cuales se extrae parcialmente el agua que esta contiene. A partir de la aplicacin de estos mtodos el producto tratado muestras grandes cambios en su estructura y apariencia fsica, pasando de un lquido diluido como agua a un polvo seco.Elaboracin

LECHE en POLVOLos procesos ms utilizados desde hace varios aos hasta la actualidad, son dos, aplicados simultneamente y conformando un solo proceso con dos etapas:

EvaporacinSecado por atomizacin ( spray ).Procesos

LECHE en POLVOEvaporacinEvaporadores:

1- Precalentamiento 2- Pasteurizacin 3- Evaporacin

LECHE en POLVO

Caractersticas de un Evaporador.MultietapasTrabajo bajo vacoRTV ( recompresin trmica de vahos )Pelcula descendente.

3-Evaporacin

LECHE en POLVOMultietapas: genera un ahorro de energia tal que por kg de agua evaporada se utiliza 1/4 kg de vapor vivo. ( aplicable a un evaporador de 4 efectos ).

Vaco: hace que la T de ebullicin/evaporacin del agua disminuya. En estos equipos el rango de T va desde los 80C a 45C

3-Evaporacin

LECHE en POLVORTV (recompresin trmica de vahos ): aprovechamiento del vapor de leche remanente de uno de los efectos, para utilizar menos vapor de caldera para la calefaccin del 1 efecto. Con este sistema sumamos ahorro de energa utilizada para evaporar: 1 kg de agua / 1/5 kg vapor vivo.

Pelcula descendente: la denominacin hace referencia a que el producto es inyectado desde la parte superior del equipo y cae por gravedad formando una fina pelcula sobre toda la superficie del tubo, habiendo mayor contacto con la parte calefaccionada.

3-Evaporacin

Evaporacin

Evaporacin

Cuerpo de calentamiento ( calandria )

Evaporacin

LECHE en POLVOLa extraccin del agua de la leche se hace a travs de vapor, este vapor se separa del producto en los separadores de vahos, y es reutilizado para calefaccionar el cuerpo siguiente.

Los vahos del ltimo cuerpo son condensados en un condensador, que puede ser de mezcla o de superficie.3-Evaporacin

Evaporacin

Evaporacin

LECHE en POLVOLos evaporadores son equipos para procesos continuos.Generalmente trabajan entre 20 a 28 hs.Los volmenes de procesos diarios van desde los 400 a 1000 m3 de leche.En la actualidad estn altamente automatizados e informatizados.

3-Evaporacin

LECHE en POLVOEl producto obtenido es un concentrado de leche, con un contenido de slidos totales de 48 50%.

LECHE FLUIDA ( 11,5 12% ST ) CONCENTRADO ( 48 50 % ) Agua contenida ( 88.5 88 % ) EVAPORACION Agua contenida ( 52 50% ) 3-Evaporacin

Secado - Spray

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