Evaporación: Proceso, Equipos y Factores que Afectan la Transferencia de Calor

¿Qué es la Evaporación?

La evaporación es una operación de ingeniería mediante la cual se separa parcialmente el solvente del soluto de una solución, por ejemplo, en la concentración de jugos o leche. Su objetivo principal es concentrar el soluto.

Mecanismo de la Evaporación

Al introducir un tubo con vapor de agua saturado en un recipiente con un líquido, se generan burbujas en la superficie del tubo debido al aumento de temperatura. Estas burbujas se forman porque el líquido comienza a evaporarse, y en ellas se deposita vapor. Las burbujas ascienden debido a la diferencia de densidades, no sin antes aumentar su tamaño. La transferencia de calor se produce por convección natural del líquido y por la convección debida a la ascensión de las burbujas.

Factores que Determinan los Puntos de Origen de las Burbujas

Los puntos donde se originan las burbujas dependen de la rugosidad de la superficie del tubo y de la variación de temperatura. Si la variación de temperatura es pequeña, las burbujas se producirán lentamente.

Clasificación de los Equipos de Evaporación

Los equipos de evaporación se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Evaporación horizontal
• Evaporación vertical
• Evaporación forzada
• Evaporación barométrica
• Evaporación ascendente
• Evaporación de múltiple efecto

Factores que Afectan la Transferencia de Calor por Vaporización

Los principales factores que afectan la transferencia de calor por vaporización son:

1. La naturaleza de la superficie y la distribución de las burbujas.
2. Las propiedades del líquido, como la tensión superficial, el coeficiente de expansión y la viscosidad.
3. La influencia de la diferencia de temperatura sobre la evolución y el vigor de las burbujas.

Consideraciones para el Cálculo del Coeficiente de Transferencia de Calor (q)

Para calcular el coeficiente de transferencia de calor, se deben considerar los siguientes aspectos:

• El área donde se transfiere el calor.
• El coeficiente de conducción térmica.
• El coeficiente de transferencia de calor por convección.
• La cantidad de calor aportada.

El coeficiente de conducción térmica se refiere a la transferencia de calor en el sólido, mientras que el coeficiente de transferencia de calor por convección se relaciona con el líquido (el cual se mueve con una determinada velocidad y en un régimen laminar o turbulento). Ambos coeficientes se determinan experimentalmente.

Operación al Vacío en el Último Efecto de los Evaporadores

¿Por qué los Evaporadores Operan con el Último Efecto al Vacío?

Los evaporadores operan con el último efecto al vacío para evitar un aumento de presión, ya que esto generaría un aumento de la temperatura. Existen productos sensibles al calor que pierden sus propiedades al ser expuestos a altas temperaturas.

¿Cómo se Mantiene el Vacío en el Último Efecto?

El vacío en el último efecto se puede mantener de las siguientes maneras:

• Modificando la temperatura de ebullición.
• Agregando un brazo hidrostático, como en los evaporadores barométricos (en este caso, se varía el caudal de agua para modificar las presiones y mantener el vacío).

Métodos para Realizar el Vacío en el Último Efecto

El vacío en el último efecto se puede lograr determinando la presión de entrada y luego modificando la temperatura de ebullición mediante la introducción de vapor de agua a menor temperatura.