Tipos de evaporadores industriales: tubos horizontales, verticales y calandria exterior

Resumen

El documento describe los principales tipos de evaporadores industriales según la disposición de sus tubos: horizontales, verticales cortos (calandria interna, tipo cesta) y verticales largos (LTV). Explica el funcionamiento de cada uno, sus ventajas e inconvenientes y sus aplicaciones, incluido el uso de calandrias exteriores en la concentración de alimentos sensibles al calor.

Puntos clave

El evaporador de tubos horizontales tiene un coste bajo y una instalación sencilla, pero un coeficiente de transmisión de calor relativamente bajo.
Es adecuado para líquidos poco viscosos que no formen espumas ni incrustaciones.
En el evaporador de tubos verticales cortos, la calandria interna constituye la superficie de calefacción y el líquido circula por convección natural.
En el tipo cesta, la calandria es una unidad cerrada y el líquido desciende por la corona circular externa.
Los evaporadores de tubos largos verticales pueden operar con recirculación o en un solo paso (once-through).
En la operación de un solo paso se elimina el coste de la bomba de recirculación, aunque los coeficientes de transmisión pueden ser inferiores.
La calandria exterior facilita la limpieza y, a presión reducida, se usa para concentrar leche, extractos cárnicos y jugos de frutas.

Ponte a prueba

Evaporador de Tubos Horizontales

Consiste en un recipiente cerrado, en cuyo fondo hay montado un haz de tubos horizontales. El cuerpo del evaporador se construye generalmente en acero soldado. Los tubos se acoplan por sus extremos en dos chapas mediante empaquetaduras.

El agente calefactor, usualmente vapor de agua, se introduce en una caja de vapor que comunica con el interior de los tubos horizontales, condensando en su interior.

Su coeficiente de transmisión de calor es relativamente bajo. Sus principales ventajas son su bajo coste y fácil instalación. Su empleo está indicado cuando se manejan líquidos poco viscosos que no formen espumas ni presenten tendencia a formar incrustaciones.

Evaporadores de Tubos Verticales

Evaporador de Tubos Cortos Verticales (Calandria Interna)

Consta de un cuerpo cilíndrico y, en el fondo, una caja de vapor (calandria) sumergida en el líquido a evaporar. Los tubos, dispuestos verticalmente dentro de la calandria, constituyen la superficie de calefacción. El líquido circula por el interior de los tubos (o por el exterior, según el diseño), siendo impulsado hacia arriba por el vapor generado dentro de los tubos (si la ebullición ocurre allí) y por convección natural, especialmente cuando existe una elevada carga hidrostática que impide la ebullición inmediata.

Para completar el ciclo de circulación, el líquido desciende para volver a entrar en los tubos, ya sea por un conducto central (tubo de descenso) o por una corona circular (espacio anular) situada entre la calandria y el cuerpo del evaporador.

Variante: Evaporador Tipo Cesta (Basket Type)

Cuando la calandria es una unidad cerrada y el líquido desciende por la corona circular externa a ella, el evaporador se denomina comúnmente tipo cesta.

En general, con los evaporadores de tubos verticales se logra un excelente equilibrio entre la superficie de calefacción necesaria y el coste de instalación.

Evaporador de Tubos Largos Verticales (LTV)

Estos evaporadores utilizan tubos de mayor longitud que los anteriores. La operación puede ser:

Con recirculación: El líquido circula varias veces a través de los tubos.
De un solo paso (Once-through): El líquido pasa una sola vez por los tubos y el concentrado se separa en la parte superior (cabeza o cúspide) del evaporador.

En la operación de un solo paso, los coeficientes de transmisión del calor pueden ser inferiores en comparación con la recirculación forzada, pero se elimina el coste de instalación y funcionamiento de la bomba de recirculación.

Evaporador de Circulación Natural con Calandria Exterior

En esta configuración, la calandria (haz de tubos de calefacción) está ubicada fuera del cuerpo principal del evaporador (espacio separador de vapor-líquido). La construcción es simple y permite un fácil acceso al haz de tubos para limpieza o mantenimiento.

En algunos casos, la calandria tubular puede ser reemplazada por un cambiador de calor de placas, lo cual resulta particularmente útil cuando es previsible la deposición de incrustaciones o la degradación térmica del producto.

A pesar de que se mantienen en recirculación grandes volúmenes de líquido, los evaporadores de este tipo, operando a presiones reducidas (vacío), se usan profusamente para la concentración de productos alimenticios sensibles al calor, como la leche, los extractos cárnicos y los jugos de frutas, debido a los cortos tiempos de residencia que pueden lograrse.

Preguntas frecuentes

¿Para qué líquidos es adecuado un evaporador de tubos horizontales?

Su empleo está indicado cuando se manejan líquidos poco viscosos que no formen espumas ni presenten tendencia a formar incrustaciones. Sus principales ventajas son su bajo coste y su fácil instalación.

¿Qué diferencia hay entre el evaporador de tubos largos verticales de recirculación y el de un solo paso?

En la recirculación el líquido circula varias veces por los tubos, mientras que en la operación de un solo paso pasa una sola vez y el concentrado se separa en la parte superior. El de un solo paso elimina el coste de la bomba de recirculación, pero sus coeficientes de transmisión pueden ser inferiores.

¿Por qué se usan evaporadores de calandria exterior para alimentos?

Operando a presiones reducidas (vacío) permiten cortos tiempos de residencia, lo que los hace adecuados para productos sensibles al calor como la leche, los extractos cárnicos y los jugos de frutas. Además, la calandria es fácil de acceder para limpieza.