PROBLEMAS
8.4-l. Coeficiente de transferencia de calor en un evaporador de efecto simple. Una alimentación de 4535 kg de solución de sal al 2.0%
en peso a 3 l l K, entra continuamente a un evaporador De efecto simple para concentrarse a 3.0%. La evaporación se lleva a cabo a
presión Atmosférica y el área del evaporador es 69.7 m*. El calentamiento se logra con vapor de agua Saturado a 383.2 K. Puesto que la
solución es diluida, se puede suponer que tiene el mismo Punto de ebullición del agua. Se estima que la capacidad calorífica de la
alimentación es cp. = 4.10 kJ/kg * K. Calcule las cantidades de vapor y de líquido producidas y el coeficiente total De transferencia de
calor U.
Respuesta: U = 1823 W/m* *K
8.4-2. Efectos de una alimentación más rápida en el evaporador. Con los mismos valores del área,
U, presión del vapor de agua, presión del evaporador y temperatura de la alimentación del problema 8.4- 1, calcule las cantidades de
líquido y de vapor que salen y la concentración del líquido de salida cuando la velocidad de alimentación se aumenta a 6804 kg/h.
Respuesta: V = 1256 kgih, L = 5548 kg/h, xL = 2.45%
8.4-3. Efecto de la presión del evaporador sobre la capacidad y la composición del producto.
Repita el cálculo del ejemplo 8.4-1, esta vez con una presión del evaporador de 41.4 kPa en lugar de 101.32 kPa abs. Use los mismos
valores de presión del vapor de agua, área A y coeficiente de transferencia de calor U.
a) Determine la nueva capacidad o velocidad de alimentación en estas condiciones. La composición del producto líquido es la misma de
antes.
b) Determine la nueva composición del producto al aumentar la velocidad de alimentación a
18144 kg/h.
8.4-4. Producción de agua destilada. Se emplea un evaporador con área de 83.6 m* y
U = 2270 W/m* *K para obtener agua destilada que se alimenta a una caldera. Al evaporador se introduce agua municipal que tiene 400
ppm de sólidos disueltos a 15.6 “C y la unidad opera a 1 atm abs de presión. Se dispone de vapor de agua saturado a 115.6 “C (25
Ib/pulg2 abs). Calcule la cantidad de agua destilada que se produce por hora si el líquido de salida contiene 800 ppm de sólidos.
8.4-5. EPE de soluciones de NuOH. Determine el punto de ebullición de la solución y la EPE en los siguientes casos:
a) Una solución de NaOH al 30% que hierve en un evaporador a presión de 172.4 kPa (25 psia).
b) Una solución de NaOH al 60% que hierve en un evaporador a presión de 3.45 kPa (0.50 psia).
Respuesta: a) Punto de ebullición = 130.6 “C, EPE = 15 “C
8.4-6. EPE de solutos biológicos en disolución. Determine el EPE de las siguientes soluciones de solutos biológicos en agua. Use la figura
de (Pl) de las páginas ll a 3 1.
a) Una solución al 30% en peso de ácido cítrico en agua, que hierve a 220 “F (104.4 “C).
b) Una solución al 40% en peso de sacarosa en agua, que hierve a 220 “F (104.4 “C). ~
Respuesta: a) EPE = 2.2 “F (1.22 “C)
8.4-7. Efecto de la temperatura de alimentación en la evaporación de una solución de NaOH.
Un evaporador de efecto simple concentra una alimentación de 9072 kg/h de una solución de
NaOH al 10% en peso en agua para obtener un producto con 50% de sólidos. La presión del vapor de agua saturado es 42 kPa
(manométricas) y la presión en el evaporador es 20 kPa (abs). El coeficiente total de transferencia de calor es 1988 W/m2 - K. Calcule la
cantidad de vapor de agua que se usa, la economía de vapor en kg vaporizados/kg vapor de agua y el área para las siguientes condiciones
de alimentación:
a) Temperatura de alimentación a 288.8 K (15.6 “C).
b) Temperatura de alimentación a 322.1 K (48.9 “C).
Respuesta: a) S = 8959 kg/h de vapor de agua, A = 295.4 m2
8.4-8. Coeficiente de transferencia de calor para evaporar NaOH. Para concentrar 4536 kgih de una solución de NaOH al 10% en peso
hasta el 20% en peso, se usa un evaporador de efecto simple con área de 37.6 m2. La alimentación entra a 21.1 “C (294.3 K). Se usa vapor
de agua saturado a 110 “C (383.2 K) como medio de calentamiento y la presión en el evaporador es de 5 1.7 kPa. Calcule los kgih de
vapor de agua utilizado y el coeficiente total de transferencia de calor.
8.4-9. Producción en un evaporador de efecto simple. Un evaporador concentra F kglh a 3 ll K de una disolución de NaOH al 20% en peso
hasta 50% en peso. El vapor de agua saturado para el calentamiento está a 399.3 K. La presión en el evaporador es de 13.3 kPa abs. El
coeficiente total es 1420 W/m2 - K y el área es 86.4 m2. Calcule la velocidad de alimentación F del evaporador.
Respuesta: F = 9072 kg/h
8.4-12. Concen&ación de una solución de azúcar de cuba. Se emplea un evaporador de efecto simple para concentrar. una alimentación
de 10000 Ib,,& de una solución de azúcar de caña a 80 “F que tiene 15 “Br-ix (grado Brix equivale a porcentaje de azúcar en peso) hasta
30” Brix para usarla en un producto alimenticio. Se dispone de vapor saturado a 240 “F para el calentamiento. El evaporador esta a 1 atm
abs de presión. El valor total de U es 350 btuh . pie * . “F y la capacidad calorífica de la alimentación es cp = 0.91 btu/lb, * “F. La elevación
del punto de ebullición puede estimarse con base en el ejemplo 8.5-1. Considere que el calor de disolución es despreciable. Calcule el
área de evaporador requerida y el consumo de vapor de agua por hora.
Respuesta: EPE = 2.0 “F (1.1 OC), A = 667 pies* (62.0 m2)
