Tipos de Evaporadores Industriales: Características y Aplicaciones

Evaporadores de Tubos

• Este tipo de evaporadores permite aumentar la superficie de evaporación y, en consecuencia, el rendimiento del proceso, situando en la parte inferior de la cámara de evaporación una serie de tubos por cuyo interior circula el fluido calefactor.
• Por encima de este haz de tubos, que se encuentra sumergido en la solución a concentrar, hay un amplio espacio que permite separar por gravedad las gotas de líquido que el evaporado arrastra después de la ebullición.
• En función de la disposición de los tubos, se puede distinguir:
  • Evaporadores de tubos horizontales.
  • Evaporadores de tubos verticales.
  • Evaporadores de cesta o calandria.

Evaporadores de Tubos Horizontales

• El haz de tubos se sitúa horizontalmente.
• Su capacidad de evaporación no es muy alta, ya que la disposición de los tubos dificulta la circulación del fluido a evaporar.
• Su utilización es muy escasa, solo para líquidos de baja viscosidad y que no formen espumas ni depósitos.

Evaporadores de Tubos Verticales

• El haz tubular se dispone de forma vertical en el interior de la cámara de evaporación, lo que facilita la circulación de la disolución a concentrar, ya que el fluido más caliente sube entre los tubos, llega a la parte superior y retorna al fondo por la parte central, creando una corriente de convección.
• Se utiliza para líquidos de viscosidad moderada, no corrosivos y que no formen depósitos.

Evaporadores de Cesta o Calandria

• El elemento calefactor es un cuerpo compacto de tubos verticales que se puede extraer fácilmente para su mantenimiento.
• Se utiliza cuando se quiere llevar la evaporación al límite, es decir, evaporar todo el disolvente y obtener cristales.

Evaporadores Verticales de Tubos Largos

• Estos miden de 3 a 10 m de alto. El líquido alcanza velocidades muy elevadas, por lo que los tiempos de contacto suelen ser bastante breves en este modelo.
• Por lo general, el líquido asciende por los tubos una sola vez y no se recircula.
• En algunos casos, puede emplearse recirculación del producto 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.

Evaporadores de Película Delgada

• Se utilizan para la evaporación de mezclas de disolventes y líquidos que contienen materiales sensibles a la temperatura y, por lo tanto, el tiempo de residencia en el evaporador debe ser reducido para evitar sobrecalentamientos que puedan provocar su descomposición.

Evaporadores de Película Descendente de Tubos Largos

• Está formado por un haz de tubos largos de pequeño diámetro.
• El producto líquido normalmente entra al evaporador por la parte superior o cabezal del evaporador.
• Una película fina entra a los tubos de calentamiento fluyendo hacia abajo, donde es calentada hasta su temperatura de ebullición y así, es parcialmente evaporada.
• Tanto el producto concentrado como el vapor originado fluyen hacia abajo en un flujo paralelo.
• La separación del producto concentrado y el vapor del disolvente se lleva a cabo en la parte baja del evaporador y en el separador.
• El rendimiento cae al producirse resecamiento de los tubos y la aparición de incrustaciones.

Evaporadores de Película Descendente de Tubos Largos

• Estos evaporadores pueden trabajar con incrementos de temperatura muy bajos entre el medio de calentamiento y el líquido a evaporar y, además, tienen tiempos de contacto con el producto muy cortos, justo unos cuantos segundos por paso.
• Estas características hacen que estos evaporadores sean especialmente adecuados para productos sensibles al calor.
• Estos equipos deben ser diseñados con bastante cuidado, ya que es extremadamente importante que el espesor de la película de alimentación que desciende por los tubos sea adecuada, ya que de ser insuficiente se presentarán puntos de recalentamiento e incrustaciones de producto seco, lo que puede provocar roturas del equipo o atascamientos.
• Por lo tanto, el diseño del sistema distribuidor de producto en el cabezal del evaporador es crítico para alcanzar un mojado completo y uniforme de los tubos.

Evaporadores de Película Descendente de Tubos Largos

• Debido al bajo volumen de líquido contenido en este tipo de unidades, los evaporadores de película descendente pueden ser rápidamente arrancados y cambiados al modo de limpieza o a otro producto fácilmente.
• Los evaporadores de película descendente son sumamente sensibles a modificaciones de parámetros tales como suministro de energía, vacío, nivel de alimentación, concentraciones, etc.

Evaporadores de Película Delgada Mecánica (de Película Agitada)

• Este equipo evita los efectos negativos inherentes a la ebullición en el interior de tubos en vertical de los evaporadores de película descendente de tubos largos.
• Está formado por una camisa de calentamiento, y en el interior del evaporador se encuentra montado un rotor con múltiples láminas que hace que el líquido descienda formando una delgada película uniforme, mientras el vapor generado sube por la parte central del tubo.
• Evapora soluciones de alta viscosidad.
• Su alto coste y baja capacidad hace que solo sea usado como aparato de acabado para lograr determinadas especificaciones que no es posible obtener de otra forma.

Evaporadores de Película Ascendente

• Estos equipos funcionan bajo el principio del termosifón.
• La alimentación (A) entra por el fondo de los tubos de calentamiento y, al ser calentado, el vapor comienza a formarse.
• La fuerza ascendente de este vapor producido durante la ebullición causa que el líquido y el vapor asciendan en un flujo paralelo.
• Al mismo tiempo, la producción de vapor se incrementa, y el producto es presionado como una película delgada hacia las paredes de los tubos, y el líquido sube hacia arriba.
• Este movimiento de corriente hacia arriba en contra de la gravedad tiene el efecto beneficioso de crear un alto grado de turbulencia en el líquido.
• Esto es ventajoso durante la evaporación de productos altamente viscosos y productos que tienen una tendencia a ensuciar las superficies de calentamiento.

Evaporadores de Película Ascendente

• En este tipo de evaporadores, generalmente debe haber una diferencia de temperaturas muy alta entre la temperatura de ebullición de la disolución a concentrar (relativamente baja) y la del vapor empleado (relativamente alta).
• De otra forma, la energía del flujo de vapor no es suficiente para transportar el líquido y producir la película ascendente.
• Este tipo de evaporador es frecuentemente usado con recirculación de producto, donde parte del concentrado producido es reintroducido a la entrada de la alimentación para producir una carga suficiente de líquido dentro de los tubos de calentamiento.

Evaporadores de Circulación Forzada

• Este tipo de evaporador es también usado en aplicaciones de cristalización debido a que la evaporación y, por lo tanto, el incremento de concentración, no ocurre en la superficie de transferencia de calor, sino en una cámara independiente al intercambiador de calor.

Evaporadores de Circulación Forzada

• Este tipo de evaporadores podría incluirse también entre los que hemos llamado evaporadores de tubos.
• Estos evaporadores de circulación forzada son empleados cuando se desea evitar la evaporación del producto sobre la superficie de calentamiento debido a las características de ensuciamiento del producto o para evitar la cristalización.
• La velocidad de flujo en los tubos debe ser alta, y se requieren bombas de alta capacidad.
• La corriente a evaporar es calentada cuando fluye a través del intercambiador de calor. Una vez que pasa a la cámara flash (separador), esta corriente es parcialmente evaporada debido a un descenso de la presión.
• Para mantener una buena transferencia de calor dentro del intercambiador, es necesario tener un alto valor en el flujo de recirculación.
• Las altas velocidades dentro de los tubos permiten obtener grandes coeficientes de transferencia térmica, sin que se ensucien los tubos.

Evaporadores de Placas

• De forma alternada, por una placa circula producto y por otra placa circula vapor. En la periferia de las placas, se colocan juntas que evitan la mezcla de los fluidos y llevan cada flujo hasta su orificio de salida.
• El evaporador puede trabajar en serie o en paralelo, dependiendo de la disposición de las juntas.
• El coeficiente de transmisión de calor es muy alto debido a los flujos turbulentos que existen entre las placas.
• Este evaporador es conveniente para fluidos con alto coeficiente de viscosidad, ensuciamiento, formación de espuma y aquellas soluciones sensibles al calor. Se utilizan fundamentalmente para productos alimenticios, productos farmacéuticos, emulsiones, pegamento, etc.

Accesorios de los Evaporadores

Purgadores

• El agua que se condensa del vapor de calefacción hay que darle salida.
• Una simple llave exigiría la presencia constante de un operario y la posibilidad de acumular demasiado condensado (si tarda en abrirse) o pérdidas de vapor (si se abre y no hay condensado).
• Son más cómodos, seguros y eficientes los purgadores automáticos, que se abren para dar salida al líquido de condensación y se cierran para el vapor.
• Estos purgadores también deben proporcionar:
  • Mínima pérdida de vapor vivo.
  • Larga vida útil y rendimiento estable: Un purgador bien dimensionado contribuye en el ahorro energético y económico, ya que reduce las pruebas e inspecciones, limpieza, mantenimiento, tiempos de inoperatividad y pérdidas asociadas.
  • Resistencia a la corrosión: Las partes húmedas de un purgador deben ser resistentes a la corrosión para combatir los efectos dañinos de los condensados con alto contenido en ácido o cargados de oxígeno.
  • Eliminar el aire: El aire puede estar presente en el vapor en cualquier momento, especialmente en las puestas en marcha. Este aire debe ser eliminado para no perjudicar la transferencia térmica del vapor.

Condensadores

• Cuando se trabaja a vacío, para evacuar los vapores producidos en la evaporación, estos pueden condensarse.
• Los condensadores pueden ser:
  • De contacto: El agua fría para la condensación se pone en contacto directo con los vapores a condensar.
  • De superficie: El agua fría para la condensación se pone en contacto con los vapores a condensar a través de una superficie de contacto.
• Por su sencillez y poco volumen, se prefieren los de contacto, si bien su empleo está condicionado a que no se desee recuperar los vapores procedentes del evaporador, pues en caso contrario no hay más remedio que utilizar los de superficie.

Separador de Cristales

• Para eliminar los cristales que en el transcurso de la evaporación pueden formarse, se recogen mediante la sustitución del fondo plano del cuerpo del evaporador por otro cónico donde se acumulan para darle salida continua o intermitentemente.
• Con estos dispositivos, se enlaza con la operación de cristalización.
• La separación de los cristales puede hacerse filtrando o centrifugando todo el concentrado, en cuyo caso la separación se hace fuera del evaporador.