EVAPORADORES. 2P

 Que son los evaporadores

Los evaporadores son dispositivos utilizados para transformar un líquido en vapor mediante la aplicación de energía térmica, eliminando el contenido líquido del sistema o reduciendo su concentración. Este proceso de evaporación se basa en el aumento de la temperatura del líquido hasta alcanzar su punto de ebullición, momento en el cual comienza a cambiar de estado a vapor. Los evaporadores son fundamentales en numerosas industrias, ya que permiten separar componentes, concentrar soluciones y recuperar líquidos en procesos específicos.

El principio de funcionamiento de un evaporador implica la transferencia de calor desde una fuente térmica al líquido, lo que provoca la vaporización de una parte del mismo. Los evaporadores suelen estar diseñados para maximizar la eficiencia térmica y evitar la degradación del líquido procesado, lo que hace los ideales para manejar soluciones sensibles al calor, como las presentes en la industria alimentaria o farmacéutica.

Existen diversos tipos de evaporadores, como los de película descendente, de circulación forzada y los de múltiples efectos. Cada uno está diseñado para aplicaciones específicas según las propiedades del líquido a evaporar, las condiciones del proceso y el objetivo final. Por ejemplo, los evaporadores de película descendente son comunes en la industria láctea, mientras que los de Múltiples efectos se utilizan en la industria química para mejorar la eficiencia energética.

Además de sus aplicaciones industriales, los evaporadores son esenciales en sistemas de refrigeración y aire acondicionado. En estos sistemas, el evaporador es responsable de absorber el calor del espacio a enfriar, lo que permite que el refrigerante pase del estado líquido al gaseoso, manteniendo la temperatura deseada. Su diseño compacto y eficiente hace que los evaporadores sean elementos cruciales en el control térmico y en una amplia gama de aplicaciones industriales y domésticas.

Para qué sirven los evaporadores

Los evaporadores tienen como función principal transformar líquidos en vapor mediante la transferencia de calor, lo que los convierte en herramientas esenciales para procesos de concentración, separación o eliminación de líquidos. En la industria alimentaria, por ejemplo, se utilizan para concentrar jugos, lácteos y otros productos líquidos, eliminando el exceso de agua mientras se preservan las propiedades del producto. En la industria química, permiten separar compuestos volátiles de mezclas líquidas o recuperar solventes mediante la vaporización.

En sistemas de refrigeración y aire acondicionado, los evaporadores desempeñan un papel clave al absorber el calor del entorno que se desea enfriar. Este proceso permite que el refrigerante pase del estado líquido al gaseoso, lo que genera un efecto de enfriamiento. Así, los evaporadores no solo son fundamentales para optimizar procesos industriales, sino también para proporcionar confort térmico y controlar la temperatura en aplicaciones domésticas y comerciales.

Cómo funciona un evaporador

El funcionamiento de un evaporador se basa en la transferencia de calor al líquido que se desea evaporar, lo que provoca un cambio de estado de líquido a vapor. Este calor puede provenir de diferentes fuentes, como vapor, electricidad o combustibles, dependiendo del diseño y la aplicación del evaporador. El líquido se calienta hasta alcanzar su punto de ebullición, y el calor adicional se utiliza para romper las fuerzas intermoleculares, permitiendo que el líquido pase a estado gaseoso. Este vapor generado puede ser recolectado o eliminado, según el objetivo del proceso.

En los sistemas de refrigeración, el evaporador opera de manera diferente. En estos casos, el refrigerante, un fluido especial, entra en el evaporador en estado líquido a baja presión y temperatura. Al absorber el calor del ambiente o del espacio que se desea enfriar, el refrigerante se vaporiza. Este cambio de estado permite retirar calor del entorno, enfriándolo de manera eficiente. El vapor resultante se dirige al compresor para continuar el ciclo de refrigeración.

El diseño de los evaporadores puede variar dependiendo de la aplicación específica. En algunos casos, como los evaporadores de película descendente, el líquido fluye en una película delgada a lo largo de una superficie calentada, lo que maximiza la eficiencia térmica y minimiza el daño térmico a líquidos sensibles. En otras aplicaciones, como en los evaporadores de circulación forzada, se utiliza un sistema de bombeo para mejorar el contacto entre el líquido y la superficie caliente, incrementando la velocidad de evaporación.

Clasificación y tipos de evaporadores

Evaporadores de película descendente: Los evaporadores de película descendente están diseñados para manejar líquidos sensibles al calor o con alta viscosidad. En este tipo, el líquido fluye en una capa delgada a lo largo de la superficie interna de un tubo calentado, donde se evapora rápidamente. Este diseño minimiza el tiempo de residencia del líquido en contacto con la fuente de calor, reduciendo el riesgo de degradación térmica. Además, la alta eficiencia de transferencia de calor hace que este tipo de evaporador sea ideal para la concentración de productos alimenticios, como jugos y leche.

Este tipo de evaporador también se utiliza en la industria química para procesos que requieren una evaporación precisa y controlada, como la recuperación de solventes. Gracias a su diseño compacto y su capacidad para manejar grandes volúmenes de líquido, los evaporadores de película descendente son ampliamente adoptados en sectores que exigen eficiencia energética y alta calidad del producto final.

Evaporadores de circulación forzada: En los evaporadores de circulación forzada, el líquido es impulsado mediante bombas a través de un sistema de tubos calentados, lo que permite un contacto más uniforme con la superficie de transferencia de calor. Este diseño es ideal para líquidos con alta concentración de sólidos o viscosidad elevada, ya que evita la formación de incrustaciones y depósitos en las superficies internas. Este tipo de evaporador es común en la industria farmacéutica y química, donde se manejan soluciones complejas.

Además, su capacidad para operar bajo presiones controladas permite que estos evaporadores sean utilizados en procesos de evaporación al vacío. Esto reduce la temperatura de ebullición del líquido, protegiendo sus propiedades sensibles al calor. Gracias a su versatilidad y confiabilidad, los evaporadores de circulación forzada son esenciales en aplicaciones que requieren estabilidad operativa y control térmico preciso.

Evaporadores de tubos verticales o de película ascendente: Los evaporadores de tubos verticales o de película ascendente funcionan utilizando la diferencia de presión generada por la vaporización del líquido. A medida que el líquido hierve dentro de los tubos verticales, las burbujas de vapor generadas lo arrastran hacia arriba, creando una película delgada que maximiza la transferencia de calor. Este diseño es eficiente para líquidos de baja viscosidad y con menor contenido de sólidos.

Estos evaporadores son comunes en la producción de edulcorantes, jarabes y otros líquidos alimentarios, donde se necesita una evaporación rápida y eficiente. También son empleados en aplicaciones químicas de bajo volumen, donde el espacio es limitado y se requiere un diseño compacto.

Evaporadores de múltiples efectos: Los evaporadores de múltiples efectos están diseñados para maximizar la eficiencia energética utilizando el vapor generado en una etapa como fuente de calor para la siguiente etapa. En este diseño, el líquido pasa por varias cámaras de evaporación, cada una con una presión y temperatura más bajas, permitiendo una evaporación más efectiva con un menor consumo de energía.

Este tipo de evaporador es ampliamente utilizado en industrias como la desalación de agua, donde se requiere separar grandes cantidades de líquido de forma eficiente. También se emplea en la producción de papel y celulosa, así como en la concentración de productos químicos, ya que su diseño reduce significativamente los costos operativos a largo plazo.

Evaporadores de placa: Los evaporadores de placa utilizan placas metálicas en lugar de tubos para la transferencia de calor. Estas placas están ensambladas en forma de módulos, y el líquido y el vapor fluyen en canales alternos a través de las placas. Este diseño compacto y eficiente permite un alto intercambio de calor en un espacio reducido, siendo ideal para aplicaciones en las industrias de alimentos, bebidas y productos químicos.

La principal ventaja de los evaporadores de placa es su capacidad para manejar líquidos viscosos y con alta concentración de sólidos sin comprometer la eficiencia. Además, son fáciles de limpiar y mantener, lo que los hace adecuados para procesos que requieren higiene estricta, como la pasteurización y la producción de productos lácteos.

Evaporadores rotativos: Estos evaporadores están diseñados para manejar líquidos sensibles al calor o que necesitan operar a bajas presiones. En este tipo, el líquido se coloca en un cilindro giratorio donde se calienta suavemente mientras se aplica un vacío para reducir el punto de ebullición. El movimiento rotativo distribuye el líquido en una película delgada, acelerando la evaporación.

Son ampliamente utilizados en laboratorios y la industria farmacéutica para la concentración de compuestos, purificación de solventes y recuperación de materiales valiosos. Su precisión y control hacen que sean ideales para aplicaciones de pequeño volumen que requieren evitar la degradación térmica.

Evaporadores de vacío: Este tipo de evaporador opera a bajas presiones, lo que reduce el punto de ebullición del líquido y permite la evaporación a temperaturas mucho más bajas. Esto es especialmente útil para líquidos sensibles al calor, como los productos farmacéuticos, jugos y productos químicos delicados. Además, los evaporadores de vacío son ideales para ahorrar energía, ya que utilizan sistemas cerrados que permiten la recuperación del vapor generado, disminuyendo el consumo energético total.

Aplicaciones en la Industria de los Evaporadores 

 Industria Alimentaria 

• Concentración de jugos y jarabes: Para reducir el contenido de agua y aumentar la densidad de productos como jugos de frutas, jarabes de azúcar, leche condensada y extractos alimenticios. 
• Producción de productos lácteos: Concentración de leche, suero de leche y otros derivados lácteos antes del secado en polvo. 
• Elaboración de conservas y salsas: Reducción del agua en purés, concentrados de tomate y salsas para aumentar su vida útil

Industria Química

• Producción de productos químicos: Concentración de soluciones químicas como ácidos, sales y álcalis antes de su cristalización o uso en procesos posteriores. 
• Recuperación de solventes: En procesos donde es necesario separar y recuperar solventes valiosos para reutilización. 
• Fabricación de fertilizantes: Evaporación de soluciones de amoníaco o nitrato para producir fertilizantes concentrados. 

Industria Farmacéutica

• Producción de medicamentos: Concentración de soluciones activas, extractos medicinales y jarabes.
• Eliminación de solventes: Separación de solventes orgánicos de principios activos.
• Producción de vitaminas y aminoácidos: Concentración de soluciones para procesos posteriores.

Industria Papelera

• Concentración de licor negro: En la producción de pulpa de papel, se concentra el licor negro para su posterior incineración y recuperación de productos químicos y energía. 
• Reutilización de efluentes: Concentración de líquidos residuales para minimizar el impacto ambiental. 

CONCLUSIÓN 

Los evaporadores son equipos esenciales en una amplia variedad de industrias, aportando beneficios como la optimización de procesos, reducción de costos, recuperación de recursos valiosos y contribución a la sostenibilidad ambiental, listo para procesos de concentración de líquidos.

Su diseño basado en la reutilización del calor en múltiples etapas permite un ahorro significativo de energía, reduciendo tanto los costos operativos como el impacto ambiental.

Este sistema es ampliamente aplicable en industrias como la alimentaria, química, papelera y desalinizadora, demostrando su versatilidad y eficacia.

La implementación de EME no solo optimiza la eficiencia térmica de los procesos, sino que también contribuye al desarrollo de tecnologías industriales más sostenibles y rentables.

EXPOSICIÓN

EVAPORADORES

Bibliografía

Moran, MJ, y Shapiro, HN (2004). Fundamentos de termodinámica en ingeniería (5ª

     ed.). Hoboken: John Wiley & Sons.

Pérez Velázquez, E. (2019). Intercambiadores de calor: Diseño y aplicaciones .

     Bogotá: Editorial Ecoe.

Sardo, JJ (2011). Termodinámica de procesos térmicos . Barcelona: Editorial Reverté.

Singh, RP y Heldman, DR (2014). Introducción a la ingeniería de alimentos . México:

     Acribia.

Zavala Gómez, M. (2017). Manual de transferencia de calor: Prácticas y aplicaciones

     industriales . Ciudad de México: Alfaomega. 

Telwesa. (23 de 03 de 2022). Telwesa. Obtenido de Telwesa: https://telwesa.com/tratamiento-deresiduos-liquidos/

Tuset, S. (2024). Fundamentos de la Evaporación al vacío . Condorchem Enviro Solutions.