Manual de Operacin de Ingenios AzucarerosH., Debernardi D.

CAPITULO V

EVAPORADORES EN UN INGENIO AZUCARERO (EVAPORACIN DEL JUGO DE CAA)

La evaporacin del jugo de caa es la operacin unitaria para concentrar el jugo de caa en un ingenio azucarero, el jugo llega a un equipo de evaporacin de mltiple efecto proveniente del proceso de filtracin. Perry y Green, 2001.Se utiliza para incrementar la concentracin de slidos de soluciones lquidas por eliminacin del disolvente por ebullicin. El objetivo de la evaporacin es concentrar una disolucin consistente en un soluto no voltil y un disolvente voltil. En este caso, la evaporacin se refiere a la eliminacin de agua de una solucin de azcar (judo de caa de azcar). Debido a las caractersticas del proceso, la evaporacin del jugo de caa de azcar es una de las operaciones unitarias que requieren mayor consumo de energa. Baloh y Wittwer, 1988.Por lo que la evaporacin en un sistema de mltiple efecto es comnmente utilizada en los ingenios azucareros, ya que minimiza el consumo de energa y el agua de enfriamiento empleada por el condensador. Orozco, F., M. (1998).Cuando hablamos de una estacin de evaporacin de mltiple efecto nos referimos a que dicha estacin est constituida por dos o ms cuerpos o evaporadores (efectos). Las configuraciones ms comunes en un ingenio azucarero se clasifican de la siguiente manera:

De triple efecto (tres evaporadores). Cudruple efecto (cuatro evaporadores). Quntuple efecto (cinco evaporadores). Sxtuple efecto (seis evaporadores).Hugot, E., 1982.

En cualquier operacin de evaporacin, el costo ms importante del proceso es el vapor de agua consumido. Por lo tanto los mtodos que tiendan a reducir el consumo de vapor deben ser considerados al disear evaporadores. Si el calor suministrado en el primer efecto se utiliza para evaporar el agua; este vapor, a su vez, se utiliza como medio de calentamiento del siguiente efecto y as sucesivamente, hasta que el vapor generado en el ltimo efecto se enva al condensador, este mtodo de operacin de evaporadores en serie es conocido como: evaporacin de mltiple efecto. Holland, C., D. (1981).El arreglo de los evaporadores (efectos), normalmente se realiza de acuerdo a la entrada del vapor, flujo del vapor, de los condesados y vapores vegetales extrados al jugo de caa. Por lo que en un ingenio podemos encontrar una o ms estaciones que pueden ser de la misma configuracin o de distintas configuraciones. As por ejemplo puede haber configuraciones de dos triples efectos, de un triple y un cudruple efecto, esto estar en funcin de la capacidad de molienda. Una estacin de evaporacin se disea en funcin de la superficie de caa que atiende un ingenio azucarero y de sus rendimientos de caa y azcar en la regin ecolgica en que est ubicado. Es pertinente sealar que debido a razones econmicas, se acostumbra disear los evaporadores que componen un sistema de tal manera que sean del mismo tamao, es decir, que sus reas de transferencia de calor sean iguales. La presin en el efecto donde se produce el calentamiento es inferior a la que se encuentra el efecto anterior; normalmente, el primer efecto trabaja a la presin atmosfrica, el segundo y los siguientes operan a presin negativa, es decir a vaco. Cuando no se presentan temperaturas de ebullicin en el proceso de calentamiento, el jugo llega a la estacin de evaporacin con una concentracin entre 12 y 150 Brix y sale de la estacin con una concentracin entre 55 y 600 Brix. Al jugo de caa cuando sale de la estacin de evaporacin se le conoce con el nombre de meladura.

5.1. Evaporador (efecto).Como ya mencionamos una estacin de evaporacin se compone de varios evaporadores o efectos dispuestos en diferentes configuraciones. Un evaporador se compone de una calandria de tipo tubular cuya funcin es intercambiar calor entre el vapor de entrada y el jugo de caa. El evaporador funciona de manera similar a los intercambiadores de calor descritos en el Captulo 3, el vapor caliente circula al interior del evaporador, mientras que el jugo de caa de azcar a concentrar circula al interior de los tubos que forman la calandria, Figura 5.1.De acuerdo con lo anterior, cuando nos referimos a dos fluidos a temperaturas t1 y t2, que se encuentran separados por una pared, la transmisin de calor del vapor al jugo, se conoce como cantidad de calor transmitida y se puede calcular mediante la expresin siguiente:

.

Dnde:

M= Cantidad de calor Intercambiado con el jugo (Transmitido al Jugo), [kcal].A= Superficie de intercambio de calor, [m2].k= Coeficiente de transmisin de calor, [(kcalm-2) 0C h1]..t2= Temperatura del fluido caliente, [0C].t1= Temperatura del fluido frio, [0C].

El coeficiente k, es una fraccin que se refiere a la transmisin de calor a la pared de los componentes del evaporador y se expresa de la siguiente manera:.Por lo tanto:, en esta ecuacin se observa que el valor de k, estar dado en funcin de los valores de a, b y c.Dnde:a= coeficiente de transmisin de calor del jugo a la pared.b= transmisin de calor a travs de la pared.c= transmisin de calor de calor de la pared al jugo.e= espesor de la pared.

Este es el caso clsico de transferencia de calor vapor-pared de los tubos de la calandria, pared-jugo de caa, los coeficientes de transmisin de calor del vapor a la pared son pequeos, si se comparan con los valores de k del complejo pared-jugo.

Figura 5.1.Esquema de un efecto o evaporador utilizado en la industria azucarera.

En la industria azucarera normalmente se utilizan de tres a seis cuerpos (efectos-evaporadores), como hemos mencionado, en este caso debemos analizar el tipo de vapor utilizado en esta operacin para tener un diseo ptimo y buena operacin del sistema de mltiple efecto.

5.2.El vapor su clasificacin y aplicaciones.Si el agua es calentada por encima de 1000C, esta se transforma en vapor, en estas condiciones el agua se encuentra en estado gaseoso y sus propiedades varan dependiendo de la presin y temperatura. Por lo que el vapor se puede calcificar en vapor saturado y vapor sobrecalentado.

5.2.1.Vapor saturado.Este tipo de vapor es el ms comn en la agroindustria. El vapor saturado VS se compone de agua en estado lquido y gaseoso. En el vapor saturado, el valor de la tasa de evaporacin es igual a la de condensacin.El vapor saturado es ampliamente usado en la agroindustria como fuente de calor en diversas operaciones y procesos unitarios debido a lo siguiente:

Calentamiento como calor latente. Incrementa la productividad. La presin y la temperatura se manejan con alta precisin. Al controlar la presin se controla la temperatura. Alto valor de k, es decir, alto coeficiente de transferencia de calor. Requiere de menor superficie para la transferencia de calor, lo cual implica reduccin de costos al disear equipos.

Algunas consideraciones al usar vapor saturado. Las prdidas de calor por radiacin provocan que parte del vapor se condense, lo anterior da origen a condesados, este condensado debe ser retirado instalando en los equipos trampas en las lneas de conduccin vapor. La eficiencia del calentamiento se ve afectada si no se usa vapor seco. Las cadas de presin debidas a friccin en la las lneas de vapor pueden provocar cadas en la temperatura.5.2.2. Vapor sobrecalentado.El vapor sobrecalentado VC , este vapor se encuentra a mayor temperatura que la de saturacin, pero a la misma presin. Este tipo de vapor se usa en aplicaciones de propulsin e impulso. Por lo que se tratara con mayor amplitud en otros apartados de este manual.Es importante saber que este tipo de vapor tiene un valor de k bajo, es decir, su valor de transferencia de calor es bajo.Caassen, 1939. Encontr valores de k para vapor sobrecalentado del orden de 8% en vapor proveniente de procesos precedentes, es decir, este valor es 100 veces menor al valor anterior. El vapor sobrecalentado no presenta inconvenientes en los sistemas de evaporacin en la industria azucarera, cuando este es ligero y se utiliza en periodos breves.Webre, 1947 menciona que, cuando el sobrecalentamiento no excede los 55 0C no representa riegos, ni tiene influencia en la transmisin de calor en los sistemas de evaporacin de mltiple efecto y en tachos. Por lo que, podemos concluir que el vapor sobrecalentado en un rango de 300 a 50 0C, puede utilizarse en los ingenios azucareros sin problemas en las etapas de evaporacin, calentamiento y cristalizacin.

Las caractersticas por las que el vapor sobrecalentado no es muy utilizado como fuente de calor son las siguientes: Cambios de temperatura durante el calentamiento, debido a que la porcin sobrecalentada es calor sensible.

Puede causar carbonizacin en meladuras al interior de los tubos de la calandria del evaporador, lo que puede tener efectos en la operacin de los equipos y en la calidad del azcar. En vapor sobrecalentado cuando la presin es constante, la temperatura no se puede controlar de manera precisa. En operaciones de evaporacin y calentamiento no se puede tener el control preciso de la presin de vapor.

Debido a que el vapor sobrecalentado tiene bajo valor de transferencia de calor presenta valores de k bajos.De acuerdo a lo anterior, no existen ventajas para utilizar vapor sobrecalentado en lugar del vapor saturado como fuente de calor en las operaciones de calentamiento, evaporacin y cristalizacin en la industria azucarera. Sin embargo, cuando es usado como fuente de calor para calentamiento directo, es decir, como gas a alta temperatura, presenta ventajas sobre el aire caliente, ya que puede ser utilizado en operaciones de secado y cocimiento en condiciones libres de oxgeno.

El vapor sobrecalentado es utilizado como medio motriz en los ingenios azucareros en los equipos de molienda y cogeneracin de energa debido a lo siguiente:

Mantiene la sequedad en equipos impulsados con vapor, cuyo rendimiento se ve afectado por la presencia de condensados.

mejorar la eficiencia trmica como impulsor motriz.

5.3.Clculo y diseo de una estacin de evaporacin.En 1843 el qumico azucarero Norbert Rellieux invent en Lousiana, USA, el primer evaporador que es el precursor de las modernas estaciones de evaporacin que se utilizan actualmente en la industria azucarera.El problema se le present a Rellieux cuando trato de evaporar jugo con vapor caliente a 1000C, el jugo de caa no herva en condiciones atmosfricas. Por lo tanto parar hacer hervir el jugo y evaporar el agua en la que se encontraba disuelto el azcar, diseo un sistema de varios cuerpos o efectos interconectados por donde circulaba el jugo de caa, el primer cuerpo estaba en condiciones de presin atmosfrica y los subsecuentes al vaco.Con lo anterior se pudo determinar que el jugo de caa hierve a 90 0C cuando es sometido con una columna de presin de 23 cm de vaco, a 80 0C con 40 cm de vaco, a 70 0C a 50 cm de vaco, as sucesivamente. Por lo que con este sistema de presiones negativas, se puede obtener la diferencia de temperaturas t, necesaria para hacer hervir al jugo de caa y evaporar el agua contenida en el jugo y utilizar el vapor producido en el primer efecto (cuerpo) para calentar el jugo en el segundo efecto y el vapor obtenido en este efecto para calentar el tercer cuerpo (efecto).La disposicin de interconexin de las lneas de vapor y de vaco requieren de inversiones extraordinarias, sin embargo este arreglo del sistema de evaporacin ha trado grandes ventajas a la industria azucarera en el mundo. Entre las ms importantes podemos mencionar las siguientes.

Valores grandes de t, entre el vapor producido en el primer efecto y el jugo de caa de azcar, el valor de t es igual a la cada del punto de ebullicin del jugo entre p, o la diferencia de presin entre el primer efecto y el ltimo en un sistema de evaporacin de mltiple efecto.

El sistema permite la evaporacin continua, adems de evitar coloraciones y la inversin de azucares a medida que aumenta su concentracin al aumentar su viscosidad cuando presenta una concentracin de slidos entre 55 y 60 0Brix y se le denomina Meladura.

Baloh y Wittwer, 1988. Proponen el clculo simplificado de una estacin de vapor y sealan que debido a interrelaciones complejas en la estacin de evaporacin, es necesario hacer los clculos bajo el supuesto que existe una relacin 1:1 entre el vapor consumido para el calentamiento del jugo de caa y el vapor vegetal producido por la evaporacin, es decir, que 1kg de vapor de calentamiento produce 1kg de vapor vegetal en el sistema. Considerando el planteamiento anterior se facilitan los clculos de una estacin de evaporacin de mltiple efecto y para proceder con mayor precisin es necesario tener en cuenta la entalpa.La presin es otro factor importante para calcular y disear una estacin de evaporacin, ya que el sistema trabaja bajo condiciones de presin negativa, es decir al vaco, por lo que es necesario conocer la entalpa del sistema, ya que pueden generarse diferencias en el diseo de los condensadores y las superficies de calentamiento de los evaporadores, as tambin es importante considerar el consumo de vapor.Baloh y Wittwer, 1988. Tambin sealan que es importante considerar otros aspectos tcnicos cuando se calculan y se disean estaciones de evaporacin de mltiple efecto entre los ms importantes se tienen los siguientes:

Proyeccin del diagrama de conexiones de la estacin de vapor en el que se deben incluir, las conexiones de vapor, del jugo y de los condesados.

Clculo de la evaporacin de agua.

Clculo del consumo de vapor para la concentracin del jugo de caa.

Distribucin del consumo de vapor en los cuerpos o efectos de la estacin.

Clculo de la estacin de vapor, consumo total de vapor, condensados y vapores vegetales.

Clculo de vapores de expansin.

Diseo de superficies de intercambio de calor de los evaporadores o efectos y de los intercambiadores de calor. Flujo de masas.

Los puntos anteriores son necesarios para proyectar una estacin de vapor de mltiple efecto.

5.3.1.Condiciones de clculo para una estacin de vapor de mltiple efecto.Para establecer las condiciones de clculo de la estacin de evaporacin seguiremos el esquema planteado anteriormente de tal manera que al final daremos un ejemplo con datos reales de una estacin operando en un ingenio azucarero.

5.3.1.1. Proyeccin de la distribucin de vapor y condensados.Antes de realizar la proyeccin debemos observar si no se tienen requerimientos especiales para el diseo de las lneas y conexiones de vapor y condensados. La Figura 5.2., muestra esquemas tradicionalmente empleados para el diseo de estaciones de evaporacin.

Figura 5.2.Esquema tradicionalmente empleado para el diseo de estaciones de evaporacin.

En la industria azucarera como ya hemos mencionado cuando se produce azcar estndar o refinado se presentan configuraciones de estaciones n= 3, n= 4 y n = 5. Lo anterior significa que se utilizan estaciones de evaporacin de 3 a 5 efectos (evaporadores) o la combinacin de dos o ms de ellas, como ejemplo podemos citar el caso del Ingenio el Potrero, que opera con dos estaciones de evaporacin de triple efecto cuya configuracin se puede observar en la Figura 5.3. Este ingenio cuenta con dos triples efectos. Cada uno de los evaporadores de cada efecto tiene una superficie de calentamiento de 934.2 m2, por lo que cada estacin de evaporacin tiene una superficie total de intercambio de calor de 2802.6 m2. El Potrero muestra que a su equipo de evaporacin llegan aproximadamente 333.10 tonh-1 de jugo, a las dos estaciones de evaporacin de 3 efectos, si la capacidad instalada es para una molienda de 500 tonh-1, la capacidad de evaporacin de concentracin en este ingenio es de 375.0 tonh-1, (CNIAA, 2007).

Figura 5.3. Estacin de evaporacin de triple efecto del Ingenio el Potrero.

Estos clculos se realizaron para 333 tonh-1 de jugo a 15 0Brix a la entrada de dos cuerpos de evaporacin de triple efecto cada uno, por lo que se considera que a cada cuerpo llegan 166.6 tonh-1 de jugo a 15 0Brix, lo que da como resultado 124.9 tonh-1 de agua evaporada, 41.6 tonh-1 de vapor al condensador y 41.6 tonh-1 de meladura a 60 0Brix. Por lo anterior la meladura a 60 0Brix concentrada en este Ingenio es de 83.2 tonh-1.Si se consideran dos cuerpos de evaporacin de triple efecto cada uno, la cantidad de jugo claro que llega al primer cuerpo es de 375 tonh-1 a 15 0Brix, 281.20 tonh-1 de agua evaporada y 93.8 tonh-1de vapor al condensador y 93.8 tonh-1 de meladura a 60 0Brix. (CNIAA, 2007).

5.3.1.2. Determinacin del agua a evaporar en la estacin.Para poder calcular el agua a evaporar debemos recordar la cantidad de slidos disueltos expresados como 0Brix a la entrada del sistema referidos a de caa de azcar, para finalizar la operacin en meladura con una concentracin Cx , la cantidad de agua a evaporar (Ae) de la solucin de azcar o jugo de caa. El clculo del agua a evaporar (vapores vegetales) se puede realizar mediante la ecuacin siguiente:Se debe calcular el agua a evaporar en un Cudruple efecto para un ingenio azucarero con las siguientes caractersticas operativas.

Capacidad de Molienda: 55 ton h-1= 55000 kgh-1.Peso del jugo mezclado en % caa = 100 kg.Concentracin del jugo clarificado = 15 0 Brix.Concentracin de la meladura = 60 0 Brix.Peso del Jugo primario en % caa = 110 kg.Peso del Jugo secundario en % caa = 55 kg.Temperatura del Jugo primario= 50 0C.Contra-presin= 0.53 kgcm-2.Vaco en el condensador = 0.64 m.

5.3.1.2.1.Desarrollo del clculo del agua total a evaporar [Ae]:La cantidad de agua a evaporar por el cuerpo de evaporadores se determina mediante la siguiente ecuacin:

Ae =J-M= Cm [1-(Bj Bm-1)].

Dnde: Ae= Peso del agua a evaporar kg ton-1 de caa.j= Peso del jugo obtenido kg ton-1 de caa.Cm = Capacidad de molienda. M= Peso de la meladura kg ton-1 de caa.Bj= 0Brix del jugo.Bm= 0Brix de la meladura.Ae= 55000[1-(15 60-1)].Ae= 41250 kg.

La Figura 5.4., muestra la disposicin de un sistema de evaporacin en donde los evaporadores o efectos presentan una configuracin de evaporacin en cudruple efecto, el propsito de este equipo es ilustrativo para realizar los clculos de capacidad y diseo. Es importante despus de haber calculado la cantidad total de agua a evaporar y determinar las temperaturas de operacin. Para lo cual se deben conocer las fracciones de presin que se muestran en el Cuadro 5.1.

Figura 5.4.Cuerpos de evaporadores dispuestos en un cudruple efecto.

Los datos del Cuadro 5.1, permiten calcular el tamao de los tubos de la calandria de cada cuerpo, tambin son necesarios para determinar de manera aproximada la elevacin del punto de ebullicin en los cuerpos de evaporacin.

Cuadro1.Distribucin de la disminucin de presin en un sistema de evaporacin de acuerdo al nmero de efectos o cuerpos. Cuerpos o efectos del sistemaFracciones de presin

Triple efecto (3 cuerpos)

Cudruple efecto (4 cuerpos)

Quntuple efecto (5 cuerpos)

El Cuadro 5.2, muestra la variacin del punto de ebullicin para un sistema de cuatro cuerpos o cudruple efecto partiendo de vapor de escape, as como la temperatura del jugo y la cada real de temperatura en el sistema.El siguiente paso consiste en calcular la toma de vapor. Los calentamientos se definen mediante las temperaturas del Cuadro 5.2.Existen pre-calculados rangos de temperaturas ptimas econmicas. Se deben de usar rangos ptimos para no disear superficies excesivas de calentamiento, para lo cual es necesario mantener ciertos rangos de temperatura en el vapor de calentamiento [tv] y la temperatura que se desea en el jugo [tj] a la salida del calentador

Cuadro 5.2.Escala de temperaturas en cada cuerpo para un sistema de cudruple efecto.CuerpoTemperatura del vapor 0CElevacin de la temperatura 0CTemperatura del Jugo 0CCada real de temperatura 0C

Vapor de escape112

1er cuerpo1031.3104.37.7

2do cuerpo932.095.08.0

3er cuerpo803.083.010

4to cuerpo557.062.018

Cada total de presin43.7

.El Cuadro 5.3, muestra los rangos de temperatura que debe tener el vapor de calentamiento y los rangos de temperatura de manera tal que se tengan economas en el uso de vapor.La Figura 5.3, muestra la posicin de la calandria en un cuerpo de evaporacin, as como el espejo y la posicin de los tubos al interior del evaporador.

Cuadro 3.Rangos de temperaturas en el vapor de calentamiento que se deben tener en los calentadores de jugo.

Vapor de calentamientoRangos de temperatura 0C[tv] - [tj]

Vapor de escape6 a 8

Vapor en el 1er cuerpo10 a 12

Vapor en 2don-cuerpo15 a 20

Figura 5.3.Posicin de la calandria en un cuerpo de evaporacin.

Los calentamientos despus de analizar los datos del Cuadro 5.3, los rangos de temperatura se deben expresar para jugos primarios y secundarios de acuerdo a los efectos o cuerpos, dichos rangos se muestran en el Cuadro 5.4, para [n-efectos-1].

Cuadro 5.4.Rangos de calentamiento por cuerpo o efecto para jugos primarios y secundarios.Tipo de jugoRangos de calentamiento por cuerpo 0C

3er cuerpo2do cuerpo1er cuerpo

Jugo primario50-6565-7878-93

Jugo secundario50-7575-93

5.3.1.3. Clculo y uso de vapores vegetales de la estacin.El uso de vapores vegetales es diferente tanto en proporciones como en diferentes reas de un ingenio azucarero, lo anterior est en funcin de los equipos y de la modernidad del mismo. En algunos ingenios el vapor se utiliza principalmente como fuente de calentamiento de jugos, en operaciones de cristalizacin (tachos) y secado de azcar si seguimos un orden lgico de proceso podemos decir que, el vapor vegetal de una estacin de evaporacin la podemos clasificar de acuerdo con su uso en otras operaciones. El Cuadro 5.5. Muestra la fuente de vapor vegetal, la operacin donde este es utilizado.

Cuadro 5.5.Uso de vapores vegetales provenientes de una estacin de evaporacin de quntuple efecto.Evaporador (efecto)Operaciones de usoNomenclatura

Evaporador-1Intercambiadores-jugo clarificadoVe1

Evaporador-2Cristalizacin (tachos) y secadoVe2

Evaporador-3Calentamiento de jugo E-4Ve3

Evaporador-4Calentamiento de jugo E-5Ve4

Evaporador-5CondensadosVe5

Por lo que para calcular la evaporacin en cada una de las etapas de un evaporador de quntuple efecto asumiremos que en una estacin de evaporacin y a las reas donde es utilizado el vapor vegetal y para el clculo podemos utilizar la distribucin que se presenta en el Cuadro 5.6.

Cuadro.5.6. Clculo y distribucin de vapores vegetales por efecto.Evaporador (efecto)Vapores vegetalesNomenclatura

Evaporador-5Ve5Ve5

Evaporador-4Ve5 + Ve4Ve4

Evaporador-3Ve5 + Ve4 + Ve3Ve3

Evaporador-2Ve5 + Ve4 + Ve3 + Ve2Ve2

Evaporador-1Ve5 + Ve4 + Ve3 + Ve2 + Ve1 Ve1

Los vapores vegetales en una estacin de quntuple efecto (agua evaporada) se puede calcular mediante la siguiente ecuacin.

.

Si analizamos la ecuacin anterior, la evaporacin de agua del jugo de caa debe ser igual a la distribucin de vapores vegetales del Cuadro 5.6. Cuando esta igualdad no se da entonces es necesario alimentar a otras operaciones trasladando el consumo de vapores vegetales de una etapa a otra. Cuando ocurre lo anterior y se traslada el consumo de vapor de una etapa En a otra En+1, por ejemplo de E3 a E4, la evaporacin aumenta y cuando se cambia el uso del consumo de vapor vegetal de En a En-1, decir de la etapa E4 a E3, la evaporacin disminuye.Cuando se han realizado adaptaciones y varias veces los clculos de balance de vapores vegetales en una estacin de evaporacin y no se consigue la evaporacin requerida de acuerdo al tamao del ingenio se recomienda realizar las siguientes adecuaciones:

Aumentar el nmero de efectos (evaporadores) de la estacin de evaporacin.

Enviar los vapores al condensador de la estacin de evaporacin.

Comprimir los vapores vegetales.

5.3.1.4. Clculo de la estacin de vapor, consumo total de vapor, condensados y vapores vegetales.Para calcular la estacin es necesario conocer el consumo de vapor total en fbrica.Si el consumo de vapor se distribuye como se muestra en el Cuadro 5.6., donde el consumo total de la estacin de vapor est dado por Ve1.El consumo total de vapor Vt, en un ingenio azucarero se calcula considerando el valor de Ve1 y el vapor utilizado por equipos que utilizan vapor de escape Ves, mediante la ecuacin siguiente.

.El vapor de escape de los equipos primarios y de la vlvula reductora, alimenta un equipo formando por un pre-evaporador y el primer evaporador de un cudruple efecto, as como un intercambiador de calor para de jugo clarificado y una vlvula reductora que forman parte del escape general para el resto de los equipos. Del segundo Evaporador del doble efecto se hace una extraccin de vapor vegetal que alimenta a cuatro calentadores primarios, y del primer cuerpo del doble efecto se realiza la extraccin del vapor vegetal a la lnea general de escape de, regulndose manualmente. Las calderas generan vapor para alimentar los dos turbogeneradores para dar movimiento a las turbinas y al juego de cuchillas, molinos, bombas magma y secado.El vapor de escape a presin, junto con el vapor que pasa por la vlvula reductora y la extraccin que se realiza en el primer cuerpo del doble efecto, proporciona el vapor necesario para un cudruple efecto, un triple efecto, tachos y otros usos. La descripcin anterior es de manera aproximada cmo funcionan las lneas de vapor en un ingenio azucarero promedio.En los ingenios donde se produce energa elctrica se pasa todo el vapor vivo por la lnea del turbogenerador, debido a que en esta operacin la expansin de vapor vivo se produce como vapor sobrecalentado VC (ver apartado 5.2.2. Vapor sobrecalentado). La expansin de vapor vivo produce sobrecalentamiento del vapor que debe enfriarse hasta alcanzar la temperatura de vapor saturado VS, para ello se utiliza un enfriador de vapor por medio de la inyeccin de agua. Si para enfriar el vapor vivo se inyecta una cantidad de x kg de agua por cada kg de vapor se puede calcular cantidad de vapor necesario a generar VG, en las calderas del Ingenio mediante la siguiente ecuacin.

.

Para calcular el agua a inyectar es necesario realizar un balance de la entalpa del sistema.

.Dnde:He=Entalpa especfica del vapor mezclado antes del vapor mezclado antes del enfriamiento.Hm=Entalpa especfica del vapor mezclado antes del vapor mezclado despus del enfriamiento (temperatura del vapor entre 5 y 10 0C.Ha=Entalpa especfica del agua de inyeccin que se encuentra a la temperatura del condesado que va a las calderas.Para poder realizar un balance de vapor adecuado en un ingenio azucarero, adems de los parmetros anteriores, se debe tener en cuenta el vapor utilizado para la generacin de energa en el Cuadro 5.7., se muestran los consumos de energa elctrica kW.

Cuadro 5.7. Distribucin del consumo de energa en un ingenio azucarero, OperacinNmero de EquiposmotoreskWGeneradoskWConsumidos

Bscula de guarapo2015400350

Molinos4030800650

Calderas60601000600

Turbogenerador12106030

Purificacin y clarificado3020700500

Estacin de evaporacin201015001200

Cristalizacin y centrifugado40301200600

Secado1010600600

5.3.1.5. Clculo de vapores de expansin.Los vapores de expansin se obtienen con la expansin de condensados. Si consideramos que, el vapor de expansin Vex , es generado por la expansin de vapor en el primer evaporador a partir de los condensados y conducido al cuarto evaporador en un sistema de evaporacin de mltiple efecto se consigue una disminucin de tamao x, que puede ser del mismo tamao que la cantidad de vapor necesaria en la estacin de evaporacin, sin embargo como ya vimos esta disminuye el triple (3 En+1). La expansin de condensados por etapas se genera con la misma cantidad de vapor. La disminucin de vapores vegetales se da cuando se tiene vapor de expansin de un solo cuerpo o evaporador. La cantidad de condensado producido en las calandrias de los evaporadores es igual a las cantidades de vapor desde Ve1 a Ve5, Cuando se expande una cantidad de vapor Vex desde una temperatura t1 hasta la temperatura t2, a dicha variacin le corresponde una presin de expansin cuando se produce una cantidad de vapor vegetal Vv de x kg que se puede calcular mediante la ecuacin siguiente:

.

Dnde:

= Vapores vegetales. =Vapores de expansin. = Capacidad calrica especifica del agua.= Temperatura inicial. = Temperatura final.= calor latente de vaporizacin del agua.