MARCO REFERENCIAL
¿QUÉ ES LA EVAPORACION?
La evaporación es un proceso utilizado para separar dos sustancias que se encuentran mezcladas, obteniendo un concentrado y un condensado. Existen diferentes tipos de evaporadores; En este caso utilizaremos un evaporador tipo cesta.
¿QUÉ ES UN EVAPORADOR TIPO CESTA?
Este es un evaporador vertical donde hay una serie de pisos circulares huecos por donde circula el elemento calefactor. El fango a secar juntamente con el ya seco mezclado en proporción adecuada, entra en el secador por la parte superior. Un sistema de paletas colocadas en la superficie hacen que el fango vaya avanzando desde el exterior hacia el centro del piso cayendo al inferior y en éste el movimiento del fango es desde el centro hacia la periferia.
¿COMO ESTA CONSTITUIDO?
El evaporador vertical tipo cesta está constituido por:
Ø Un recipiente cilíndrico (cuerpo)
Ø Mazo de tubos en posición vertical
Ø Cámara anular a través de la cual circula el vapor calefaccionante.
Mazo vertical de tubos por cuyo interior circula el líquido a tratar.
¿CÓMO FUNCIONA?
Este evaporador hace que la solución, depositada en el contenedor, vaya hacia unos tubos verticales donde se incrementa la temperatura por medio de vapor, el cual pasa a través estos tubos hasta llevar la solución al punto de ebullición, esto genera un flujo ascendente a través de los tubos, y el líquido no evaporado fluye hacia abajo saliendo por otra tubería, obteniendo así el concentrado.
En las condiciones de operación que se presentan en un proceso industrial es muy común que no sean uniformes, lo cual debe ser considerado para cuidar del buen funcionamiento de todos los instrumentos que intervienen en el sistema además de hacer más óptimo el proceso y su producción.
CAMPO DE APLICACIÓN
- Fertilizantes (nitrato de amonio, ácido fosfórico, carbonato de potasio, úrea)
- Polímeros (estireno monómero, nylon, acrilatos, polímero sintético de etileno propileno, EPDM)
- Química inorgánica (soda cáustica, carbonato de potasio, carbonato de sodio, dicromato de sodio, nitrato de sodio, sulfato de sodio)
- Tratamientos de aguas residuales
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas
§ El evaporador tipo cesta cuenta con control manual y además un control totalmente automatizado; con la visualización digital de las variables del proceso, teniendo así una mayor precisión en la lectura de los datos.
- Gran utilización del vapor
- La presión se distribuye
Desventajas
- Hay que colocar bombas para que fluya el concentrado
DESARROLLO DEL PROCESO
Las variables que intervienen en el proceso del evaporador tipo cesta son:
- Temperatura,
- Presión,
- Flujo
- Nivel.
La primera variable a medir es la temperatura, esto se hace a través de termopares. La aplicación más común de los termopares es la medición de temperaturas puesto que la diferencia de potencial producida ente sus terminales está en función de la variación de temperatura.
Los termopares son elementos de medición de temperatura activos, esto es, que generan una señal eléctrica proporcional a la temperatura a la que están sometidos. Los termopares se componen de dos conductores de diferente coeficiente térmico unidos en sus extremos. Se construyen de metales que presenten características de alta sensibilidad a la temperatura, lo que ha dado origen a diferentes aleaciones materiales para lograr operaciones dentro de rangos de operación muy variados. La composición de los materiales usados en la construcción de termopares se muestra a continuación:
Material Composición
Hierro 99.5% de Hierro.
Constantán 45% de Níquel y 55% de Cobre y 95% de Níquel
Platino/Rodio (13%)87% de Platino y 13% de Rodio.
Platino/Rodio (10%) 90% de Platino y 10% de Rodio.
Cobre 100% de Cobre.
De acuerdo al rango de operación y a la combinación de aleaciones que los componen los termopares se clasifican dentro de los siguientes tipos:
Tipo Materiales
J Hierro-Constantán (Galga 14).
T Cobre-Constantán (Galga 20).
K Cromel-Alumel (Galga 14).
R Platino/Rodio(13%)-Platino.
S Platino/Rodio(13%)-Platino.
J *Hierro-Constantán (Galga 8).
Los termopares a pesar de ser sensores lineales no están exentos de desventajas que limitan su uso. En primer lugar es necesario apuntar que tienen una relación señal a ruido (SNR) muy baja, es decir, son muy susceptibles a sufrir alteraciones por ruido. Esto es una consecuencia lógica, ya que al tratarse de dos conductores, cuando están instalados cerca de campos magnéticos fuertes tendrán voltajes inducidos cuando su longitud sea larga. Es por ello que requieren de un acondicionador que incluya filtros que eliminen los voltajes inducidos de altas frecuencias con un transmisor adecuado cerca del lugar de medición.
El proceso del trabajo inicia tomando el voltaje del termopar que se instaló en el evaporador tipo cesta. Este voltaje es una señal analógica; el termino analógico en la industria y las telecomunicaciones significa todo proceso entrada/salida cuyos valores son continuos, es decir es todo aquello que puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto límite superior e inferior; en este caso el termopar nos ofrece una gran cantidad de valores dependiendo de la variación de la temperatura, por todo esto requiere de una serie de etapas o proceso para acondicionar la señal.
El acondicionamiento de la señal consiste en la amplificación de la señal, filtrado y conversión digital de la misma; debido al hecho de que el termopar da una variación de potencial en milivolteos es indispensable la amplificación de la señal, la filtración se encarga de eliminar los voltajes parásitos producidos en el proceso. El término digital involucra valores de entrada/salida discretos, es decir solo se toman valores fijos, en este caso ceros y unos. Aquí se utiliza un ADC (convertidor analógico – digital), este recibe el voltaje analógico y lo convierte una versión digital en formato binario.
Figura 1.
Obtenida la señal analógica que entrega el transductor; en este caso el termopar, se canaliza hacia una interfaz para la comunicación con los dispositivos de monitoreo. Dicha interfaz considera la conversión a digital, filtrado y acondicionado de la señal analógica.
El flujo y el nivel son las variables que se han de controlar. Para dicho proceso se utilizaron válvulas de posición manejadas con motores a pasos controladas mediante el micro controlador 8031utilizando interfaces de potencia del microcontrolador a los motores además del software apropiado.
En la interfaz de potencia se utilizaron transistores npn en la configuración de colector común para cada una de las bobinas del motor a pasos; las señales digitales del microprocesador excitan la base del transistor obligándolo a entrar en conducción el colector con el emisor del mismo, haciendo así circular una corriente a través del transistor y por ende a través de las bobinas del motor. Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos. La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°. Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas está energizada, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.
Para el manejo de la presión se utilizó un transmisor (convertidor de presión a voltaje) el cual nos da una variación de potencial directamente proporcional a la presión aplicada al transmisor, la señal que nos da el trasmisor de igual manera fue acondicionada al igual que los casos anteriores visualizándola mediante displays, además se controló también la presión inversa, es decir, el vacío, mediante una válvula de posición operada por el microcontrolador.
Diagrama de instrumentación.
INSTRUMENTOS UTILIZADOS PARA EL CONTROL DEL EVAPORADOR TIPO CESTA MEDIANTE INSTRUMENTOS INDUSTRIALES.
Siguiendo el estándar de las Normas ISA S5-1 tenemos el siguiente cuadro para trazado de líneas y de terminología, así como la simbología del Diagrama de Instrumentación mostrado anteriormente.
