Ejemplo de Evaporación

En un contexto común, se llama Evaporación al fenómeno en que una sustancia líquida se va transformando en vapor, esto debido a una alta temperatura ocasionada por una fuente de calor. Se definirán algunos conceptos antes de abordar más a fondo el tema.

Líquido

Estado físico de la Materia en que las unidades que lo componen (átomos o moléculas) se encuentran a una distancia tal que pueden desplazarse libremente unas sobre otras, o dicho de otro modo, Fluir. Por eso se llama Fluido a los líquidos (y a los gases también). Siempre va a adaptarse a la forma del recipiente que lo contenga. Además, se puede hacer viajar por una tubería.

Vapor

No se considera un estado físico, porque es una mezcla entre Líquido y Gas. Un vapor está constituido por las unidades de la sustancia (átomos o moléculas) a una misma temperatura. Hay partículas líquidas inmersas en el gas, flotantes. Esa mezcla es el vapor. El vapor genera una presión sobre el líquido del que proviene. Si es suficiente la presión, el líquido estará limitado, y se generará cada vez menos vapor, hasta llegar a un equilibrio vapor-líquido, en que se mantengan en las mismas cantidades.

Saturación

Se llama Saturación al umbral entre líquido y vapor. Dicho de otra forma, es el momento en que ambas fases están interactuando, en equilibrio.

Calor Latente de Vaporización 

Es la porción de energía necesaria para que un líquido saturado se convierta en un vapor. Por ejemplo, para el Agua H₂O, es de 2257 KJ/Kg, o 539.4 cal/g a 100°C y una atmósfera de Presión. Esta energía sólo sirve para el cambio de fase. Ya después de aplicada, será posible un aumento de Temperatura en la sustancia. 

Calor Latente de Condensación

Se trata de la misma cantidad de energía que el Calor Latente de Vaporización, sólo que esta vez el Vapor la entrega al entorno, y se convierte en un líquido. Esta energía es aprovechada en la industria para operaciones de calefacción.

Niveles de Saturación 

Hay cuatro diferentes momentos en la sustancia, definidos por la  Saturación, que se explicarán a continuación:

La Evaporación como operación industrial

La Evaporación, al ser utilizada en el ámbito industrial, consiste en lo siguiente: Separar una cantidad de Disolvente de una Solución, para que la proporción de Soluto resulte mayor. En pocas palabras, la Evaporación sirve para Concentrar Soluciones.

El aparato destinado a realizar esta operación se llama Evaporador. Comúnmente está fabricado en Acero inoxidable. Hay veces que la Concentración alcanzada en el producto con un Evaporador no es la deseada todavía, y hay que agregar uno o más adicionales al proceso.

Si el proceso requiere sólo un Evaporador, se trata de una Evaporación en Efecto Simple. Si el proceso implica más, se trata de Evaporación en Efecto Doble, ó Evaporación en Efecto Múltiple.

La imagen del Efecto Simple sirve como esquema para entender los requerimientos de una Evaporación a nivel industrial. Se explicará de izquierda a derecha. El dispositivo tiene una entrada para la materia prima, que es la Solución inicial. Será contenida en la parte inferior.

Cuenta con un sistema de calentamiento, que es simplemente una tubería por la que pasará Vapor Calefactor. Este vapor Calefactor está a su temperatura de saturación, para ceder el Calor Latente, que es el que se aprovechará gracias a su magnitud. Es de flujo continuo; el vapor que ya ha cedido su calor latente se va desechando como líquido saturado.

Cuando la solución de trabajo ya está caliente, los vapores de Disolvente que se van separando ascienden, y son conducidos a un Condensador, aparato en el que se van enfriando para convertirse en líquido.

Todo el sistema está conectado a una red de vacío (presión negativa); así, en primera instancia, se va a dejar más libre la solución de trabajo, para separarle más fácil el Disolvente; y en segunda, el vacío conducirá los vapores separados del Disolvente hacia el condensador. Así, no habrá vapores que se reincorporen a la solución líquida.

Finalmente, se tendrá una solución con menos cantidad de Disolvente.

Ejemplos de aplicaciones de la Evaporación

1. Para producción de Leche Evaporada (Se le separa una cantidad de agua para que esté más concentrada en carbohidratos y lípidos).
2. Para producción de Leche Condensada (A una mezcla de leche con azúcar se le separa agua, para que tome la viscosidad y densidad que necesita, para la posterior preparación de postres).
3. Para generar agua potable (Al agua de mar, muy concentrada en sales, se le separa agua, que se incorporará a un proceso para su potabilización).
4. Para separar el agua sobrante en un proceso de Cristalización del Licor de Caña de Azúcar.
5. Eliminar el agua de las esferas de gel de sílice saturadas. Su color rosado, consecuencia de las moléculas de agua que cargan, se vuelve azul, que es el color natural de estas esferas.
6. Separación de sólidos, como el Sulfato de Sodio (Na₂SO₄) de la Salmuera. Posteriormente, el Sulfato de Sodio será empleado como diluyente en productos como los Detergentes en Polvo.
7. Producción de fruta deshidratada, como la manzana, las uvas pasa, la ciruela pasa, que se utilizan para la preparación de pasteles y tartas.
8. Para producción de jaleas / mermeladas, para separar la fruta con determinada cantidad de humedad y mezclarla con los azúcares que le darán la consistencia pastosa que se aplicará sobre pan tostado o para preparación de postres.