Evaporador de salmuera en unidades inglesas (lbm/h)

Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026

El evaporador es el mismo problema que el secador con otro nombre: la sal no se evapora y sirve de componente de enlace. Aquí los datos están en libras masa por hora; el resultado es idéntico si trabajas en lbm o en kg, siempre que no mezcles ambas.

Enunciado

Un evaporador concentra 2,000 lbm/h de salmuera con 10 % de NaCl en masa hasta 25 %. Calcula el flujo de concentrado y de vapor.

Abrir este problema en la calculadora

Solución paso a paso

1. Diagrama de flujo

2. Datos, unidades y notación

Conversión de unidades (todo se trabaja en kg/h):

Flujo total de F: 2000 lbm/h × 0.45359 = 907.18 kg/h

Notación:

ṁ_i,F = flujo másico del componente i en la corriente F (kg/h).
ṁ_F = Σ_i ṁ_i,F (kg/h).

3. Análisis de grados de libertad

Subsistema	Variables	Balances	Datos y relaciones	GL
Evaporador E1	5	2	3	0
Sistema completo	5	5 ecuaciones		0

GL = variables − balances independientes − datos y relaciones. Las variables son los flujos de cada componente en cada corriente, más grados de avance, fracciones de división, Q, W y temperaturas desconocidas. Con GL = 0 el problema está completamente especificado. Se empieza por el subsistema con GL = 0.

4. Ecuaciones planteadas

Dato · F ṁ_F = 907.18 kg/h
Dato · F ṁ_NaCl,F = 0.1 ṁ_F
Dato · C ṁ_NaCl,C = 0.25 ṁ_C
Balance · E1 ṁ_NaCl,C = ṁ_NaCl,F
Balance · E1 ṁ_H2O,C + ṁ_H2O,V = ṁ_H2O,F

5. Solución paso a paso

Corriente F: 2 ecuaciones simultáneas: ecuaciones (1), (2), resueltas a la vez (Newton-Raphson, 2 iteraciones). ⇒ ṁ_NaCl,F = 90.718 kg/h
⇒ ṁ_H2O,F = 816.47 kg/h
De la ecuación (4): ṁ_NaCl,C = (90.718) ⇒ ṁ_NaCl,C = 90.718 kg/h
De la ecuación (3): (90.718) = 0.25 ṁ_C ⇒ ṁ_H2O,C = 272.16 kg/h
De la ecuación (5): (272.16) + ṁ_H2O,V = (816.47) ⇒ ṁ_H2O,V = 544.31 kg/h

6. Resultados

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
NaCl	1.5523	0.03312	90.718	0.1
H₂O	45.321	0.9669	816.47	0.9
Total	46.874	1	907.18	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
NaCl	1.5523	0.09318	90.718	0.25
H₂O	15.107	0.9068	272.16	0.75
Total	16.659	1	362.87	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
H₂O	30.214	1	544.31	1
Total	30.214	1	544.31	1

7. Verificación (entra + genera = sale)

Equipo	Balance	Entra	Sale	Error
Evaporador E1	Balance de NaCl	90.718	90.718	✓ 2.9 × 10^-9 %
Evaporador E1	Balance de H₂O	816.47	816.47	✓ 3.2 × 10^-9 %
Evaporador E1	Masa total	907.18	907.18	✓ 2.6 × 10^-9 %

Tolerancia: error relativo menor a 1 × 10^-4 %. Todos los balances cierran.

Claves del problema

NaCl = 0.10 × 2,000 = 200 lbm/h, que salen completos en el concentrado.
Concentrado = 200 / 0.25 = 800 lbm/h (362.87 kg/h). Vapor = 2,000 − 800 = 1,200 lbm/h (544.31 kg/h).
La calculadora convierte 2,000 lbm/h a 907.18 kg/h al inicio y muestra la conversión; 1 lbm = 0.45359237 kg exactamente.
Se evapora el 60 % de la alimentación: un dato útil para dimensionar el calentamiento (que se calcula con un balance de energía).

Errores comunes

Confundir lbm (libra masa) con lbmol (libra mol). Las fracciones de este problema son másicas.
Calcular el vapor como 25 % − 10 % = 15 % de la alimentación.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el vapor sale como agua pura?

Porque la sal no es volátil a esas condiciones. Si hubiera un soluto volátil, el vapor llevaría una fracción de él y habría que conocerla.

¿Cómo calculo cuánto vapor de calentamiento necesito?

Con un balance de energía en el evaporador: calor sensible para llevar la alimentación a ebullición más el calor latente del agua evaporada.

Sigue aprendiendo

Sin reacción