UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

Escuela Profesional de Ingeniería Química

Laboratorio de Operaciones Unitarias II

PI 136 B

Práctica de Laboratorio N°2

SECADO POR ATOMIZACIÓNProfesor: Ing. Enrique Filiberto Neira Montoya

GRUPO “B”

Condori Llacta, Alex Renzo 20114099K

Depaz Benavente, Franz Silvano 2011

Lima, 24/09/2015

Contenido

Página

RESUMEN............................................................................................................................................ ii

INTRODUCCIÓN................................................................................................................................ iii

1. Fundamento teórico.....................................................................................................................1

2. Objetivos.......................................................................................................................................1

3. Metodología..................................................................................................................................1

4. Resultados....................................................................................................................................2

5. Discusión de Resultados............................................................................................................4

6. Conclusiones................................................................................................................................4

7. Bibliografía....................................................................................................................................4

8. Apéndice.......................................................................................................................................4

8.1. Diagrama de Equipo.................................................................................................4

8.2. Datos de Laboratorio...............................................................................................4

8.3. Muestra de cálculo...................................................................................................4

i

RESUMEN

RESUMEN

ABSTRAC

ii

INTRODUCCIÓN

iii

SECADO POR ATOMIZACIÓN

1. Fundamento teórico

2. Objetivos

3. Metodología

Página 1

Página 2

4. Discusión de Resultados

Página 3

5. Conclusiones

6. Bibliografía

http://www.sc.ehu.es/nmwmigaj/CartaPsy.htm

https://books.google.com.pe/books?

id=bW_ULacGBZMC&pg=PA260&lpg=PA260&dq=calor+especifi

c o+de+la+leche+en+polvo&source=bl&ots=QMWp9664lt&sig=HBu1pJojJUrE5lAjBYtjtiA2D6

c&hl=es-

419&sa=X&ved=0CBoQ6AEwAGoVChMI6vG1vNeGyAIVi8yACh1FDgN1#v=onepage&q=cal

or%20especifico%20de%20la%20leche%20en%20polvo&f=false

http://www.esi2.us.es/~jfc/Descargas/TC/Coleccion_tablas_graficas_TC.pdf

7. Apéndice

7.1. Diagrama de Equipo

0 200 400 600 800 1000 12000

10

20

30

40

50

60

70

Temperatura de B. húmedo - B. seco vs Tiempo

T.b.húmedo (°C) T.b.seco (°C)

Tiempo (s)

Tem

pera

tura

(°C)

Página 4

7.2. Datos de Laboratorio

Tabla N° 1: Datos de operación

T. Ambiente a bulbo húmedo (°C) 17T. Ambiente a bulbo seco (°C) 22

Velocidad de salida del aire (m/s) 3.7Flujo de entrada de la leche (mL/s) 0.1373

Masa de frasco (g) 482Masa de leche en polvo (g) 57

Densidad de la leche (Kg/m3) 1120.00

Densidad de agua (Kg/m3) 997.86Viscosidad de la leche (Kg/m.s) 0.0095

Viscosidad del agua (Kg/m.s) 0.0010Tensión superficial de la leche

(dina/cm)72.27

Tensión superficial del agua (dina/cm) 72.44Presión del aire comprimido (kg/cm2) 4

Velocidad de giro del rodete (rpm) 32800

Tabla N° 2: Temperaturas de bulbo húmedo y seco

Página 5

Tiempo (s)

T.b.húmedo (°C)

T.b.seco (°C)

Tiempo (s)

T.b.húmedo (°C)

T.b.seco (°C)

0 17 22 1062 28.5 51107 25 65 1167 28.5 50193 26 62 1240 29 49255 26 60 1322 29 48310 28 60 1387 28 48351 27 59 1440 29 47426 26 58 1484 29 47538 27 55 1543 29 47623 28 50 1699 28.5 46671 29 54 1894 28 46804 28 52 1977 27 45867 29 52 2079 27 45919 29 52 2150 28 45987 29 52

Tabla N° 3: Datos para el modelo de Friedman

Número de revoluciones por minuto N (rpm)

30800

Viscosidad de la leche (lb/pie-min) 0.383tensión superficial de la leche (lb/min2) 573.58

densidad de la leche (lb/pie3) 69.9194

Número de ventanas por altura Nh (pie) 0.44radio del rodete (r) 0.082

Alimentación de leche (Ml) 0.0203Carga del líquido en la ventana (Mp) 0.0461

Tabla N° 4: Datos para el modelo de Herring y Marshall

Ml (lb/min) 0.0203(Ml)^0,24 0,392N (rpm) 30800.00d (pulg) 1,97

(N*d)^0,83 9330.48n 24

h (pulg) 0,22(nh)^0,12 1.2210

Página 6

7.3. Cálculos y resultados

a. Determinación de las propiedades físicas a requerir.

Densidad.

La densidad de la leche se calculó mediante el uso de un densímetro. La densidad del agua a

22 °C se encuentra en tablas.

Viscosidad

La viscosidad de la leche se determinó a partir de la siguiente relación:

μ1=μ2xt 1t 2

Dónde:

o t1: tiempo para la leche

o t2: tiempo para el agua

o μ1: viscosidad de la leche

o μ2: viscosidad del agua

Todos los datos fueron evaluados a 22°C.

Tensión superficial.

La tensión superficial de la leche se determinó a partir de la siguiente relación:

σ 1=σ 2xh1h2

xρ1ρ2

Dónde:

o σ 1: tensión superficial para la leche

Página 7

o σ 2: tensión superficial para el agua

o h1: altura que se eleva en la leche

o h2: altura que se eleva en el agua

o ρ1: densidad de la leche

o ρ2: viscosidad del agua

Todos los datos fueron evaluados a 22°C.

Los resultados son descritos en la tabla N°.

b. Determinación de la humedad y temperatura de saturación adiabática.

A partir de la carta psicrométrica y con los siguientes datos, se procede a determinar los

siguientes valores:

Temperatura de bulbo seco del aire de alimentación (To): 22 °C

Temperatura de bulbo húmedo del aire de alimentación (Tho): 17 °C

Humedad de la alimentación (H1):

H 1=0.01005 KgdeaguaKgdeaire

Como se conoce la temperatura de entrada a la cámara de secado T 1=160° C, se procede,

a determinar la temperatura de saturación adiabática:

Tsat1−2=43.5034 °C

Se sigue la curva de saturación adiabática, hasta intersectar con la temperatura de bulbo

seco a la salida de la cámara de secado:

H 2=0.05904 KgdeaguaKgde aire

c. Determinación del flujo de entrada de gas (G) – caso adiabático.

Partiendo del balance de masa de agua siguiente:

E−S+G=A (Ecuación debalance general )G=0 , A=0

E=S

G xH 1+Ma x (1−Xs )=Gx H 2+Mp x Xh

Página 8

Dónde:

o G: Flujo de aire seco

o H1: Humedad relativa de las condiciones de entrada al secador

o H2: Humedad relativa de las condiciones de salida al secador

o Ma: Flujo de alimentación a secar

o Mp: Flujo del producto secado

o Xs: Fracción en peso de sólidos en Ma

o Xh: Fracción en peso de agua en Mp

Dado que se conoce Ma:

Ma=Q x ρ=0.1373mLs

x1120.00Kgm 3

=0.000153776 Kgs

La fracción en peso de agua de los sólidos a la salida de equipo de secado, se asumirá

cercano a cero (Xh≈0¿, lo cual se tomará como una consideración práctica.

Reemplazando:

G x0.01005+Ma x (1−0.25 )=G x0.05904+Mp x Xh

Pero como se conoce la relación siguiente:

Mp x (1−Xh )=Ma x Xs

G x (0.05904−0.01005 )=0.0001153776 Kgs

x ( 1−0.25−01−0

)

G=0.00177 Kgs

deaire a laentrada(aprox .)

d. Determinación del flujo de entrada de gas (G) – caso no adiabático.

Para la determinación del G, se requerirá el uso de la siguiente ecuación:

G 1x H 1+Ma x H a=G 2 x H 2+Mp xH p+Qperdidas

Para determinar cada uno de los términos se recurre a las siguientes expresiones:

G 1H 1=G( (Caire+H 1Cagua) (T 1−T R )+H 1 λagua aTR)

G 2H 2=G ((Caire+H 2Cagua) (T 2−T R )+H 2 λaguaaT R)

MaH a=MaXsCs (T A−T R )+Ma (1−Xs )Cagua¿ (T A−T R)

Página 9

Si T A=T R→MaH a=0

MpH p=Mp (1−Xh )Cs (T2bh−T A )+Mp XhCagua¿ (T2bh−T A)

MpH p=Mp (T2bh−T A ) ((1−Xh )Cs+XhCagua¿ )

Asumiendo:

Qperdidas=Z G(T 1−T0)(Caire+H 1Cagua)

G 1H 1=G( (1.016+0.01005 x1.977 ) (160−22 )+0.01005x 2448.6)

G 1H 1=167.5583G

G 2H 2=G ((1.007+H 2x 1.912 ) (45−22 )+H 2 x2448.6)

G 2H 2=2492.576GH 2+1.007G

MpH p=Mp (43.54−22 ) ( (1−0 ) x 0.3 )=6.462Mp

Para el valor de Z se considera un 10%.

Qperdidas=Z G (160−22 ) (1.0075+0.01005 x1.8669 )=14.1624G

En la ecuación global se tiene:

167.4056G=2492.576GH 2+1.007G+6.462x 0.000038444+14.1624G

152.2362G=2492.576GH 2+0.0002484 (1)

Además:

G (H 2−0.01005 )=0.0000153776 x 0.751

(2)

Al resolver ambas ecuaciones se obtiene:

H 2=0.06064 KgdeaguaKgde aire

Página 10

G=0.000228 Kgs

e. Determinación de los índices de eficiencia del proceso.

Eficiencia térmica global.

Egb=T 1−T 2T 1−T 0

x 100%=160−45160−22

x100%=83.33%

Eficiencia térmica ideal.

Eid= T 1−T sT 1−T 0

x 100%=160−43.5034160−22

x 100%=84.42%

Eficiencia térmica evaporativa.

Eev=T 1−T 2T 1−Ts

x100%=160−43.5034160−22

x100%=98.72%

Eficiencia de secado.

Es=5784

x 100%=67.86%

f. Cálculo y distribución del tamaño de partícula.

Por el modelo de Friedman: Para los cálculos se hará uso de los datos de la tabla

N°3 , así:

( MpρN r 2

)0.6

=( 0.046169.9194 308000.0822

)0.6

=5.0322 x10−4

( μMp

)0.2

=( 0.3830.0461

)0.2

=1.5272

( σ ρnhMp2

)0.1

=( 573.5869.91940.440.04612

)0.1

=4.9195

Dvs=k ' r ( MpρN r2

)0.6

( μMp

)0.2

( σ ρnhMp2

)0.1

=0.37 x0.082 x 3.7807x 10−3=1.1471x 10−4 pie

Página 11

Dvs=34.96micras

D95%=1.4 x34.96=48.94micras

Dmax=3 x34.96=104.88micras

Por el modelo de Herring y Marshall: Para los cálculos se hará uso de los datos de

la tabla N° 4, así:

X=D x (Nd)0.83 x(nh)0.12 x10−4

Ml0.24=2.9063D

D=0.3441 X

Con los datos siguientes:

o d: 1.97 pulg.

o N (Velocidad del disco): 30800 rpm

o Mp (Carga del líquido en la ventana): 0.00384 lb/min.pulg.

o Vt (Velocidad tangencial): 265 pie/s

% de volumen acumulado de partículas menores que D=50%

X1/2 = 9,3

X = 86,49

% de volumen acumulado de partículas menores que D=95%

X1/2 = 12,8

X = 163,84

% de volumen acumulado de partículas menores que D=99,9%

X1/2 = 15,8

Página 12

X = 249,6

Lo cual resulta:

D50%=29.76micras

D95%=56.38micras

D99%=85.89micras

Página 13