SECADO SOLAR

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

Estudiantes:MENDOZA CHACN MANUELAMORN GUILLERMO ALEX RISCO AZABACHE CLAUDIADocente:Ing. MARCELINO TORRES VILLANUEVA Asignatura:LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

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ContenidoOBJETIVOS 3FUNDAMENTO TERICO4EQUIPOS Y MATERIALES5PROCEDIMEINTO EXPERIMENTAL7RESULTADOS8CONCLUSIONES9RECOMENDACIONES11BIBLIOGRAFIA12

1. OBJETIVOS

Determinar las curvas caractersticas de secado. Evaluar las variables del secador solar. Determinar los perfiles de temperatura, contenido de agua y velocidad de secad.

1. FUNDAMENTO TERICODefinicinEl secado mediante una corriente de aire, donde se aprovecha la radiacin solar como fuente de energa, es uno de los tratamientos ms antiguos. Se conoce como deshidratacin y se usa como tcnica para la preservacin de materiales pues los microorganismos que provocan la descomposicin de la materia orgnica no pueden crecer y desarrollarse en ausencia de agua. Adems, es una operacin energtica elemental y representa una de las acciones trmicas bsicas en la industria de procesos y agroalimentaria. Una de las maneras ms simples para lograr el secado (de cualquier material) es el secado al sol donde el material hmedo se extiende en grandes superficies y slo hay que esperar a que el contenido en agua se elimine por medio del aire. Este procedimiento es de muy bajo c oste pero puede producir fuertes mermas ocasionadas por las lluvias durante el proceso de secado y el ataque de insectos y animales si el material se expande en el suelo directamente. En las regiones industrializadas el bajo costo del combustible permiti hace varias dcadas el desarrollo de procesos de secado artificial en gran escala basados en el uso de combustibles. En los ltimos aos, la escasez y mayores precios de los combustibles ha despertado un nuevo inters en el secado basado en el uso de la energa solar, tratando de desarrollar diversas tcnicas que permiten solucionar los problemas mencionados en relacin al secado al aire libre.Proceso ProductivoEl secado es un proceso en el que se intercambian calor y masa. Implica la transferencia de un lquido procedente de un slido hmedo a una fase gaseosa no saturada, para ello el material hmedo se expone a una corriente de aire con determinadas condiciones de temperatura, humedad y velocidad. Cuanto ms seco y ms caliente est el aire, mayor ser la velocidad de secado. Aspectos a tener en cuenta para determinar las condiciones de secado: Caractersticas del producto: Contenido inicial de agua del material y el contenido final de humedad que deseamos obtener. Tambin considerar el estado fsico como es la forma, el tamao, su superficie, etc. Caractersticas del secador: Tipo de secador y el volumen que se va a secar. Caractersticas meteorolgicas: Humedad relativa, la temperatura, la radiacin solar, velocidad del viento, precipitacin, etc. Uso posterior: Para algunos productos la accin de la radiacin solar puede destruir algn compuesto orgnico que lo compone y que tiene inters comercial. Tipos de Secado Solar El secado solar depende de cmo el aire llega al producto a secar y la forma en la que la radiacin calienta el aire. Tipos de circulacin El aire circula dentro del secador con el fin de eliminar la humedad evaporada del producto. Esta circulacin se logra por dos mtodos: circulacin forzada y por conveccin natural. a) Circulacin forzada: El aire es movido por un ventilador que consume energa mecnica o elctrica. Este tipo de circulacin facilita el diseo en el caso de los equipos de tamao grande, adems de facilitar el control del proceso de secado. Usando este tipo de circulacin se pueden obtener velocidades de circulacin de aire entre 0.5 y 1.0 m/s. La principal desventaja de la circulacin forzada es el hecho de que se debe disponer de una fuente de energa elctrica para el ventilador, pero esto se puede solventar utilizando un mdulo solar que proporcione el flujo de aire requerido, con lo que es sistema es independiente de la red elctrica. b) Circulacin por conveccin natural: El aire es movido por las diferencias de temperatura entre las distintas partes del equipo, que promueven la conveccin trmica del aire. Este tipo de circulacin se hace ms difcil de incorporar con equipos grandes. Para equipos pequeos o medianos se pueden lograr velocidades de 0.4 a 1.0 m/s al interior de la cmara, pero en equipos grandes esta velocidad no sobrepasa los 0.1 a 0.3 m/s. 2.1.2.Forma de calentamiento solar Secado solar directo (al aire libre) La radiacin solar incide directamente por el producto a ser secado, adquiriendo as la energa de evaporacin necesaria. Despus, la humedad formada en los alrededores del producto es recuperada por el aire tomado del exterior. El material es removido mediante maquinara especfica para favorecer el secado de toda la masa. Secado solar indirecto La radiacin solar es captada por un colector por donde circula cierta cantidad de aire (realiza efecto invernadero: deja entrar energa, pero no que salga), este flujo de aire se calienta e ingresa a la cmara secado en donde se encuentra el producto a ser secado. El aire caliente pasa el producto eliminando el contenido de humedad de la cmara. El sistema colectorcmara secado puede disearse de diferentes Formas para integrarse a diferentes equipos de secado solar:Indirecto: Los dos elementos estn separados. El aire es calentado en el colector y la radiacin no incide sobre el producto colocado en la cmara de secado. La cmara de secado no permite la entrada de la radiacin solar (Figura 1).Directo: Los dos elementos pueden juntarse, en cuyo caso la cmara que contiene el producto tambin cumple la funcin de colector recibiendo la radiacin solar. En este caso los modelos de secadores pueden ser del tipo invernadero (Figura 2) o tneles.

Figura 2. Secadero solar (tipo invernadero)Principios bsicos del secador solar1era fase: Calentamiento solar del fluido utilizado (aire)2da fase: Secado mismo, en donde le fluido calentado extrae la humedad del material a secar.Para una correcta evaluacin del secado solar es necesario conocer informacin fundamental del producto a secar como:a) Curvas de secado b) Curvas de equilibrio La teora del secado solar es parecida al secado convencional, pero tambin se puede esbozar principios por Radiacin solar. El secado solar por conveccin natural, alcanza temperaturas superiores a 50C, dependiendo del lugar y poca del ao, no generando gastos por consumo de energa. Como no existen an disponibles en muchos casos, datos o correlaciones prcticas de productos agrcolas a secar es conveniente simular todo el proceso de secado.1. EQUIPOS Y MATERIALESMATERIAL DE ESTUDIO: PAPAPapa.La papa o patata, (Solanum tuberosum), es untubrculocomestible que se extrae de la planta herbcea americanaSolanum tuberosum, de origen andino. Es una planta perteneciente a la familia de las solanceas originaria de Suramrica y cultivada por todo el mundo por sus tubrculos comestibles. Aspecto fsico: tubrculo carnoso con almidn de color amarillo. Composicin: humedad 80% en peso. Materia slida (20% en peso).

DESCRPCIN DEL MDULO:Es un secador tipo armario para secar todo tipo de alimento especialmente aquellos que necesitan mantener un buen color y sus propiedades naturales. Consiste en una cmara y un colector solar inclinado, unidos entre s en la parte inferior de la cmara. En esta se encuentran superpuestas varias bandejas de secado removibles tipo malla. Las bandejas estn protegidas por una puerta colocada en la pared de la cmara. El colector est cubierto con vidrio y tiene en su interior una chapa de color negro, para aumentar su superficie de intercambio de calor con el aire. El ambiente entra por la extremidad inferior del colector y se calienta gradualmente.1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Colocar el secador expuesto al sol y controlar cada media hora y pesar la muestra. Colocar los termmetros en la entrada y salida el aire. Pesar las bandejas y registrar. Colocar la bandeja en la cmara de secado.Cortamos en rodajas con un dimetro aprox. De 5 cm y 2mm.Lavamos y pelamos la papa. Luego, la precocinamos.

1. RESULTADOS

TABLA N1 Datos experimentales

N Datost(s)t(h)Peso Muestra neta (Kg)Tentrada (C)Tsalida (C)

1000.3862225

2300.50.384639

36010.3726533

4901.50.3627234.5

512020.3487635

61502.50.3347036

718030.3226735.5

82103.50.3146934

924040.3086836

102704.50.3026936.5

1130050.2966636

123305.50.2946735.5

TABLA N2 Datos adicionales

Peso de bandeja0.25Kg

Peso de bandeja + bandeja0.386Kg

Peso de la papa0.136Kg

Peso de la muestra seca0.036Kg

X* (Humedad de equilibrio)7.166666667KgH20/Kgseco

Dimetro0.05

Espesor de la papa0.002

REA1.1781m^2

Para desarrollar la siguiente prctica se hace uso de las siguientes ecuaciones que procedan del balance de materia y calor, se describen a continuacin:

TABLA N3 Datos obtenidosN Datost(h)Peso(Kg)Te(C)Ts(C)Xt (KgH20/Kgseco)Xl (KgH20/Kgseco)dXt/dtR

100.38622259.7222222222.5555555560

20.50.3846399.5555555562.388888889-0.3333333330.01018589

310.37265339.3333333332.166666667-0.4444444440.01358119

41.50.3627234.59.0555555561.888888889-0.5555555560.01697649

520.34876358.6666666671.5-0.7777777780.02376708

62.50.33470368.2777777781.111111111-0.7777777780.02376708

730.3226735.57.9444444440.777777778-0.6666666670.02037179

83.50.31469347.7222222220.555555556-0.4444444440.01358119

940.30868367.5555555560.388888889-0.3333333330.01018589

104.50.3026936.57.3888888890.222222222-0.3333333330.01018589

1150.29666367.2222222220.055555556-0.3333333330.01018589

125.50.2946735.57.1666666670-0.1111111110.0033953

GRFICA N1 TIEMPO vs HUMEDAD TOTAL

GRFICA N2 TIEMPO vs VELOCIDAD DE SECADO (R)

1. DISCUSIONES

A medida que el tiempo de secado se aproxima a 8 horas, la humedad libre tiende a cero.

Como se puede observar en la Grfica N1, el tiempo de secado es inversamente proporcional con la humedad total.

Mientras que en la Grfica N2, el tiempo de secado es inversamente proporcional con la velocidad d secado.

1. CONCLUSIONES

Segn los datos experimentales obtenidos en este laboratorio, se puede concluir que, la velocidad de secado depende de la cantidad de humedad que contenga un slido.

Adems, segn las observaciones hechas en el desarrollo de la prctica, se pudo comprobar que la temperatura del aire es un parmetro flexible en el secado solar.

De acuerdo con los datos bibliogrficos, la papa contiene alrededor de 80% de agua en peso, segn los datos calculados.

1. RECOMENDACIONES

Utilizar un tercer termmetro para determinar la temperatura de operacin. Pesar la muestra que se est secando con precisin. Secar hasta obtener un peso constante.

1. BIBLIOGRAFA

TREYBAL, Robert; Operaciones de Trasferencia de Masa; Ed.Mc GrawHills; Mxico 1982.2.

PERRY, Robert y CHILTON, Cecil; Manual del Ingeniero Qumico; Ed. Mc Graw Hills; 6 edicin; Mxico 1987.3. OCON, Joaquin yTOJO, Gabriel; Problemas de Ingeniera Qumica; Editorial Aguilar; Madrid1972.4.

FOUST, Alan yotros; Principios de lasOperaciones Unitarias; 3 edicin editorial CECSA, Mexico.5.

C. J.GEANKOPLIS, Procesos de Transporte yOperaciones Unitarias Editorial CONTINENTAL, Mxico 199.

McCabe; Smith. Harriott. 2002. Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica.

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