Laboratorio de Ingeniera Qumica III

Laboratorio de Ingeniera Qumica III

Guin Experimental

Secado de slidos(en charolas)

Problema

Se requiere secar dos muestras de pasta hmeda de piedra pmez que tienen la misma humedad inicial pero diferentes espesores, determinar cmo vara el tiempo de secado en cada muestra para lograr que alcancen la humedad de equilibrio, bajo las siguientes condiciones experimentales:

El espesor de cada muestra ser de 10 y 5 mm.

La velocidad del aire en la descarga del secador deber regularse entre 1.5 y 2.5 m/s. La humedad inicial del slido estar entre el 6 y el 8 % masa.

La presin del vapor en el intercambiador de calor se establece entre 18 y 21 lb/pulg2.

Equipo:

Secador de charolas Armfield Tecnical Education.

Material requerido: 5 kg. de pasta hmeda de piedra pmez (6-8 % de humedad).

2 Balanzas granatarias (mecnica o electrnica). 4 contrapesas para balanza (2 de 1 kg. y 2 de 500 g).

2 charolas de 200 x 200 x 10 mm

1 charola e 200 x 200 x 5 mm

2 Cronmetro.

1 Psicrmetro.

1 Anemmetro.

1 Termo-balanza. 2 termmetros 0 110C. 2 Charolas metlicas.

1 Cuchara de albail.

1 Esptula ancha 60 mm.

1 Regla de madera de 300X20X10 mm.

2 probeta de 2 litros

Medidas de seguridad Usar guantes de carnaza para el manejo de las vlvulas de la tubera de vapor.

No tocar las superficies calientes del intercambiador de calor. Evitar que alguna prenda o el cabello largo pueda ser jalado por el ventilador.

La determinacin de la humedad del aire deber realizarse en aire del medio ambiente evitando usar el psicrmetro en la descarga de aire del secador, debido a que la temperatura en ese punto puede ser superior a la escala del termmetro, lo cual podra provocar la ruptura del mismo.Descripcin del equipoEl secador de charolas del laboratorio est constituido por una cmara de secado, donde se colocan dos juegos de charolas con el material a tratar, suspendidos en dos balanzas. La balanza superior permite operar con un juego de cuatro charolas como mximo, se recomienda usar dos. La balanza inferior permite suspender solo una charola.

Las charolas tienen las siguientes dimensiones 200 x 200 mm y una profundidad de 10 mm y de 5 mm respectivamente.

La cmara de secado tiene una seccin cuadrada de 450 x 450 mm y 450 mm de longitud.

El equipo est dotado de un calentador de aire que utiliza como fluido de calentamiento vapor saturado, el intercambiador de calor aletado, es de tipo flujo cruzado.

La lnea de vapor tiene 3 vlvulas, la primera corresponde a la alimentacin principal, la segunda sirve para purgar los condesados, la tercera da paso al vapor hacia el intercambiador. Se dispone adems de una vlvula reguladora de presin de vapor que permite fijar, dentro de ciertos lmites, la presin del vapor en un valor constante.

La descarga de condensados del secador se hace a travs de una trampa de vapor y una vlvula en el extremo de la tubera.

El aire se suministra al secador por medio de un ventilador de tipo axial localizado en uno de sus extremos.La velocidad del aire se regula mediante una vlvula de mariposa.

El ducto de descarga de los gases es de seccin circular y mide 250 mm. de dimetro.Procedimiento ExperimentalEl material a secar:

Pasta de piedra pmez hmeda (malla 40 malla 80)) con un contenido de agua del 6 al 8 % en peso.

Verificar con precisin la humedad inicial utilizando una termo balanza.

El equipo

Tarar las charolas (de 1 a 2) en el porta-charolas soportado en la balanza superior.

Tarar la charola (nica) de la balanza inferior.

Retirar las charolas del secador para agregar a cada una, la cantidad suficiente de pasta hmeda, consiguiendo una superficie plana de alrededor de 10 mm de espesor para las charolas superiores y de 5 mm para la charola inferior.

Antes de introducir las charolas a la cmara de secado esperar el tiempo suficiente para que la temperatura del aire de secado y la velocidad del aire alcancen valores estables (unos 5 minutos).

Velocidad del aire Fijar la posicin de la vlvula de mariposa para regular la velocidad del aire en la descarga (ducto de 25 cm de dimetro) entre 1.5 a 2.2 m/s, el valor recomendado es de 2 m/s medidos en la descarga del secador.Presin del vapor

Abrir la vlvula de suministro de vapor al secador y purgar el condensado con la vlvula correspondiente.

Abrir la vlvula que alimenta al intercambiador de calor y fijar la presin (vlvula reguladora) al valor deseado (15 20 lb/pulg2).

Alerta: para evitar errores en la determinacin de peso de las charolas, verificar que sus soportes no hagan contacto con la estructura.

Toma de datos:Registrar el peso inicial del material a secar e iniciar simultneamente la marcha del cronometro.

Anotar peridicamente (cada 10 min.) los datos requeridos en la tabla I. Paro del equipo

Finalizar el experimento cuando el peso de las muestras no cambie durante 3 lecturas.

Cerrar la vlvula principal de alimentacin de vapor al intercambiador de calor.

Apagar el ventilador.

Retirar las charolas de sus soportes.

Alerta: utilizar guantes apropiados para superficies calientes.

Cuestionario

1. Definir los siguientes conceptos: humedad libre, humedad crtica, humedad ligada, periodo de secado antecritico, periodo de secado poscrtico. 2. Explicar los fenmenos de capilaridad y difusin durante el secado de slidos.

3. Determinar la velocidad del aire en la cmara de secado, utilizando la velocidad del aire a la salida del secador y las caractersticas geomtricas de la cmara de secado.

4. A partir de los datos experimentales obtenidos complete las tablas 3 y 4.5. A partir de los datos experimentales construir las curvas de secado:Grfica 1: Masa del slido hmedo vs tiempo.

Grfica 2: X [kgH2O. kgss-1] vs tiempoGrfica 3: -X/t (rapidez de cambio de la humedad) vs X promedio.

Grfica 4: Rapidez de secado W [kgH2O.s-1.m-2] vs X promedio Nota. Tomar en cuenta la humedad inicial de material determinada con la termo balanza.6. Seala los periodos de secado en las graficas 1 y 2.7. Determinar grficamente la humedad crtica y tiempo crtico de secado para el material experimentado.8. Calcular la humedad libre en el punto crtico.9. Cual es la humedad de equilibrio para las dos muestras?10. En qu tiempo se alcanza la humedad de equilibrio para cada espesor del material hmedo experimentado?

11. Representar en la carta psicrometrica a 585 mm Hg la trayectoria del aire a travs del secador.12. Calcular la presin parcial del agua en el aire de secado (antes de tener contacto con el material).13. Calcular la presin de vapor del agua en la superficie del slido, PH2O. (Ec. De Antoine o equivalente).14. Calcular la fuerza impulsora de la transferencia de masa durante el periodo de velocidad de secado constante.15. Calcular el coeficiente de transferencia de masa: KG en kg hr-1 m-2atm-1 16. Calcular la fuerza impulsora durante la transmisin de calor en el periodo antecritico, considerando la temperatura del aire en la cmara y la temperatura de secado del slido. (expresar la respuesta en C).17. Calcular el coeficiente de transmisin de calor, considerando que el calor es transmitido al slido nicamente para la evaporacin del agua. 18. Cmo varan los coeficientes de transmisin de energa y transferencia de masa con el espesor del material? 19. A partir del coeficiente de transmisin de calor, U, obtenido para las dos muestras, determine qu porcentaje de la energa trmica suministrada por el vapor de calentamiento fue aprovechada para la evaporacin del agua contenida en el slido. 20. Con base a los resultados experimentales como se relacionan el valor de los coeficientes obtenidos con la rapidez de secado.

21. A partir de la relacin de pendientes de las rectas que representan el periodo de velocidad de secado antecritico para las muestras experimentadas, argumente la conveniencia de seleccionar alguno de los dos espesores para utilizar estos datos como bases de diseo de un secador industrial.Bibliografa

Operaciones de Separacin en Ingeniera Qumica, mtodos de clculo. Pedro J. Martnez de la Cuesta, Eloisa Rus Martnez. Pearson/Prentice Hall. Espaa, 2006.

Problemas de Ingeniera Qumica. Joaqun Ocn Garca, Gabriel Tojo Barreiro. Tomo II. Aguilar. Espaa, 1963.

Principios de las Operaciones Unitarias. Alan S. Foust. John Wiley, New York, 1970.Anexo ITablas 1-4

Anexo 2

Carta psicrometrica a 585 mm Hg.

Tablas de vapor versin corta-Anexo 1

Tabla I

Espesor:Humedad inicial (termo balanza):

Masa de Charola y Soporte Superior [g]

Masa Slido Seco [g]

Pvapor [lb/plg2]

Tiempo total de secado

Vol. total Condensado [litros]

Masa total Condensado [Kg]

Tiempo

[min.]Masa total

[ g]Taire cmara[C]T aire salida[C]Ts ambiente[C]Tw ambiente [C]V aire salida

[m/s]

Observaciones:

Tabla 2 Espesor:Humedad inicial (termo balanza):

Masa de Charola y Soporte Superior [g]

Masa Slido Seco [g]

Pvapor [lb/plg2]

Tiempo total de secado

Vol. Total Condensado [Litros]

Masa total Condensado [Kg]

Tiempo

[min.]Masa total

[ g]Taire cmara[C]T aire salida[C]Ts ambiente[C]Tw ambiente [C]V aire salida

[m/s]

Observaciones:

Tabla 3

Tiempo [min]Masa Slido Hmedo [g]%HumedadMasa agua evaporada [g]X

[gagua/ gslido seco]X promedio(x/(tW

[kg/m2 h]

Tabla 4

Tiempo [min]Masa Slido Hmedo [g]%HumedadMasa agua evaporada [g]X

[gagua/ gslido seco]X promedio(x/(tW

[kg/m2 h]

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