Secado 2012-i Lama
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
INDICE
CONTENIDO Pag.
I. Índice de Tablas …………………………………………..…………………....2
II. Índice de Gráficos ……………………………………………………….……..3
III. Resumen………………………………………………………………………....4
IV. Introducción………………………………..………………………..….……..…5
V. Objetivos………………………………………………………………………….6
VI. Principios Teóricos……………………………………………………….…..….7
VII. Procedimiento Experimental………………………..……………………….....11
VIII. Tabulación de datos y Resultados
A. tabla de resultados………………………………………………………….12
B. gráficos……………………………………………………………………….16
IX. Discusión de Resultados………………………………..………………….......19
X. Conclusiones………………………………………….…………………….…....20
XI. Recomendaciones………………………..……………………………...………21
XII. Bibliografía………………………………………….…………………………….22
XIII. Apéndice
a. Ejemplo de cálculo…………………………..………………….………23
b. Tabla de datos……...………………………..………………….………30
c. Diagramas empleados………….……………..……………………….33
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
I. ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1: propiedades del flujo de aire……………………………………………12
Tabla 2: velocidad del flujo de aire………………………………………………..12
Tabla 3: características de la muestra a secar………………..........................12
tabla 4: velocidad de secado……………………………………………….……..13
Tabla 5: velocidad de secado constante (BC)...…………………..……………14
tabla 6: velocidad de secado decreciente (CD)…..…………………………….14
Tabla 7: coeficiente de transferencia de calor…………………………………..15
Tabla 8: coeficiente de transferencia de masa………………………………….15
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
II. ÍNDICE DE GRÁFICOS
Pag
Grafico 1: representación de la humedad en el tiempo……………………………..16
Grafico 2: velocidad de secado constante para los primeros 65 minutos………..16
Grafico 3: velocidad de secado vs. Humedad (X)…………………………………...17
Grafico 4: Log(X) vs. Tiempo, empleado en la práctica para determinar el último periodo
de velocidad decreciente……………………………………………………………….17
Grafico 5: absorción de agua atmosférica por parte de la arena en el tiempo……18.
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
III. RESUMEN
El presente estudio consiste en la determinación experimental de velocidades de
secado de un sólido granular como la arena, así como los coeficientes de transferencia de
calor y masa en un secador de bandejas mediante la evaporación del agua en una
corriente de aire precalentado a temperatura constante y en flujo continuo; el
precalentamiento le permite al aire tener menor humedad en comparación con su estado
de saturación a esas condiciones, lo que permite tener mayor capacidad de absorber
agua.
Se ha utilizado la muestra de arena con 11.33 % de humedad en base seca;
haciéndose circular aire precalentado a 53 0C con un flujo de 296.39 Kg aire seco/hr y
humedad de 0.0141Kg agua/Kg aire seco.
Los resultados experimentales obtenidos nos en el periodo de velocidad de secado
constante: velocidad de secado, 0.880 kg H2Oevap/hr-m2; coeficiente de transferencia de
calor por convección, 17.93 Kcal/hr-m2-0C; coeficiente de transferencia de masa, 73.33 Kg
H2Oevap/hr-m2.
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
IV. INTRODUCCION
El proceso de secado consiste en la remoción de humedad de una sustancia,
involucrando los fenómenos de transferencia de calor y masa, en forma simultánea. La
transferencia de masa ocurre cuando el sólido pierde humedad y la transferencia de calor
se verifica cuando el medio ambiente (aire) entrega calor al sólido, el que se emplea en la
evaporación del agua que se va incorporando al aire a medida que transcurre el proceso
de secado. Una de las formas usuales de secado es por contacto directo que consiste en
hacer circular una corriente de aire caliente por sobre el material a secar.
La configuración básica de un secador consiste de un sistema que genera aire caliente, el
cual puede estar compuesto de un ventilador y de una serie de hilo de resistencia
eléctrica de Nicron (Níquel-Cromo) para generar calor.
V. OBJETIVOS
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
El objetivo de la práctica es calcular la velocidad de secado de un lecho de arena
previamente humedecida, para un flujo constante de aire caliente; y estimar el coeficiente
de transferencia de calor y de masa en el periodo de velocidad constante de secado.
VI. PRINCIPIOS TEÓRICOS
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SECADO
Infiere la eliminación de relativamente pequeñas cantidades de agua de un sólido
o de un material casi sólido. En el proceso de secado la mayor atención se presta a
producto sólido. En la mayor parte d los casos, el secado implica la eliminación de agua a
temperaturas menores de su punto de ebullición, mientras que la evaporación significa la
eliminación del agua en su punto de ebullición. En el secado, el agua se elimina
normalmente por circulación de aire u otros gases sobre el material a secar con el objeto
de que transporte el vapor de agua, aunque en algunos procesos de secado no se
utilizan gases transportadores.
CURVAS DE VELOCIDAD DE SECADO
Los datos experimentales que se obtienen en una investigación del efecto de las
condiciones externas durante el secado de un sólido por una corriente de aire, son el
contenido de humedad en función del tiempo en condiciones de secado constantes de
secado. El término condiciones de secado constantes indica que la temperatura,
velocidad, humedad y presión del aire se mantiene constantes y que las condiciones de
salida del aire son sustancialmente las mismas que las de entrada. La diferenciación de
los resultados bien gráfica o numéricamente da el valor de la velocidad de secado, que
puede construirse gráficamente bien en función del contenido en humedad libre o bien en
función del tiempo. La forma más utilizada es la del gráfico de velocidad de secado por
unidad de área de secado por unidad de área de secado en función del contenido de
humedad libre.
Velocidad = W - W+
A.
Donde:
W : peso de muestra (muestra + humedad) en el instante.
W+ : peso de (muestra + humedad) en el instante +.
A: área de la muestra expuesta al secado.
PERIODO DE VELOCIDAD CONSTANTE DESECADO
Se acepta generalmente que durante el periodo de velocidad constante de
secado, la superficie de los granos que componen el sólido, permanece completamente
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mojada. La velocidad de evaporación bajo cualquier juego de condiciones del aire, es
independiente del sólido y es esencialmente la misma que la velocidad de evaporación
en una superficie libre de un líquido bajo las mismas condiciones.
Mientras que la superficie está completamente mojada, el proceso de secado es
independiente del mecanismo mediante el cual la humedad alcanza la capa más externa y
el proceso se reduce a una transferencia de masa desde la superficie del sólido a la
corriente de aire y una transmisión de calor desde el aire al sólido, suponiendo que la
radiación y conducción a la superficie mojada son despreciables.
dKdt . A = KG x (H – HW)
dKdt . A : Velocidad de secado constante (V)
KG . Coeficiente de transferencia de masa desde la superficie mojada de aire.
(H – HW) : diferencia de humedades en el secador.
Las variaciones en la velocidad del aire afectan a la velocidad de secado durante
el periodo de velocidad de secado constante por su influencia sobre los coeficientes hc y
KG.
Para el aire en una zona de temperaturas desde 46.3 hasta 149 °C, donde Cp/K
es sólo desde 0.70 a 0.69, y la variación de Cp es pequeña, se cumple:
hc = 0.0175. G0.8
CURVAS DE RÉGIMEN DE SECADO.
Se puede obtener abundante información si se convierten los datos a regímenes de
secado, expresados como N (lb de humedad evaporada/ h· pie2), y se lleva a un gráfico
en función del contenido de humedad. Se puede hacer esto midiendo las pendientes a las
tangentes trazadas a la curva de humedad contra tiempo, o por medio de la determinación
en base a la curva, de pequeños cambios Δ x en el contenido de humedad para los
correspondientes cambios en el tiempo Δ t y calculando el régimen de secado como:
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N= -Ls· Δ x/ A· Δ t. Donde Ls es el peso del sólido seco y A es la superficie húmeda sobre
la que sopla el gas y a través de la cual se lleva a cabo la evaporación en el caso del
secado con circulación cruzada de aire.
Figura. Curva de velocidad de secado vs humedad.
Generalmente se pueden apreciar dos partes notorias de la curva de régimen de secado:
un período de régimen constante y uno de caída de régimen, aunque teóricamente
existen o se pueden apreciar tres etapas del proceso o períodos de secado.
Etapa A-B: Es una etapa de calentamiento (o enfriamiento) inicial del sólido normalmente
de poca duración en la cual la evaporación no es significativa por su intensidad ni por su
cantidad. En esta etapa el sólido se calienta desde la temperatura ambiente hasta que se
alcance el equilibrio entre el enfriamiento por evaporación y la absorción de calor de los
gases. Este equilibrio se alcanza a la temperatura de bulbo húmedo del gas.
Etapa B-C: Es el llamado primer período de secado o período de velocidad de secado
constante; donde se evapora la humedad libre o no ligada del material y predominan las
condiciones externas. En este período el sólido tiene un comportamiento no higroscópico.
La velocidad de secado se mantiene constante si el gas tiene un estado estacionario y en
general depende solo de las propiedades y velocidad del mismo. Si durante el proceso, el
gas se enfría, la velocidad de secado decrece pero sigue en esta zona dependiendo de
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
factores externos al sólido. Durante este período la temperatura del sólido se mantiene
igual a la de bulbo húmedo del gas, ya que se mantiene el equilibrio alcanzado al final de
la etapa de calentamiento.
Etapa C-E: Es el segundo período de secado o período de velocidad de secado
decreciente; donde se evapora la humedad ligada del material y predominan las
condiciones internas o las características internas y externas simultáneamente. En estas
condiciones el sólido tiene un comportamiento higroscópico. Durante el período, la
temperatura del material sobrepasa la de bulbo húmedo debido a que el descenso de la
velocidad de secado rompe el equilibrio térmico que mantiene estable la temperatura y
una parte considerable del calor se emplea en un calentamiento del sólido. Ahora la
humedad deberá ser extraída del interior del material con el consiguiente incremento de la
resistencia a la evaporación.
Este período de velocidad decreciente puede dividirse en dos partes, con diferentes
comportamientos de la velocidad de secado, la cual decrece cada vez más al disminuir la
humedad del sólido. Esto implica dos modelos de secado diferente en dicha zona.
Un parámetro muy importante a determinar en los materiales a secar es la humedad a la
cual se cambia del primero al segundo período, llamada humedad crítica. Esta depende
del tipo del material y de la relación de secado en el primer período.
La forma de la curva de secado en el segundo período varía en dependencia de las
características del material a secar. Existen curvas típicas de cuerpos capilar-porosos con
grandes superficies específicas y de pequeñas superficies específicas así como de
cuerpos coloidales (Madariaga, 1995).
VII. DETALLES EXPERIMENTALES
A. Equipos y Materiales:
- Arena previamente tratada, tamizada y secada.
- Un secador de bandejas.
- Una bandeja de acero inoxidable.
- una lima
- Un ventilador.
- Una caja de resistencias de 10 Kw de potencia.
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- Un tubo de Pitot.
- Un medidor de vernier y cinta métrica
- Un manómetro diferencial.
- Dos termómetros
- Un psicrómetro
B. Procedimiento:
1. Se toma una muestra de arena previamente tamizada y secada, colocarla en una
bandeja limpia, seca y pre pesada; y se procede a pesar la muestra en la bandeja.
2. En un recipiente limpio y exento de humedad, agregar la muestra de arena seca y
cierta cantidad de agua de tal manera que la masa de agua represente el 11% de la
arena seca.
3. Transvasar la arena húmeda en una bandeja (la cual fue medida y pesada) hasta
compactarla para luego proceder a pesarla.
4. Se lleva la muestra húmeda al secador de bandejas, el cual ya fue trabaja a un flujo y
temperatura constante de de aire a la entrada del secador. A partir de ese momento se
toman las medidas de peso de la muestra en la bandeja a través del tiempo, en
intervalos de 2 minutos y posteriormente de 10 minutos hasta conseguir que la
variación de pesos sea constante o minia.
5. Se miden las condiciones del aire, temperatura bulbo húmedo y seco con el
instrumento psicrómetro, a la entrada del ventilador así como a la entrada y salida del
secador.
6. Se miden las presiones dinámicas y cinéticas del flujo de aire, con el fin de hallar esta.
VIII. RESULTADOS DEL EXPERIMENTO
A) TABLA DE RESULTADOS
Tabla 1: propiedades del flujo de aire
Yagua 0.0139 Kg agua/Kg aire húmedoYaire seco 0.9861 Kg de aire seco/Kg aire húmedo
ρ aire húmedo 1.1931 Kg/m3μ aire húmedo 1.82E-05 Kg/ms
Tabla 2: velocidad del flujo de aire
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coeficiente de Pitot 0.98
Vmax m/s 8.55Re max 6.31E+04
V media / Vmax 0.805Vmedia m/s 6.88
G aire húmedo Kg/h 296.39G aire seco Kg/h 292.27
Tabla 3: características de la muestra a secar
Wbandeja g 229.70%humedad agua/arena seca 11.33
Warena g 305.04Wagua g 34.56
Tabla 4: velocidad de secado
t (min)W
arena+agua+bandejaW agua
HumedadVelocidad de secado (Kg H2O evap/hr-m2)
X X (∆X/∆t)xWarena/A0.00 569.30 34.56 0.1133 0.1121 0.43545.00 568.60 33.86 0.1110 0.1089 0.8086
10.00 567.30 32.56 0.1067 0.1046 0.808615.00 566.00 31.26 0.1025 0.1003 0.808620.00 564.70 29.96 0.0982 0.0957 0.933025.00 563.20 28.46 0.0933 0.0910 0.870830.00 561.80 27.06 0.0887 0.0862 0.9330
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35.00 560.30 25.56 0.0838 0.0813 0.933040.00 558.80 24.06 0.0789 0.0766 0.870845.00 557.40 22.66 0.0743 0.0720 0.870850.00 556.00 21.26 0.0697 0.0674 0.870855.00 554.60 19.86 0.0651 0.0626 0.933060.00 553.10 18.36 0.0602 0.0580 0.808665.00 551.80 17.06 0.0559 0.0538 0.808670.00 550.50 15.76 0.0516 0.0498 0.684275.00 549.40 14.66 0.0480 0.0462 0.684280.00 548.30 13.56 0.0444 0.0430 0.559885.00 547.40 12.66 0.0415 0.0384 0.590995.00 545.50 10.76 0.0353 0.0328 0.4665
105.00 544.00 9.26 0.0303 0.0282 0.4043115.00 542.70 7.96 0.0261 0.0241 0.3732125.00 541.50 6.76 0.0221 0.0203 0.3421135.00 540.40 5.66 0.0185 0.0172 0.2488145.00 539.60 4.86 0.0159 0.0146 0.2488155.00 538.80 4.06 0.0133 0.0120 0.2488165.00 538.00 3.26 0.0107 0.0103 0.0622175.00 537.80 3.06 0.0100 0.0099 0.0311185.00 537.70 2.96 0.0097 0.0095 0.0311195.00 537.60 2.86 0.0094 0.0094 0.0000205.00 537.60 2.86 0.0094 0.0092 0.0311215.00 537.50 2.76 0.0090
0.8800 Kg H2O evap/hr-m2
Tabla 5: velocidad de secado constante (BC)
t (min)X
Velocidad de secado (w)
Kg H2Oevap /hr-m2
7.5 0.1089 0.808612.5 0.1046 0.808615.5 0.1003 0.808620.5 0.0957 0.933025.5 0.0910 0.870832.5 0.0862 0.933037.5 0.0813 0.9330
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
42.5 0.0766 0.870847.5 0.0720 0.870852.5 0.0674 0.870857.5 0.0626 0.933062.5 0.0580 0.808667.5 0.0538 0.8086
Promedio 0.8800Desviación estándar 0.0345
w = 0.880 ± 0.069
Tabla 6: velocidad de secado decreciente (CD)
t (min) X = X w = Y XY X2 Y262.5 0.0580 0.8086 0.0469 0.0034 0.6567.5 0.0538 0.8086 0.0435 0.0029 0.6572.5 0.0498 0.6842 0.0341 0.0025 0.4777.5 0.0462 0.6842 0.0316 0.0021 0.4782.5 0.0430 0.5598 0.0241 0.0018 0.3190 0.0384 0.5909 0.0227 0.0015 0.35
100 0.0328 0.4665 0.0153 0.0011 0.22110 0.0282 0.4043 0.0114 0.0008 0.16120 0.0241 0.3732 0.0090 0.0006 0.14130 0.0203 0.3421 0.0070 0.0004 0.12140 0.0172 0.2488 0.0043 0.0003 0.06150 0.0146 0.2488 0.0036 0.0002 0.06160 0.0120 0.2488 0.0030 0.0001 0.06
Suma 0.4633 6.4690 0.0469 0.0034 0.65m = 13.0517b = 0.0573r = 9886
W = 13.0517X + 0.0573
Tabla 7: coeficiente de transferencia de calor
Humedad en la arena 11.33 %
Velocidad de secado constante 0.88 Kg agua evap/hr-m2
Temperatura del aire a la entrada secador 53 oC
Temperatura de la superficie húmeda Tw 26 oC
Calor latente de vapor a Tw 549.94 Kcal/Kg
Coeficiente transferencia de calor por convección 17.93 Kcal/hr-m2-oC
Tabla 8: coeficiente de transferencia de masa
Humedad en la arena (%) 11.33 %
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
Calor especifico de la mezcla aire-vapor de agua (Cs)
0.2451 Kcal/kg -ºC
Diferencia de humedad (Hw - Hg) 0.0120kg de H20/kg de
aire seco
Coeficiente de transferencia de masa 73.33 kg aire seco/ hr-m2
B) GRAFICOS
15
Laboratorio de Ingeniería química II Secado
0 50 100 150 200 2500
5
10
15
20
25
30
35
40
tiempo (min)
Mas
a de
agu
a (g
r)
Grafico 1: representación de la humedad en el tiempo
0 50 100 150 200 2500
2
4
6
8
10
12f(x) = NaN x + NaNR² = 0
velocidad de secado
Linear (velocidad de secado)
tiempo (min)
Mas
a de
agu
a (g
)
Grafico 2: velocidad de secado constante para los primeros 70 minutos
16
Humedad 11.33% ♦Periodo de calentamiento ABPeríodo de velocidad constante BC
C
D E
BA
Laboratorio de Ingeniería química II Secado
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.120.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
HUMDAD (X)
VELO
CIDA
D DE
SEA
CDO
Grafico 3: velocidad de secado vs. Humedad (X)
0 50 100 150 200 250
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
tiempo (min)
Log
(X)
Grafico 4: Log(X) vs. Tiempo, empleado en la práctica para determinar el último periodo de velocidad decreciente.
17
E
D
A
BC
Humedad 11.33% ♦Periodo de calentamiento ABPeríodo de velocidad constante BC1er periodo de velocidad decreciente CD2do periodo de velocidad decreciente DE
W =13.052X+0.057
W = 0.880 ± 0.069
Xc= 0.58
Humedad 11.33% ♦
Laboratorio de Ingeniería química II Secado
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
tiempo (min)
W a
gua
(gr)
Grafico 5: absorción de agua atmosférica por parte de la arena en el tiempo
18
W agua =1.35gr
Laboratorio de Ingeniería química II Secado
IX. DISCUSION DE RESULTADOS:
Los datos experimentales de contenido de agua (g) en función del tiempo de secado para
la muestra de arena con contenido de humedad de 11.33% se muestran en las
Tablas Nº 4; se representa en la Gráfica Nº 01, donde la pendiente de la porción recta -
tramo BC, se representa en el grafico siguiente Gráfica Nº 02, del cual se puede
determinar la velocidad de secado por regresión lineal.
Se obtuvieron las velocidades de secado empleando el método aplicado en el libro
“Problemas de Ingeniería química”, Ocon/Tojo donde: dw/dt = ∆w/∆t, cuyos resultados se
son presentados en la última columna de la tabla Nº 4 y representados gráficamente en
función de la relación en masa (X) en la Gráfica N°3; del cual podemos determinar la
humedad critica trazando una línea vertical en el punto C dirigido hacia la abscisa, el
tramo de velocidad constante –BC- es una línea horizontal, siendo el punto C donde
comienza la velocidad decreciente de secado.
Analizando la Gráfica N° 3; se puede decir que la intensidad de desecación no es un
proceso continuo y uniforme en el cual domine un solo mecanismo durante toda la etapa
de secado.
Coeficiente de transferencia de calor por convección y de masa son respectivamente,
17.93 Kcal/hr-m2-c0, 73.33 Kg H2Oevap/hr-m2.
19
Laboratorio de Ingeniería química II Secado
X. CONCLUSIONES:
Los resultados del experimento para una muestra de arena de humedad inicial de 11.33%
en base seca, secada con aire a 53 0C, humedad de 0.0141KgdeH2O/Kgaireseco y
velocidad de 292.27Kgaireseco/hora; para el periodo de velocidad de secado constante
son:
1) velocidad de secado en el primer periodo constante, 0.8800 kg H2Oevap/hr-m2.
2) coeficiente de transferencia de calor por convección, 17.93 Kcal/hr-m2-0C.
3) coeficiente de transferencia de masa, 73.33 Kg H2Oevap/hr-m2.
20
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XI. RECOMENDACIONES
Pesar la muestra a salida del horno y preparar la torta húmeda inmediatamente para
evitar la absorción de agua del medio que en consecuencia traerá errores en los cálculos
de % de humedad.
21
Laboratorio de Ingeniería química II Secado
XII. BIBLIOGRAFÍA
1. Joaquín Ocón y Gabriel Tojo, “Problemas de Ingeniería Química”, Editorial Aguilar
S.A, 3ra edición, España, 1974, pag: 240-262 tomo I, 266-267 tomo II.
2. Badger W. L.; J. T. Banchero, “Introducción a la Ingeniería Química “, Editorial Mc.
Graw Hill Books, 1ra. edición, México, 1979, pág.: 484, 507– 514.
3. Brown G., “Operaciones Básicas de la Ingeniería Química “, Editorial Marín S.A,
Buenos Aires, 1965, pág.: 592-595.
4. Foust A.; Wenzel L., “Principios de las Operaciones Unitarias”, Editorial CECSA,
México, 1961, pág.: 410-411.
5. Oré Cárdenas A., “Determinación experimental de la velocidad de secado atmosférico
para partículas no porosas en un secador de bandejas”, Tesis de grado, programa
académico de Ingeniería Química de la UNMSM, Lima-Perú, 1984, pág.: 5-15, 47-69.
6. Valiente Barderas, Antonio; “Problemas de flujo de fluidos”; Editorial Limusa; México.
1997, pag 682-684, 691
22
Laboratorio de Ingeniería química II Secado
XIII. APENDICE
A) EJEMPLO DE CÁLCULO
1. DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES DEL FLUIDO (aire húmedo)
1.1 Determinación de la Fracción den Peso de Aire y Agua
Datos: Temperatura de bulbo seco : 22ºC
Temperatura de bulbo húmedo: 20ºC
De la carta psicrométrica, ingresando con las temperaturas dadas se obtiene:
Humedad absoluta = 0.0141 kg agua/ kg aire seco
Volumen especifico = 0.85 m3 aire húmedo / kg de aire seco
*Obtención de la fracción en peso de agua y aire
Y agua = 0.0141 kg agua / (1+0.0141) kg aire húmedo = 0.0139
Y aire seco = 1 kg aire seco / (1+0.0141) kg aire húmedo = 0.9861
1.2 Determinación Densidad del aire húmedo
ρ aire humedo=(1+Habs)
Vol especificoaire humedo
ρaire humedo=(1+0.0141)
0.85
ρ aire humedo=1.1931Kg /m3
1.3 Determinación de la Viscosidad del Aire Húmedo
agua (22°C) = 0.955x10-3 kg agua/m-s
aíre (22°C) = 0.018x10-3 kg aire seco/m-s
1µAH
=Y aguaµagua
+Y aire
µaire
μAH = 1.8249x10-5 kg /m.s
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
1.4 Cálculo de las densidades del aceite (ρ aceite).
Peso picnómetro: 18.9817g = P
Peso picnómetro + Agua: 44.5357g = P1
Peso picnómetro + Aceite: 40.7070g = P2
ρH2O (22 0C) = 997.86Kg/m3
ρaceite=P2−PP1−P
×ρ H 2O
ρaceite=848.35Kg /m3
1.5 Cálculo de la Velocidad máxima
V max=c×√2×g×h×( ρaceiteρ aire humedo
−1)Donde:
C coeficiente de Pitot = 0.98 (asumido)
g aceleración gravedad = 9.81 m / s2
aceite = 848.35 kg/m3
aire húmedo = 1.1931 kg/m3 aire húmedo
h (presión dinámica) = 0.005461m.
Remplazando los datos en la ecuación anterior, se obtiene:
Vmax = 8.5435 m / s
1.6 Número de Reynolds máximo
ℜmax=Vmax× D× ρaire humedoµairehumedo
Donde:
Vmax = 8.5435 m / s
D tubería = 0.1130 m.
ρ aire húmedo = 1.1931 kg / m3
μ aire húmedo = 1.8249x10-5 kg aire húmedo/m.s
Re max = 6.3148x104
1.7 Velocidad media
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
Con el numero de Reynolds máximo se ingresa a la grafica de Re vs.
Vmedia/Vmax y se halla el valor de Vmedia/Vmax.
VmediaVmax
=0.805→Vmedia=6.8775m /s
1.8 Flujo másico del Aire húmedo
Gairehumedo=Vmedia× π D2
4×ρaire humedo
Gairehumedo=6.8775×π (0.1130)2
4×1.1931
Gairehumedo=0.0823Kg /s
1.9 Flujo másico del Aire seco
Gaire seco=Gairehumedo×Y aire seco
Gaire seco=0.0823×0.9861
Gaire seco=0.0812Kg /s
2. DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES DE LA MUESTRA A SECAR (arena)
2.1 Humedad de la arena al inicio
X= WaguaWarenaseca
De los datos se tiene que:
W arena seca + bandeja = 691.3 g
W bandeja = 276.4 g
W arena seca = 691.3 - 276.4 = 414.9 g
W arena húmeda = 461.9
W agua = 461.9 – 414.9 = 47.0 g
Entonces la humedad para este caso será:
X= 47.0414.9
→X=0.1133Kgagua
k g dearena seca
W agua añadida = ρ x V = 997.86 x 45.8 = 45.70ml
W agua absorbido = W agua - W agua añadida = 1.30ml
2.2 Humedad de la arena en el proceso de secado
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
Xi= WaguaWarenaseca
Para t = 0 min
W arena húmeda + bandeja = 569.3 g
W bandeja = 229.7 g
W arena húmeda = 569.3 - 229.7 = 339.6 g
Masa de Arena seca
Warena seca=Warenahumeda× 11+X
Warena seca=339.6×1
1+0.1133
Warena seca=305.04 g
Masa de agua
Wagua=Warena humeda−Warena seca
Wagua=339.6−305.04
Wagua=34.56 g
Para t = 5min
W arena húmeda + bandeja = 568.6 g
W bandeja = 229.7 g
W arena húmeda = 568.6 - 229.7 = 338.9 g
W arena seca = 305.04 g
Masa de agua
Wagua=Warena humeda−Warena seca
Wagua=338.9−305.04
Wagua=33.86 g
Entonces, en la ecuación inicial:
X (5min )= 33.86305.04
→X (5min )=0.1110 Kgagua /Kgarenaseca
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
2.3 Determinación de la velocidad de secado.
Velocidad de secado constante (tramo BC)
Con los datos de peso de agua en la muestra y el tiempo de secado, se construye
la Gráfica N°1 con la que se puede obtener una ecuación que permite determinar
la velocidad constante de secado.
Se halla la ecuación de la recta en el periodo de velocidad constante (5 – 70
minutos), ver grafico N°2.
W agua = -0.2828t + 35
Entonces la velocidad de secado es la pendiente de esta ecuación:
Pendiente = -dWagua/dt = 0.2828 g/min = 0.0170kg de agua evapora/h
Y la velocidad de secado por unidad de área será:
dW/Adt = 0.0170/0.0193 = 0.880 kg/h-m2
Asumiendo que dWagua/dt = ∆Wagua/∆t se grafica la velocidad de secado
(∆Wagua/A∆t) en función de la humedad (X), ver grafico N°4, del cual se puede
obtener la humedad critica (Xc = 0.58), intervalo del periodo de velocidad
constante (7.5-67.5min) y son de estos puntos que podemos obtener un promedio
de la velocidad constante y su respectiva desviación constante, ver tabla 5.
w = w ± 2σ
w = 0.880 ± 0.057
Velocidad de secado decreciente (tramo CD)
Del mismo grafico N°4 se puede observar la velocidad decreciente de secado para
el periodo (67.5-167.5min), representado en una recta del cual se halla su
ecuación característica, ver tabla 6.
m=n∑ xy−∑ x∑ y
n∑ x2−(∑ x )2
b=∑ x2∑ y−∑ xy∑ x
n∑ x2−(∑ x )2
r=n∑ xy−∑ x∑ y
√ (n∑ x2−(∑ x )2)¿¿¿
w = 13.052 + 0.057X
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
3. DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE TRANSFERECIA DE CALOR POR
CONVECCION.
dWd t
=hcA (Ti−Tw )λ w
hc=( dWdt × 1A )(λ w
(Ti−Tw))……… (i)
Donde:
hc (Coeficiente de transferencia de calor por convección)= kcal/(h)(m2)(ºC).
Ti (Temperatura de bulbo seco del aire, interior del secador) = 53ºC
Tw (Temperatura de bulbo húmedo del aire, salida del secador) = 26ºC
w (Calor latente de vaporización del agua a Tw) = 549.94 kcal/kg H2O evap.
A (área de transferencia) = 0.0193 m2
( dWdt × 1A ) (Velocidad de secado) = 0.8800 kg agua/m2-hr
Remplazando en (i)
hc=(0.88
Kgagua
m2h )(549.94KcalKgagua )
(53−26)0C
hc=17 .93Kcal /m2hrCo
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
4. DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE TRANSFERECIA DE MASA.
De la siguiente ecuación:
dWaguadt
=KGA (Hw−Hg )
KG=( dWaguadt×
1A )( 1
Hw−Hg )… ...(i i)
Donde:
(dW/dt)/A es la velocidad de secado = 0.0880kg agua/m2-hr
KG es el coeficiente de transferencia de masa desde la superficie mojada al aire
Hw es la humedad de saturación del aire a la temperatura de bulbo húmedo.
Hg humedad del aire a la temperatura de bulbo seco.
(Hw-Hg): diferencia de humedades en el secador
Para calcular la diferencia de humedades, se realiza el siguiente cálculo:
Hw−Hg=Cs(T−Tw )
λw…….(iii)
Donde:
Cs : calor húmedo en la mezcla aire-agua.
T : temperatura del bulbo seco en el secador = 53°C
Tw : temperatura del bulbo húmedo en el secador = 26°C
Habs=0.0110KgaguaKgaireseco
También:
Cs=1.005+1.88Habs……(iv)
Cs=1.005+1.88×0.0110
C s=1.0257KJ
Kgaireseco C❑o
=0.2451Kcal
Kgaireseco C❑o
En la ecuación (iii):
Hw−Hg=0.2451(53−26)
549.94
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
Hw−Hg=0.2451(53−26)
549.94
Hw−Hg=0.0120Kgagua /Kgaireseco
Ahora, en la ecuación (ii):
KG=0.88000.0120
→ KG=73.33 Kg aire seco / m2-hr
B) TABLA DE DATOS
Tabla 1: condiciones de laboratorio
Presión mmHg 756Temperatur
a C 22
Tabla 2: propiedades del fluido (aire)
Temperaturas (oC)
Entrada del Ventilador
Entrada del secador
Salida del secador
T bulbo seco 22.00 53.00 42.00T bulbo húmedo 20.00 - 26.00
humedad 0.0141 - 0.0110ρ agua (22C) Kg/m3 997.86
µ agua (22C)Kg/ms
0.955x10-3
µ aire (22C) 0.018x10-3
Tabla 3: dimensiones de los equipos
TUBERIADiámetro m 0.1150Espesor m2 0.0104
BANDEJAPeso g 229.70Largo cm 21.20ancho cm 9.10
Espesor cm 1.14área de
transferencia m2 0.0193
Tabla 4: datos del medidor tubo de Pitot
P dinámica pulg aceite 0.215P estática cm de H2O 3.10
Tabla 5: datos para calcular la densidad del aceite.
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
PicnómetroPicnómetro con
aceitePicnómetro con
agua
W (g)1 18.9817 41.5221 44.5064
2 24.6792 70.1545 76.1754
ρ ACEITE = 848.35 Kg /m3
Tabla 6: datos para hallar el porcentaje de humedad
unidades
caliente 5min 20min
Warena+bandeja g 691.30 691.60Wbadeja g 276.40Warena g 414.90 415.20 416.40
Volumen de agua (supuesto)
ml 45.64
Volumen de agua (real) ml 45.80Warena+agua g 461.90
Wagua g 47.00Wagua añadido g 45.70
W agua absorbido g 1.30
Tabla 7: análisis granular de la arena
arena de riomasa (Kg) malla1500.00 --1090.00 -35 +40410.00 -40 +80
Tabla 8: datos de la absorción de humedad atmosférica por la arena
hora t(min)Wbadeja+aren
a Warena Wagua08:40:00
a.m. 0.00 536.70 307.00 1.9609:08:00
a.m. 28.00 537.10 307.40 2.3609:29:00
a.m. 49.00 538.10 308.40 3.3609:42:00
a.m. 62.00 538.80 309.10 4.0610:17:00
p.m. 97.00 539.70 310.00 4.9611:17:00
a.m. 157.00 539.80 310.10 5.06
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
12:08:00 p.m. 208.00 539.50 309.80 4.76
Tabla 9: variación de masa de la muestra en el tiempo
t W arena+agua+bandeja0.00 569.305.00 568.60
10.00 567.3015.00 566.0020.00 564.7025.00 563.2030.00 561.8035.00 560.3040.00 558.8045.00 557.4050.00 556.0055.00 554.6060.00 553.1065.00 551.8070.00 550.5075.00 549.4080.00 548.3085.00 547.4095.00 545.50
105.00 544.00115.00 542.70125.00 541.50135.00 540.40145.00 539.60155.00 538.80165.00 538.00
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Laboratorio de Ingeniería química II Secado
175.00 537.80185.00 537.70195.00 537.60205.00 537.60215.00 537.50
C) DIAGRAMAS EMPLEADOS
Diagrama 1: viscosidad de gases, tomado de Apendice XIX (bibliografia 6)
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Diagrama 2:relacion entre la vlocidad promedio y la velocidad maxima para tuberias cilindricas, tomado del apnedice XXIII, (bibliografia 6)
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Diagrama 3: carta psicometrica, tomado de Bibliorafia 1
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