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INFORME DE LABORATORIO DE PROCESOS: SECADO
PAULA CATALINA HOYOS VÁSQUEZ
2032018
REINALDO CALDERON SUPELANO
2073601
RAFAEL JURADO LAGOS
2073691
LUIS MARIANO IDARRAGA BERNAL
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE FISICO-QUÍMICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
BUCARAMANGA
2011
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INTRODUCCIÓN
Las prácticas experimentales brindan la oportunidad complementar los conocimientos teóricos
aprendidos y interactuar con medios físicos para ver de manera más real cada uno de los
fenómenos que allí ocurren, como por ejemplo en el caso de las operaciones unitarias. En una
primera experiencia se realizó la práctica secado. El secado es una operación de transferencia de
masa de contacto gas- sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación
hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo
y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa.
La práctica de secado se llevó a cabo en un secador de bandejas directo en una operación por lotes,
donde el material a secar fue la piña.
OBJETIVOS
General:
Aplicar los conocimientos teóricos a la operación de secado mediante el análisis de los datosobtenidos a partir de un secador de bandejas en una operación por lotes para eliminar la humedad
de la piña.
Específicos
y A partir de los datos obtenidos calcular parámetros importantes que gobiernan la operación
de secado.
y R ealizar las graficas características de operación de secado para obtener magnitudes como
el tiempo crítico y el tiempo poscrítico.
y Conocer el funcionamiento del secador de bandejas y de los diferentes elementos que lo
componen.
MARCO TEORICO
En general, el secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido deun material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo que depende de la presión de vapor ejercida por el sólido y la presión de vapor
ejercida por la corriente gaseosa, cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el
gas están en equilibrio y el proceso de secado cesa. El secado es habitualmente la etapa final de unaserie de operaciones. Los sólidos que se secan pueden tener formas diferentes escamas, gránulos,cristales, polvo, tablas o láminas continuas y poseer propiedades muy diferentes.
Tipos de secaderos.
De acuerdo a la clasificación de la operación de secado encontramos los siguientes tipos de equipos
- Secaderos de calentamiento directo.
a) Equipos discontinuos
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y Secaderos de bandejas con corriente de aire.
y Secaderos de cama fluidizada.
y Secaderos con circulación a través del lecho sólido.
b) Equipos continuos
y Secaderos de túnel.y Secaderos neumáticos.
y Secaderos ciclónicos.
y Secaderos de cama chorreada.y Secaderos de cama vibratoria.y Secadero de cama fluidizada.
y Secaderos espray.
y Secaderos de tipo turbina.
y Secaderos rotatorios.
- Secaderos de calentamiento indirecto:
a) Equipos discontinuos.
y Secaderos de bandejas a vacío.y Secaderos de bandejas a presión atmosférica.
y Secaderos por congelación.
b) Equipos continuos.
y Secaderos de tambor.
y Secaderos con circulación a través del lecho.
Conceptos básicos:
Humedad: es la cantidad de agua contenida en el sólido.
C ontenido de humedad, base seca:
ó Donde W es la masa del sólido húmedo y Sc la masa del sólido seco.
C ontenido de humedad, en base húmeda:
Humedad en el equilibrio X *: Es el contenido de humedad de una sustancia que está en elequilibrio con una presión parcial dada del vapor. Humedad ligada. Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de
vapor en el equilibrio menor que la del líquido puro a la misma temperatura. Humedad no ligada. Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión devapor en el equilibrio igual a la del líquido puro a la misma temperatura.
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Humedad libre. La humedad libre es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la
humedad en el equilibrio: X ± X*. Sólo puede evaporarse la humedad libre; el contenido dehumedad libre de un sólido depende de la concentración del vapor en el gas.
En la siguiente figura se muestran dichas humedades
F igura 1. Tipos de humedad
CURVAS DE VELOCIDAD DE SECADO
Curva de rapidez de secado A partir de los datos obtenidos experimentalmente, se puede graficar
una curva de contenido de humedad como función del tiempo ( F ig . 2). Se puede obtener muchainformación si los datos se convierten a rapideces (o fluxes) de secado, expresadas como N
masa/(área).(tiempo) y se grafican contra contenido de humedad, como en la F ig . 3. Esto puedehacerse midiendo las pendientes de las tangentes trazadas a la curva de la F ig . 2 o determinando, a
partir de la curva, pequeños cambios en el contenido de humedad X para los cambios pequeñoscorrespondientes en el tiempo t y calculando la rapidez como N = -S s X/A t . Aquí, S s es la
masa de sólido seco; A es la superficie húmeda sobre la cual sopla el gas y a través de la cual tienelugar la evaporación. Generalmente hay dos partes principales en la curva de rapidez de la F ig . 3 un
periodo de rapidez constante y uno de rapidez decreciente
F igura 2. H umedad l ibr e en función del t iem po. F igura 3. Vel ocidad de secad o en función X.
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E tapa 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.
E tapa 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.
E tapa 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.
La rapidez constante a la cual se evapora la humedad puede describirse en función de Ky, uncoeficiente de transferencia de masa del gas y de la diferencia de humedad entre el gas en la
superficie líquida Y s, y en la corriente principal Y .
TIEMPO DE SECADO:
1. E l periodo de rapidez constante. Si el secado tiene lugar completamente dentro del periodo derapidez constante, de forma que X 1 , y X 2 , > X c, y N = Nc, tenemos:
S s: masa de solido seco, M
X : contenido de humedad de un sólido, masa humedad/masa sólido seco, M/M A: área de la sección transversal perpendicular a la dirección del flujo para el secado por circulacióntransversal, L2
Nc: flujo constante de secado, M/L*T
t : tiempo
2. E l periodo decreciente de la rapidez. Si tanto X 1, y X 2 < X c, de forma que el secado ocurre bajo
condiciones cambiantes de N, se puede hacer lo siguiente:a) C aso general. Para cualquier forma de la curva decreciente de la rapidez, la siguiente ecuación
se integra gráficamente mediante la determinación del área bajo una curva de 1/ N como ordenada, X como abscisa, cuyos datos se pueden obtener de la curva de rapidez de secado.
b) C aso especial. N es lineal en X , como en la región BC de la F ig . 3.
En este caso, N=mX+b; en donde m es la pendiente de la porción lineal de la curva y b es una
constante.El tiempo de secado se puede determinar mediante la siguiente expresión
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En donde; N m es el promedio logarítmico de la rapidez N 1, al contenido de humedad X 1, y N 2 en X 2.
Con frecuencia, la curva decreciente de la rapidez total se puede tomar como una línea recta entrelos puntos C y E ( F ig . 3) esto se hace debido a la falta de datos. En este caso,
MECANISMO DEL SECADO POR LOTES
La rapidez de evaporación y la temperatura superficial pueden entonces obtenerse mediante un
balance de calor.S
i q representa el calor total que llega a la superficie, entonces Dondeqc: calor por convección
qR : calor por radiación
qk : es el calor por conducción ó ó
Despreciando el calor necesario para sobrecalentar la humedad evaporada hasta la temperatura del
gas y considerando solo el calor latente de evaporación s, entonces el flux de evaporación N c y el
flux de flujo de calor están relacionados
A partir de las ecuaciones ( 3) (9 ) y ( 10 ) tenemos
BALANCE DE MASA Y ENER GIA EN EL EQUIPO
Se definen los siguientes terminos para el caso de una mezcla aire agua
H umedad absolut a (Kg agua/ Kg aire seco)
V olumen húmed o (m3 de mezcla / Kg aire seco); tomando como referencia 1 K g de aire
seco.
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P=90,325 [kpa]
Capacidad calorífica (KJ/ Kg de gas * k)
E ntal pia e specíf ica (KJ/ Kg de gas seco)
Balance de masaFlujo masico que entra ± flujo masico que sale = acumulacion de masa en el tiempo
Donde:
m:masa evaporada de la muestra
t:tiempo de secadoAent y Asal:areas de entrada y salida de aireVent y Vsal:velocidad de entrada y salida del aire al secador
Vg:volumen especifico de la mezcla aire-agua, el cual se puede expresar asi:
Balance de energiaAntes de hacer el balance de energia es necesario identificar las fuentes que le suministran energia
al aire, las cuales son :
R esistencias electrica
Donde; E1:energia entregada por las resistencias electricas al aire
V:voltaje
I: intensidad de la corriente
Soplador Donde; W2: trabajo entregado al soplador
P: potencia
: eficiencia del soplador El motor del soplador opera a 220 V con una potencia de 1hp y una eficiencia
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del 65%
Intercambiador de calor
Donde; E2: energía entregada por la masa de vapor saturado que se condensa
vc: volumen del condensador en el tiempo T i
vf : volumen especifico del líquido saturado a la temperatura T i en el tiempo ti hfg: delta de entalpia entre el vapor y el líquido saturado a la temperatura.
Energía necesaria para secar la muestra
Donde; Wagua evaporada: Whumedo inicial-Whumedo final
Hi: calor latente de vaporización a la temperatura a la cual se considera
ocurre la vaporización de la humedad de la muestra.
La energía gastada en el secado fue la suministrada al soplador, al intercambiador de calor y a las
resistencias eléctricas, luego escribiendo estos términos en la ecuación de balance de energía global para el equipo resulta:
Donde los flujos másicos de entrada y salida se puede calcular como se muestra en el balance demasa, y las entalpias con la formula dada anteriormente para el sistema aire-vapor de agua.
Eficiencia de la operaciónLa eficiencia de la operación se puede escribir como la relación entre la energía necesaria para elsecado de la muestra y la realmente gastada en la operación. Luego la eficiencia se obtiene
dividiendo la ecuación de E3 entre la sumatoria de las energías suministradas necesarias para laoperación de secado:
DESARROLLO EXPERIMENTAL
El desarrollo experimental de la práctica de laboratorio se llevo a cabo mediante ciertas medicionesde temperatura, agua condensada y la más importante µla pérdida de peso de la muestra¶ durante laoperación en determinados rangos de tiempo, durante un tiempo suficiente de modo que se alcanzo
los valores del equilibrio.
Descripción del equipo
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El equipo disponible para el desarrollo de esta práctica es un secador de bandejas como el que se
muestra en la fig.
F igura 4: secad or de bandeja s
1. Ducto de entrada del aire.
2. R esistencias eléctricas: precalentamiento del aire.3. Ventilador movido por un motor eléctrico, el cual permite la circulación del aire.
4. Voltímetro.5. Amperímetro.
6. Banco de tubos aleteados dentro de los cuales circula el vapor proveniente de lacaldera, que permite el calentamiento del aire.
7. Cámara de secado horizontal donde se colocan las bandejas que contienen el
material a secar.
8. Cámara de secado vertical, donde se cuelgan los materiales a secar.9. Mallas y bandejas donde se coloca el material a secar.
10. Balanza conectada al soporte de las bandejas; la cual permite determinar la perdidade peso del material a secar.
11. Controlador automático de la temperatura.12. Compuerta para controlar la recirculación del aire.
13. Ducto de salida del aire.
14. Motor eléctrico.15. Termómetro para medir la temperatura de entrada del aire.
16. Termómetro para medir la temperatura a la cual fue precalentado el aire.
17. Termómetros para medir la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulboseco del aire de secado.
18. Manómetro.
Además del secador requerimos de otros materiales para llevar a cabo la práctica, como lo son:
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1. Material a secar: piña.
2. Cuchillos para obtener el volumen adecuado del material a secar.3. Balanza para pesar la bandeja donde se coloca el material a secar, y pesar la bandeja antes
y después del secado.
4. Anemómetro para medir la velocidad de entrada y salida del aire en el equipo de secado.
5. Termómetros para medir la temperatura de bulbos húmedo y seco, y la temperatura del
agua que se condensa.6. Material de alto peso, como partículas esféricas de plomo, hierro o algún otro componente
similar, para equilibrar la balanza con el peso del material a secar.
7. R ecipiente para recolectar el condensado del vapor proveniente de la caldera después dehaber atravesado el intercambiador de calor del equipo.
8. Probeta para medir el volumen del condensado recolectado.
9. Estufa para realizar el secado total del material a secar.10. Vidrio de reloj.11. Balanza analítica para pesar el vidrio reloj dispuesto para el material a secar y pesar el
vidrio reloj con el material a secar antes y después del secado total del material.
Descripción del experimento
Inicialmente pesa un vidrio reloj solo, y luego con una pequeña muestra de piña. Estamuestra se pone a secar en una mufla durante un periodo de tiempo considerado el
necesario para eliminar la muestra completamente, para este caso el tiempo de secado
fue aproximadamente de 15h. la muestra seca se pesó nuevamente para determinar el porcentaje de humedad contenida en el sólido.
Se pesa una bandeja tipo malla previamente sin material y luego se procede a colocar
sobre esta la piña en forma de película con un grosor del material no superior a 1mm y
formando un cuadrado de 20cm x 20cm. La bandeja con la piña se pesa, paraobtenemos por diferencia de los pesos, la cantidad de muestra que se va a secar.
Posteriormente se ingresa la bandeja en la cámara de secado, se lleva a cero la balanza
y se suministra energía eléctrica al equipo (enciende) y se verifica que cada uno de
elementos como el ventilador, las resistencias eléctricas, el intercambiador de calor y elcontrol automático de temperatura funcionen correctamente.
En intervalos de 5 minutos se toman datos de: temperatura del aire a la entrada,temperatura del aire precalentado, temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco del aireantes de pasar por la bandeja, temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco del aire a la
salida del equipo, temperatura del vapor condensado, pérdida de peso de la muestra y
volumen del vapor condensado. Se registran los valores generados por otros dispositivos como el voltímetro y
amperímetro para luego determinar los requerimientos energéticos del equipo. Setoman las dimensiones de los ductos de entrada y salida del aire y se mide la velocidadde flujo de aire también en los ductos de entrada y salida.
La práctica finaliza cuando la pérdida de peso de la muestra no presenta variaciones con
el tiempo (3 tomas de datos iguales).
ANALISIS DE DATOS
En la tabla 1 se registran cada uno de los datos arrojados por el secador de bandejas cada 5, minutos
en un intervalo de tiempo de secado de la piña de 130 min, que fue el tiempo necesario para que la
piña alcanzara la humedad en equilibrio.
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Tiempo[min]
T
aire[C
]
T aire precalentado[C]
TG1entrada[C]
TH1entrada[C]
TG2salida[C]
TH2salida[C]
Balanza[lb]
vapor
condensado
T[C
] V[ml]
0 27 33 50 29 40 26 0 27 0
5 35 38 76 34 47 34 2,3 87 1460 10 36 40 73 34 46 36 4 93 1475
15 35 40 71 33 46 38 5,5 92 1450
20 35 39 69 33 50 39 7 89 1350
25 34 39 67 32 47 42 9,5 81 1230
30 34 39 68 33 48 43 11 80 1210
35 35 40 74 34 50 45 12 87 1500
40 35 40 74 34 50 46 13,5 93 1350
45 36 41 80 35 52 47 14,5 95 1600
50 36 41 78 35 52 48 16 93 1600
55 37 41 79 36 53 49 16,5 94 1670
60 36 41 77 35 51 48 18,5 95 1640
65 37 41 79 35 52 48 19,5 93 1650
70 37 41 80 36 53 47 20 93 1700
75 36 41 79 35,5 51 48 21 95 1730
80 37 41 80 36 52 46 22 94 1820
85 36 41 80 36 52 45 23,5 93 1650
90 37 41 79 35 51 44 24 92 1610
95 36 41 80 35 52 43 24,9 93 1750
100 36 41 79 35 51 43 25 91 1720
105 37 41 80 35 53 42 25 94 1680
110 37 41 80 35,5 52 42 25,3 93 1750
115 36 41 79,5 35,5 52 41 25,5 94 1820
120 36 41 80 35,5 52 41 25,5 94 1700
125 37 41 79 35,5 51 41 25,5 95 1730
130 36 41 80 35,5 51 40 25,5 93 1760
T abla 1 dat os ex perimentale s par a cada 5min de secad o
La tabla 2 muestra otros datos recopilados en el desarrollo de la práctica
D ATO S D EL S ECA DOR D E BA N D EJA S (g)
masa de la bandeja 123,6
masa de la bandeja+ muestra húmeda 260,8
masa de la bandeja+ muestra seca 146,19
muestra humeda 137,2
muestra seca 22,59
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Agua retirada 114,61
D ATO S D E LA E S TU FA (g)
vidrio vacio 36,49
Vidrio+ muestra húmeda 45,88
vidrio +muestra seca 37,65
muestra húmeda 9,39
muestra seca 1,16
humedad de la muestra 8,23
% de humedad 87,6464
OTRO S D ATO S
solido seco (Ss) [g] 16,9491
vel. Aire entrada [m/s] 6,07
vel. Aire salida [m/s] 8,31
area del ducto [m2] 0,0352
T abla 2. Dat os ex perimentale s
La masa de humedad retirada durante el proceso de secado se puede calcular por
interpolación a partir de la tabla 3 que muestra la calibración de la balanza, para este caso
se ajusta a un polinomio de grado 1 como lo muestra la f ig . 5. los valores calculados de
pérdida de humedad en equivalencia en [g] se muestran en la tabla 4.
F igura 5 curva de cal ibr ación de la balanza del secad or
y = 4.2871x + 0.2501
R² = 1
0
100
200
300
400
500
600
700
0 50 100 150
Series1
Linear (Series1)
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Calibración balanza
lb g
0 0
5 21,4
10 43,5
15 65,1
20 86,3
25 108,1
26 110,8
40 171,8
50 214,2
60 257,4
70 300,5
80 343,3
90 385,4
95 407,4
100 429
105 450,5
110 471,5
115 493,4
120 514,8
130 558
135 579,2
140 600,3
T abla 3 cal ibr ación de la balanza
La humedad en base seca las puedo calcular a partir de la ecuación (1) y la masa del solido
húmedo la puedo calcular a partir de la siguiente ecuación, estos valores están registrados
en la tabla 4
Tiempo t (min)
Calibración balanza
masa del solido húmedo w (Kg) humedad X (Kg/Kg)lb g
0 0 0,2501 136,9499 7,0801
5 2,5 10,9679 126,2321 6,4477
10 4 17,3985 119,8015 6,0683
15 5,5 23,8292 113,3708 5,6889
20 7 30,2598 106,9402 5,3095
25 9,5 40,9776 96,2224 4,6771
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30 11 47,4082 89,7918 4,2977
35 12 51,6953 85,5047 4,0448
40 13,5 58,126 79,074 3,6654
45 14,5 62,4131 74,7869 3,4124
50 16 68,8437 68,3563 3,033
55 16,5 70,9873 66,2127 2,9066
60 18,5 79,5615 57,6385 2,4007
65 19,5 83,8486 53,3514 2,1477
70 20 85,9921 51,2079 2,0213
75 21 90,2792 46,9208 1,7683
80 22 94,5663 42,6337 1,5154
85 23,5 100,997 36,203 1,136
90 24 103,1405 34,0595 1,0095
95 24,9 106,9989 30,2011 0,7819
100 25 107,4276 29,7724 0,7566
105 25 107,4276 29,7724 0,7566
110 25,5 109,5712 27,6288 0,6301
115 25,5 109,57115 27,6289 0,6301
120 25,5 109,57115 27,6289 0,6301
125 25,5 109,57115 27,6289 0,6301
130 25,5 109,57115 27,6289 0,6301
T abla 4: parámet ros nece sarios par a el anál isis de secad o
CUR VAS DE SECADO
1. H umedad de material cada cinco minut os.
F igura 6 . Ma sa del material húmed o r e spect o al t iem po
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 50 100 150
W h
u m e d o [ g ]
Tiempo [min]
Humedad Vs Tiempo
Humedad Vs Tiempo
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En la gráfica se puede apreciar dos regiones, una pérdida de humedad constante y otra de pérdida
de humedad decreciente, que corresponde a un tiempo ante-critico y uno pos-critico
respectivamente.
2. H umedad en ba se seca del material
F igura 7 . H umedad en ba se seca ( X ) r e spect o al t iem po
Comparando con la F ig . 2 , la F ig .7 muestra un comportamiento similar donde se pueden apreciar
las tres zonas de secado. La zona I muestra un comportamiento lineal hasta un tiempo crítico,
(tc=26 min Xc = 4,6771). La zona II y III corresponden al tiempo pos-critico.
En la zona III se puede observar que cuando la humedad se acerca al equilibrio la curva no presenta
variaciones significativas y tiende a estabilizarse en un punto. Este punto corresponde a la humedad
en el equilibrio. Con base en la tabla 4 se puede obtener el peso húmedo y la humedad en base seca
en el equilibrio cuyos valores son.
W*= 27,6 289 , X*= 0,6 301
3. Vel ocidad de secad o: para calcular la velocidad de secado parto de la fig. 7 y calculo las
derivadas. Para cada una de las etapas de la f ig . 7 los polinomios de ajuste a las curvas son:
Zona I: X = -0,0903t + 7,0078
Zona II X = 0,0002t2
- 0,0753t + 6,4453
Zona III X = -8E-06t3 + 0,003t2 - 0,3764t + 16,294
Si derivamos cada una de las expresiones anteriores tenemos:
Zona I:
X = -0,0903t + 7,0078
R² = 0,9899
X = 0,0002t2 - 0,0753t + 6,4453
R² = 0,9964
y = -8E-06t3 + 0,003t2 - 0,3764t + 16,294
R² = 0,9647
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 20 40 60 80 100 120 140
X
Tiempo [h]
X Vs Tiempo
zona I
zona II
zona III
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Zona II
Zona III
Si graficamos cada una de estas expresiones con respecto a la humedad en base seca se obtiene:
F igura 8
Si calculamos el flux como lo muestra la ecuación ( N = -S s X/A t ) y graficando
F igura 9: humedad en ba se l ibr e.
0
0.01
0.020.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0 2 4 6 8
- d X / d t
X
-dX/dt Vs X
zona 1
zona 2
zona 3
05
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8
N ( g / m 2 * m i n )
X
N Vs X
zona 1
zona 2
zona 3
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COMPARACION ENTRE EL Nc EXPERIMENTAL Y Nc A PARTIR DECORRELACIONES EMPIRICAS
Con base a la f ig . 9 puedo leer el Nc
N c=43 , 4802 g / m2*min=0,0434802 K g / m
2*min
A partir de la ecuación (10) puedo calcular el Nc analíticamente, despreciando la transferencia de
calor por conducción y radiación y teniendo en cuenta solo la transferencia de calor por
convección.
TG: temperatura de bulbo seco del aire: aprox. 79C
TH: temperatura de la superficie de secado, que corresponde a la temperatura de bulbo húmedo:
35,5C
hc: coeficiente de convección, se encuentra mediante las correlaciones empíricas para un flujo de
aire paralelo sobre la placa de longitud (L).
µ
Las propiedades se encuentran con la temperatura media:
(densidad): 1,0768 Kg/m3
(viscosidad): 1.9756*10-5 Kg/m.s
K (conductividad térmica): 0,0016980 Kj/m.min.C
Pr (Numero de prandtl): 0,6935
V (es la velocidad de flujo de aire a la entrada del ducto): 6,07 m/s ( tabla 2)
L=0,2 m
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R eemplazando estos valores la ecuación (24) se obtiene Nc. El procedimiento de obtención del
calor latente de vaporización lo muestra la tabla 7.
Nc experimentalcorrelaciónempírica
k g / ( m2*min) 0,04348 0,02196
BALANCE DE MASA EN EL EQUIPO
Air e f 1 mezcla g a s va por f3
Va por r et ir ad o de la mue st r a f2
Se realiza un balance de materia en el equipo suponiendo estado estable
Donde f es flujo másico, Q caudal y es la densidad de la mezcla de gas-vapor
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Para calcular 3 de la mezcla gas-vapor a la salida del secador, se leen las humedades absolutas Y¶
para cada valor de temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco obtenidas experimentalmente. Se
calcula el volumen húmedo a partir de la ecuación (13). Con el V¶H y la saturación puedo obtener
la densidad que me permite el cálculo de los flujos
C alcul o de f 1
TG1 entrada [C] TH1entrada [C] Y' Vh[m3/g] [g/m3] Flujo[g/s]
76,9423 34,5556 0,0222 1,15195 0,01927 0,00412
T abla 5: flujo de air e a la ent r ada
C alcul o de f 3
Tiempo[min]
TG2 salida[C]
TH2 salida[C] Y' Vh[m
3/g] [g/m
3] Flujo [g/s] Masa [g]
0 40 26 0,0182 1,024 0,01777 0,0052 0
5 47 34 0,0334 1,07175 0,03116 0,00911 2,733
10 46 36 0,0396 1,07851 0,03672 0,01074 3,222
15 46 38 0,0459 1,08878 0,04216 0,01233 3,699
20
50
39
0,0475 1,1
0507
0,04298
0,01257 3,771
25 47 42 0,0602 1,11558 0,05396 0,01578 4,734
30 48 43 0,0639 1,12514 0,05679 0,01661 4,983
35 50 45 0,072 1,14552 0,06285 0,01838 5,514
40 50 46 0,0768 1,15344 0,06658 0,01947 5,841
45 52 47 0,081 1,16756 0,06938 0,02029 6,087
50 52 48 0,0864 1,17653 0,07344 0,02148 6,444
55 53 49 0,0916 1,18881 0,07705 0,02254 6,762
60 51 48 0,0869 1,17374 0,07404 0,02166 6,498
65 52 48 0,0864 1,17653 0,07344 0,02148 6,444
70 53 47 0,0805 1,17032 0,06878 0,02012 6,03675 51 48 0,0869 1,17374 0,07404 0,02166 6,498
80 52 46 0,0759 1,15909 0,06548 0,01915 5,745
85 52 45 0,071 1,15095 0,06169 0,01804 5,412
90 51 44 0,0669 1,14062 0,05865 0,01716 5,148
95 52 43 0,0621 1,13616 0,05466 0,01599 4,797
100 51 43 0,0625 1,13333 0,05515 0,01613 4,839
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105 53 42 0,0574 1,13182 0,05071 0,01483 4,449
110 52 42 0,0579 1,12918 0,05128 0,015 4,5
115 52 41 0,054 1,12271 0,0481 0,01407 4,221
120 52 41 0,054 1,12271 0,0481 0,01407 4,221
125 51 41 0,0544 1,11992 0,04857 0,01421 4,263
130 51 40 0,0507 1,11379 0,04552 0,01331 3,993
T abla 6: flujo de air e a la sal ida 130,854
R eemplazando estos valores en la ecuación (25) se tiene:
Humedad retirada experimental balance masa
g 114,61 g (tabla 2) 98,7168
BALANCE DE ENERGÍA
y Energía suministrada por las resistencias eléctricas la puedo calcular a partir de la
ecuación (18)
V=120 v
I=15 A
y El trabajo suministrado por el soplador lo puedo calcular a partir de la ecuación (19)
R eemplazando se obtiene la energía del soplador
y La energía transferida por el intercambiador de calor la puedo calcular a partir de la
ecuación (20)
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El procedimiento de cálculo se encuentra en la tabla 7. R ealizando la sumatoria para cada
energía en el tiempo obtengo:
La energía total () suministrada al secador es:
ENERGIA NECESARIA PARA SECAR LA MUESTRA:
Se determina por la siguiente ecuación
ú ú
ú ú
El calor latente de evaporización se encuentra en la tabla 7 y se tomo un promedio de los datos,
R eemplazando estos valores en la ecuación anterior se obtiene la energía necesaria para secar la
muestra:
Energía suministrada secador de bandejas empleada para secar la muestra
kJ 109221,3879 277,3121
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Tiempo
[min]
vapor condensado
v [m3]
Hfg
[KJ/kg] Vf [m3/kg) E2[KJ] TH1 (KJ/Kg)T[C] V[ml]
0 27 0 0 29 2432,8
5 87 1460 0,00146 2290,15 0,001034 3233,67408 34 2421
10 93 1475 0,001475 2274,82 0,00103733 3234,60106 34 242115 92 1450 0,00145 2277,38 0,001038 3181,31118 33 2423,4
20 89 1350 0,00135 2285,06 0,001033 2986,28364 33 2423,4
25 81 1230 0,00123 2305,54 0,001032 2747,88198 32 2425,7
30 80 1210 0,00121 2308,1 0,001029 2714,09232 33 2423,4
35 87 1500 0,0015 2290,18 0,001034 3322,31141 34 2421
40 93 1350 0,00135 2274,82 0,00103733 2960,48233 34 2421
45 95 1600 0,0016 2269,7 0,0010368 3502,62346 35 2418,6
50 93 1600 0,0016 2274,82 0,00103733 3508,71979 35 2418,6
55 94 1670 0,00167 2272,26 0,001037 3659,28081 36 2416,2
60 95 1640 0,00164 2269,7 0,0010368 3590,18904 35 2418,6
65 93 1650 0,00165 2274,82 0,00103733 3618,36729 35 2418,6
70 93 1700 0,0017 2274,82 0,00103733 3728,01478 36 2416,2
75 95 1730 0,00173 2269,7 0,0010368 3787,21161 35,5 2417,2171
80 94 1820 0,00182 2272,26 0,001037 3987,95873 36 2416,2
85 93 1650 0,00165 2274,82 0,00103733 3618,36729 36 2416,2
90 92 1610 0,00161 2277,38 0,001038 3532,35241 35 2418,6
95 93 1750 0,00175 2274,82 0,00103733 3837,66228 35 2418,6
100 91 1720 0,00172 2279,94 0,00104 3770,67 35 2418,6
105 94 1680 0,00168 2272,26 0,001037 3681,19267 35 2418,6
110 93 1750 0,00175 2274,82 0,00103733 3837,66228 35,5 2417,2171
115 94 1820 0,00182 2272,26 0,001037 3987,95873 35,5 2417,2171
120 94 1700 0,0017 2272,26 0,001037 3725,01639 35,5 2417,2171
125 95 1730 0,00173 2269,7 0,0010368 3787,21161 35,5 2417,2171
130 93 1760 0,00176 2274,82 0,00103733 3859,59177 35,5 2417,2171
Tabla 7 91400,6889 Prom. 2419,6149
Eficiencia de la operación ():
La eficiencia de operación se expresa de la siguiente forma:
í í
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Eficiencia secador de bandejas lab. procesos
0,2538
La eficiencia de operación es muy baja debido a que la muestra pequeña y requiere grandes
cantidades de energía para llegar hasta la humedad en equilibrio.
Conclusiones
y Fueron aplicados los conocimientos teóricos a la operación de secado a través de los datos
obtenidos en la práctica experimental en un secador de bandejas.
y A partir de los datos que se obtuvieron experimentalmente fueron calculados parámetros
importantes, los cuales rigen la operación de secado.
y Fueron elaboradas los gráficos característicos de la operación de secado obteniendo
magnitudes como el tiempo crítico y el tiempo postcrítico.
Fue conocido el funcionamiento del equipo de secado y sus características princípiales.
Se determinó una eficiencia de operación baja, debido a que la energía suministrada es
muy alta comparada con la cantidad de sólido a secar.
BIBLIOGRAFÍA
www.monografias.com/trabajos15/operacion-secado/operacion-secado.shtml
Procesos de Transporte y Principios de Procesos de Separación Christie John Geankoplis
O peraciones de transferencia de masa - R obert E. Treybal (2da Edición)
operaciones unitarias en ingeniería química Warren L. McCabe Julian C. Smith