1) Cada kg de un producto contiene 600 g de agua. Calcular su humedad porcentual en base húmeda y base seca. 2) De un cargamento de patatas con un 90% de humedad se extraen 200 g de agua por kg de producto. Calcular la humedad final en base húmeda y base seca. 3) Se tienen 100 kg de un producto con el 80% de humedad que debe secarse hasta el 5%. Calcular: a) La cantidad de agua que hay que eliminar. b) Masa total del producto al final del secado. 4) Un alimento con un 7´5% de humedad se traslada a un ambiente más húmedo que el actual. Se observa que su masa aumenta en 0´1 kg agua/kg producto hasta que alcanza el equilibrio. Calcular la humedad del producto producto en en base base seca seca en ambos ambos ambient ambientes. es. 5) Calcular la humedad de equilibrio de las hojas de tabaco cuando se ponen en contacto con aire con temperatura seca 25 ºC y temperatura húmeda 19´5 ºC. 6) Tenemos un cargamento de 50 kg de hojas de tabaco con el 23’1% de humedad y queremos secarlo hasta el 9’1%. Para ello utilizamos aire a 20 ºC. Calcular: a) Cantidad de agua a extraer. b) Humedad del aire a utilizar. 7)
¿Cuál es la humedad de equilibrio, en base seca, de los granos de maíz cuando se encuentran en contacto con aire a 20 ºC y 80% de humedad? ¿A qué temperatura, aproximadamente, habrá que calentar el aire para que la humedad de equilibrio del maíz se reduzca al 13%? ¿Qué cantidad de calor será necesario para producir ese calentamiento?
8) En un secador se hacen pasar 20 kg de aire seco por segundo, a 60 ºC y con una humedad relativa del 10%, a través de un lecho de dados de zanahorias. Si las zanahorias pierden 0´16 kg de agua por segundo de forma constante, y suponiendo que no existen pérdidas de calor, se pide: a) Calcular la temperatura y la humedad relativa del aire que sale del secador. b) Comprobar el balance de energía. c) Calcular el rendimiento térmico del secado. 9) En un secadero se está deshidratando un alimento desde un 68% en base húmeda hasta un 5´5% en base húmeda. El aire entra a 54 ºC y 10% de humedad y sale a 30 ºC y 70% de humedad. Se pide: a) Cantidad de aire seco necesario por cada kg de producto seco. b) Cantidad de aire inicial necesario por cada kg de producto inicial. c) Rendimiento térmico. 10) Se procede al secado de coles con un 92% de humedad hasta reducir esta al 20%. El aire utilizado está inicialmente a 25 ºC y contiene un 50% de humedad, pero es calentado a 90 ºC antes de entrar en contacto con las coles. Si el aire sale con un 85% de humedad, se pide: a) Energía necesaria para calentar cada kg de aire seco. b) Temperatura a la que sale el aire. c) Cantidad de aire necesario por cada 100 kg de coles en su estado inicial. d) Temperatura Temperatura de las coles desecadas. e) Rendimiento térmico. 11) Un producto entra en un secadero con un 60% de humedad humedad y sale con el 10%. El aire, que inicialmente está a 20 ºC y 60% de humedad, es calentado a 120 ºC antes de entrar en contacto con dicho producto. En el secadero se introducen 700 kg de aire seco y éste sale 10 ºC por encima de la temperatura de salida del producto. producto. Se pide: pide: a) Temperatura Temperatura y humedad relativa a las que sale el aire. b) Cantidad de producto que se secará. c) Calor necesario para calentar el aire.
Termodinámica y Termotecnia
Problemas Tema 6
d) Rendimiento térmico. e) Comprobar el balance de energía.
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12) Se desea secar un producto en forma de cubo de 5 cm de lado, con densidad de 950 kg/m y con un 77% 2 de humedad. Sabiendo que en el período de velocidad constante el producto pierde 0´1 kg de agua/(m s), calcular: a) Velocidad de secado. b) Velocidad de secado por kg de sólido seco. c) Tiempo necesario para alcanzar la humedad crítica, siendo ésta del 30%. 13) Se desea diseñar un secadero para secar trozos de manzana desde una humedad inicial del 70% hasta un 5%. Se ha determinado experimentalmente que la humedad crítica es del 25%, que el tiempo de secado a velocidad constante es de 5 min, y que el tramo final de secado se produce a velocidad constantemente decreciente. Calcular el tiempo necesario para secar cada kg de producto inicial. 14) Calcular el tiempo necesario para secar 53´33 kg de un producto desde un 25% hasta un 9´1 % de humedad. La humedad crítica es de 16´67% y la velocidad constante de 0´3 10-3 kg agua/s, decreciendo uniformemente para humedades inferiores. 15) En un secadero se introducen 100 kg de un alimento con un contenido inicial de agua del 80% y una 2 superficie de 12 m . Para reducir su humedad hasta la humedad crítica, el 50%, se utiliza aire en el que el psicrómetro indica 120 ºC y 50 ºC respectivamente. En estas condiciones el coeficiente de transmisión de calor por convección entre la superficie del alimento y el aire es de 18 W/(m2 ºC). Calcular: a) Velocidad de secado. b) El tiempo necesario para el secado. c) Caudal másico de aire húmedo necesario.
RESPUESTAS
1) 2)
W = 60 % Ws = 150 % W = 87’5 % Ws = 700 %
3) 4) 5) 6) 7)
a) 78’95 kg agua b) 21’054 kg 8’11 % 21’2 % 18’6% a) 7’7 kg agua b) 0’0024 kg agua/kg as 19.6%; 4 ºC; 4.09 kJ/kg
8) a) T = 41 ºC ; HR = 40’3% b) Se cumple aprox. c) R t = 21% 9) a) 217’6 kg as/kg prod seco b) 70’3 kg a húmedo/kg prod húmedo c) Rt = 29’5% 10) a) 66’84 kJ/kg as b) 36 ºC c) 3952’2 kg a húmedo d) Th=33’7ºC e) Rt = 47’3% 11) a) T=48ºC HR =55% b) 38’3 kg prod inicial c) Qcalent = 7 104 kJ e) 3430 kJ ≈ 3379’3 kJ (El producto sale a 38ºC) -3
12) a) 1’5 10 kg agua/s 13) 6’54 min 14) 36217’3 s -3 15) a) 6’346 10 kg agua/s
