FACULTAD DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL ASIGNATURA: INGENIERIA AGROINDUSTRIAL II Ejercicios de Secado o Deshidratación
Ing. Mg. Merlín del Águila Hidalgo 1.- Se realizó un experimento de secado, efectuando en condiciones constantes de secado, sobre un material dispuesto en planchas de dimensiones 20 cm x 30cm x 10 mm de profundidad. Obteniendo los siguientes datos: (Secado a una sola cara). Considerar el peso del solido seco de 350 gramos. Tiempo(min) Peso Total (gramos)
0 532
10 514
20 496
30 483
40 470
50 462
60 454
70 449
80 443
90 440
100 436
110 434
120 432
Graficar la curva de secado y la curva de velocidad de secado, para dicho producto y condiciones del proceso e indicar la humedad critica y la humedad de equilibrio. 2.- Se realizó un experimento de secado, efectuando en condiciones constantes de secado, sobre un material dispuesto en planchas de dimensiones 40 cm x 50 cm x 10 mm de profundidad. Obteniendo los siguientes datos: (Secado por ambas caras). Considerar el peso del solido seco de 850 gramos. Tiempo(min) Peso Total (gramos)
0 1049
10 1032
20 1014
30 997
40 979
50 962
60 952
70 944
80 937
90 931
100 926
110 922
120 920
Graficar la curva de secado y la curva de velocidad de secado, para dicho producto y condiciones del proceso e indicar la humedad crítica y la humedad de equilibrio. 3.- Para determinar la factibilidad de secar cierto producto alimenticio, se obtuvieron datos de secado con un secador de bandejas y flujo de aire sobre la superficie superior expuesta, con área de 0.186 m 2. El peso de la muestra totalmente seca fue de 3.765 kilogramos de solido seco. La muestra húmeda en equilibrio peso 3.955 kg agua más sólido. Por consiguiente contenía 3.955
kg – 3.765 kg ó 0.190 kg de humedad en equilibrio. En el ensayo de secado se obtuvieron los siguientes pesos de la muestra en función del tiempo. Tiempo(horas) Peso Total (gramos)
0 4944
0.4 4885
0.8 4808
1.4 4699
2.2 4554
3.0 4404
4.2 4241
5.0 4150
7.0 4019
9.0 3978
12.0 3955
a) Calcule el contenido de humedad libre X kg de agua/kg de solido seco para cada punto y construya la curva de X en función del tiempo. b) Mida la pendiente, calcule las velocidades de secado Rc en Kg agua/h m2 y grafique R en función de X C) Empleando esta curva de secado, pronostique el tiempo total de secado desde X= 0.20 hasta X= 0.08. 2.- Un material granular insoluble se va a secar en una bandeja de 0.61m x 0.61m y 25.4 mm de profundidad y se puede considerar que los lados y el profundo están aislados. El calor se transfiere por convección de una corriente de aire que fluye paralelamente a la superficie a velocidad de 3.05 m/seg. El aire está a una temperatura de bulbo seco de 60°C y una temperatura de bulbo húmedo de 30°C. Estime la velocidad de secado para el periodo de velocidad constante (Rc). 2.- Un material granular insoluble se va a secar en una bandeja de 0.45m x 0.45m y 25 mm de profundidad y se puede considerar que los lados y el profundo están aislados. El calor se transfiere por convección de una corriente de aire que fluye paralelamente a la superficie a velocidad de 3.05 m/seg. y temperatura de bulbo seco de 60°C y una temperatura de bulbo húmedo de 30°C. La bandeja contiene 11.34 kg de solido seco con un contenido de humedad libre de 0.35 kg agua/Kg solido seco y se desea secar el material en el perido de velocidad constante hasta lograr 0.22 kg agua/kg solido seco. a) Estime la velocidad de secado y el tiempo necesario en horas. b) Pronostique el tiempo necesario cuando la profundidad del lecho de material se aumente a 45 mm. 3.- En un experimento de laboratorio, un alimento solido granulado se va a secar en bandejas de 0.35m x 0.25m x 20 mm de profundidad que está completamente llena. El aire utilizado para el proceso de secado está a una
temperatura de bulbo húmedo de 30°C y tiene un volumen específico de 0.975 m3/kg de aire seco y circula a una veloc idad 7 m/seg, en sentido paralelo a la superficie. Estimar la velocidad de secado para el periodo de velocidad constante. 4.- En un experimento de laboratorio, un alimento solido granulado se va a secar en bandejas de 0.45m x 0.35m x 20 mm de profundidad que está completamente llena. El aire utilizado para el proceso de secado está a una temperatura de bulbo seco de 64°C y una entalpia de saturación de 100 kJ/kg de aire seco y circula a velocidad de 4 m/seg. en sentido perpendicular a la superficie. Estimar la velocidad de secado y el tiempo de secado en el periodo de velocidad constante 5.- En condiciones constantes de secado un sólido húmedo se seca desde una humedad del 24% hasta 9% en tres horas, su humedad critica es del 13% y la del equilibrio 4%.(Todas las humedades expresadas sobre base humeda). Calcular: El tiempo necesario para secarlo desde la humedad del 9% hasta el 6% empleando las mismas condiciones de secado. 6.- Pulpa de guanábana se seca desde el 72% hasta el 25% de humedad, su humedad critica es del 48% y la del equilibrio 12% (Humedades expresadas en base húmeda), conociendo que la velocidad de secado para el periodo de velocidad constante R C = 1.5 kg/m2 h y la superficie de secado es de 1 m2/Kg de solido seco. 7.- En un proceso de secado se han obtenido los siguientes datos como se indica en el cuadro: Tiempo (h) 0 1 2 3 4 5
Humedad (kg agua/kg solido seco) 0.85 0.70 0.55 0.40 0.25 0.20
Durante las tres primeras horas la velocidad de secado es constante y en las condiciones de operación la humedad de equilibrio es de 0.14 kg de agua/kg solido seco. Calcule el aumento porcentual de secado si en lugar de reducir la humedad al 0.20 kg de agua/kg de solido seco se reduce a 0.16 kg agua/kg solido seco. 8.- Un material granular insoluble se va a secar en una bandeja de 0.55m x 0.55m y 20 mm de profundidad y se puede considerar que los lados y el profundo están aislados. El calor se transfiere por convección de una corriente de aire que fluye paralelamente a la superficie a velocidad de 6.5 m/seg. El aire está a una temperatura de bulbo seco de 64°C y una temperatura de roció de 19°C. Estime la velocidad de secado para el periodo de velocidad constante (Rc). Asi mismo el tiempo de secado. 9.- En un proceso de secado se han obtenido los siguientes datos como se indica en el cuadro: Tiempo (h) 0 1 2 4
Humedad (kg agua/kg solido seco) 0.63 0.48 0.33 0.1125
Durante las dos primeras horas la velocidad de secado es constante y en las condiciones de operación la humedad de equilibrio es de 0.05 kg de agua/kg solido seco. Calcule el aumento porcentual de secado si en lugar de reducir la humedad al 0.1125 kg de agua/kg de solido seco se reduce a 0.08 kg agua/kg solido seco. 10.- En un proceso de secado se han obtenido los siguientes datos como se indica en el cuadro: Tiempo (h) 0 1
Humedad (kg agua/kg solido seco) 0.83 0.68
2
0.53
6
0.15
Durante las dos primeras horas la velocidad de secado es constante y en las condiciones de operación la humedad de equilibrio es de 0.05 kg de agua/kg solido seco. Calcule el aumento porcentual de secado si en lugar de reducir la humedad al 0.15 kg de agua/kg de solido seco se reduce a 0.09 kg agua/kg solido seco. 11. Se desea secar un lote de solido húmedo cuya curva de velocidad de secado es la que se muestra en la figura siguiente desde un contenido de humedad libre X1 = 0.38 kg agua/kg solido seco hasta una humedad de X 2 = 0.045 kg agua/kg solido seco. El peso de solido seco es 399 kg y la superficie de secado es de 18.58 m2. Calcular el tiempo de secado.
Rc= 1.51 kg agua h m2
Xf = 0.045
Xc=0.195
X1=0.38
Los datos para el periodo de velocidad decreciente son: X 0.195 0.150 0.100 0.065 0.050 0.045
R 1.51 1.21 0.90 0.71 0.37 0.27
12.- Se desea secar un lote de solido húmedo cuya curva de velocidad de secado es la que se muestra en la figura siguiente desde un contenido de humedad libre X1 = 0.28 kg agua/kg solido seco hasta una humedad de X 2 = 0.010 kg agua/kg solido seco. El peso de solido seco es 190 kg y la superficie de secado es de 12 m2. Calcular el tiempo de secado.
Rc= 1.50 kg agua h m2
Xf = 0.010
Xc=0.165
X1=0.28
Los datos para el periodo de velocidad decreciente son: X 0.165 0.120 0.070 0.035 0.025 0.010
R 1.51 1.21 0.90 0.71 0.37 0.27
13.- Se realizó un experimento de secado, efectuando en condiciones constantes de secado, sobre un material dispuesto en planchas de dimensiones 35 cm x 45cm x 10 mm de profundidad. Obteniendo los siguientes datos: (Secado a una sola cara). Considerar el peso del solido seco de 750 gramos. Tiempo(min) Peso (gramos)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 942 932 914 897 879 862 852 844 837 831 826 822 820
Graficar la curva de secado y la curva de velocidad de secado, para dicho producto y condiciones del proceso.
15.- En un secadero de bandejas se secan 20 kg de un sólido húmedo con humedad 50% base húmeda y durante las dos primeras horas se secan a velocidad constante de secado a razón de 2,5 kg/h. Disminuyendo después la velocidad de secado linealmente con la humedad. Calcúlese la humedad del solido (base húmeda) después de tres horas de periodo poscritico, si la humedad de equilibrio en las condiciones de operación es 4% (base húmeda) y se mantiene condiciones constantes de secado.
16.- En un experimento de secado se secan en el laboratorio 100 m3 de arena normal, con humedad 40% base húmeda y durante las tres primeras horas se secan a velocidad constante de secado a razón de 5 kg/h. Disminuyendo después la velocidad de secado linealmente con la humedad. Calcúlese la humedad del solido (base húmeda) después de tres horas de periodo proscritico, si la humedad de equilibrio en las condiciones de operación es 8% (base húmeda) y se mantiene condiciones constantes de secado.
17.- Una plancha de cartón de dimensiones 100 cm x 100 cm y 10 mm de profundidad se somete a secado por ambas caras en condiciones constantes de secado. Cuando se introduce en el secador su peso es de 15 kg y durante las dos primeras horas de secado pierde 5 kg de agua, secándose con la velocidad constante. A partir de ese momento , la velocidad de secado es decreciente y después del tiempo suficiente la velocidad se hace cero, reduciéndose el peso de la plancha a 7.5 kg. En las condiciones en que se produce el secado el cuerpo ya no pierde más peso, sin embargo la humedad del solido a la salida del secador indica que contiene todavía 1.5 kg de agua. Calcúlese: a)
La humedad critica
b)
La velocidad de secado constante
c)
La humedad de equilibrio
d)
La humedad libre en el punto critico
18.- En las experiencias de secado efectuadas en condiciones constantes de secado sobre un material dispuesto en planchas de dimensiones 20 cm x 20 cm x 1 cm, se han obtenido los siguientes datos: Tiempo (min) 0 10 20 30 40 50 60
Peso Total (g) 532 514 496 483 470 462 454
Tiempo (min) 70 80 90 100 110 120
El peso del solido seco es de 350 gramos. a) Construya las curvas de secado. b) Calcule la humedad crítica y la humedad de equilibrio.
Peso Total (g) 449 443 440 436 434 431
19.- Una cámara de secado se usa para secar un alimento entre 68% y 6% de humedad (base húmeda). El aire húmedo entra al sistema con 60% y 10% de humedad relativa y sale con 40°C y 70& de humedad relativa. La temperatura del producto es 25°C durante el secado. Calcular la cantidad de aire necesario por kilogramo de solido seco 20.- Una cámara de secado se usa para secar un alimento entre 68% y 6% de humedad (base húmeda). El aire húmedo entra al sistema con 60% y 10% de humedad relativa y sale con 40°C y 70& de humedad relativa. La temperatura del producto es 25°C durante el secado. Calcular la cantidad de aire húmedo necesario por kilogramo de solido seco 21.- Un unidad de lecho fluidizado se usa para secar zanahoria en rodajas. El producto entra en el secador con 80% de humedad (base humeda) a 25°C. El aire que se utiliza para el proceso de secado se precalienta a 120°C previo al ingreso a la secadora. El aire inicial es aire ambiente con 80% de humedad relativa y 20°C de temperatura de bulbo seco. Estimar l velocidad de producción del material seco, si entra aire a 800 kg aire seco /hora y la zanahoria debe salir con 10% de humedad (Base húmeda). Asumir que el producto sale temperatura de bulbo húmedo del aire y que el calor especifico de los solidos es 2KJ/kg °C. El aire sale del secador 10 °C por encima de la temperatura del producto. 22.- Un unidad de lecho fluidizado se usa para secar zanahoria en rodajas. El producto entra en el secador con 80% de humedad (base humeda) a 25°C. El aire que se utiliza para el proceso de secado se precalienta a 100°C previo al ingreso a la secadora. El aire inicial es aire ambiente con 80% de humedad relativa y 20°C de temperatura de bulbo seco. Estimar l velocidad de producción del material seco, si entra aire a 800 kg aire seco /hora y la zanahoria debe salir con 10% de humedad (Base húmeda). Asumir que el producto sale temperatura de bulbo húmedo del aire y que el calor especifico de los sólidos es 2KJ/kg °C. El aire sale del secador 10 °C por encima de la temperatura del producto.
23.- Planchas de cartón de dimensiones 1.5 m x 1.5 m x 0.01 m se han de secar desde la humedad del 60% hasta la del 15% (Base húmeda) en condiciones de secado constante . En experiencias de secado en laboratorio realizadas en las mismas condiciones en que se ha de efectuarse el secado se ha encontrado que la velocidad de secado para el antecritico resulta 0.3 kg/m2 h, mientras que para el periodo poscritico dicha velocidad de secado varia linealmente con la humedad desde la humedad critica (Xc = 0.35 kg de agua hasta la humedad de 0.10 kg de agua, en que la velocidad de secado vale 0.10 kg/m2 h. El secado se efectúa por ambas caras y el peso de cada plancha de cartón seco es de 50 kg. Calcúlese los ciclos de secado que puede realizarse por dia (24 horas).
24.- Experiencias de laboratorio efectuados en condiciones constantes de secado a 20°C con Temperatura de bulbo húmedo de 15°C se ha encontrado que la velocidad de secado para el periodo antecrito es de 1 kg/m 2 h. Calcule el valor de esa velocidad si la temperatura del aire se eleva a 40°C conservado la misma humedad, circulando con la misma velocidad másica y suponiendo despreciable la radiación y conducción
25.- Una prueba de secado se realiza en condiciones constantes de secado (Velocidad de aire 5 m/seg, Tbs = 70°C, Tbh = 30 °C) da una velocidad de secado de 3 kg/m2 h. Calcule la velocidad de secado a) Para la misma velocidad del aire si su temperatura es de 65°C y la Tbh = 40°C. b) Si la velocidad del aire es de 3.0 m/seg. con Tbs 70°C y Tbh 30°C (las iniciales). Asuma despreciable la Radiación y la conducción.
