UIVERSID@D N@CION@L DE INGENIERI@ Transferencia de Masa
“Solu]iòn Pro\l_m[s ^_ S_][^o”
Prof_sor:
Sergio Enrique Álvarez García
El[\or[^o por:
Castro Calvo Luis Rodolfo Doña Rosales Yeltsin Miranda Reyes Scarleth Belén
4t2Q
6 ^_ ^i]i_m\r_ ^_ 2017
1. Se dispone de 500kg de un sólido húmedo con humedad del 30%. Calcúlese la cantidad de agua que ha de evaporarse para reducir su humedad al 10% si las humedades están dadas sobre la base húmeda. Datos Solido húmedo=500 kg %humedad inicial=30 %humedad final=10 ¿Cantidad de agua evaporada=?
Agua evaporada=
0.1 0.01111 0.9
Agua evaporada = 111,11 kg
2. A 100kg de una arcilla totalmente seca se le añade 25 kg de agua. Calcules: a. La humedad de la mezcla resultante, expresada sobre base seca b. La humedad de la mezcla resultante, expresada sobre base húmeda. c. La cantidad de agua que ha de evaporarse área que su humedad, sobre la base húmeda, sea del 10,3% Datos: Solido seco=100 kg Agua añadida=25kg ¿Humedad en base seca=? ¿Humedad en base humedad=? Cantidad de agua evaporada para alcanzar humedad del 10,5%=?
125 100 0.25 100 125 100 0.2 Humedad en base humedad= 125 Cantidad de agua evaporada para alcanzar humedad del 10,5% Humedad en base seca=
=
125 10.5 kgdeagua 13.125 100 3. En el secado de un material cerámico de área superficial de secado 230cm 2 30cm2 cuyo peso del material seco es de 380g, se han obtenido los datos siguientes, cuando el secado se efectúa en condiciones constantes: Tiempo [min] 0 2.5 3 4
Peso total [g] 487 484 482 480
Tiempo [min] 32 36 40 46,5
Peso total [g] 455 454 453 452
1
a. b. c. d. e.
5
478
51,5
451
6.5
476
64
450
9
472
73
449
11.5
469
77
448
13
467
93
447
14.5
465
103
446
16
463
129
445
18.5
461
158
443.5
21
459
1000
440
27
456
La velocidad de secado en el periodo anticrítico La humedad critica La humedad libre en el punto critico La humedad de equilibrio El tiempo de secado ante critico
a. W=1000 kg/hm2 b. Xc=0.060 kg de agua/kg solido seco c. 0.060-0.018=0.042 kg de agua/kg solido seco
2
a
S Xi Xc A
(
Wc
)
0.5 kgAgua 1 d. 1 0.5 kgSs 0.380 1 0.06 a ( ) 0.023 1 a 15.53h Xi
4. Un secadero se carga con cierto número de placas de dimensiones 100cm*75cm*1cm, que se secan por las dos caras en condiciones constantes de secado. Calcúlese el tiempo total de secado a partir de los datos siguientes de las humedades expresadas sobre base húmeda: Xinicial=50% Xfinal=5% Xcritica=28% Xequilibrio=3% Peso de la muestra seca por unidad de superficie de secado =4 kg/m2 Velocidad de secado en el periodo anticrítico= 3 kg/m2 h. 0.5 kgAgua 1 Xi 1 0.5 kgSs a
S Xi Xc
(
)
A Wc kg 1 0.280
a 5
m
( 2
3
)
kg h.m
2
a 0.96h kg 0.28 0.03 0.28 0.03 p 4 2 ( ) In kg m 0.05 0.03 3 2 m h p 0.84h t p a t 1.8 h
5. La humedad de un material se ha de reducir desde el 20% hasta el 6% por secad en condiciones constantes. SU humedad critica es del 15% y la de equilibrio del 3%. El área de superficie de secado por kilogramo de material seco es de 0,030 m2. La velocidad de secado en el periodo ente critico vale 1,5 kg de agua/m2.h. Calcúlese el tiempo de secado si la velocidad de secado en el periodo poscritico disminuye
3
linealmente con la humedad del material hasta que se alcanza el equilibrio, y las humedades están dadas sobre base seca. Datos X1=0.2 X2=0.06 Xc=0.15 X*=0.03 A=0.030m2 W=1.4 kg de agua/m2h t =?
Se supone que S=1 kg de material seco 1kg 0.2 0.15 ( ) 1,11h 0.030m 2 1.5 kg A Wc 2 m .h 1kg 0.15 0.03 S Xc X * Xc X * p ( ) In ( ) 3.696 h kg A W X 2 X * 0.030m 2 1.5 2 m .h t p a 1.11 3.696 4.81h a
S Xi Xc
(
)
6. Se han efectuado experiencias de secado en condiciones constantes con una placa de dimensiones 0.6 m x 1.20 m (espesor despreciable), obteniéndose una curva de secado de la que se deduce que, en un principio la placa se seca a la velocidad constante de 0.60 kg/m2h, hasta que la humedad libre desciende a 1,20 kg de agua/kg de sólido seco; en el periodo de velocidad decreciente, la velocidad de secado disminuye linealmente con la humedad libre hasta que se alcanza la humedad de equilibrio, que en las condiciones de operación es de 0,09 kg de agua/kg de sólido seco. Calcúlese el tiempo de secado de este material en el laboratorio para que su humedad descienda de 60% al 10% (base humedad) efectuando el secado por ambas caras si el peso del material seco es de 2 kg. ( Hi Hc ) Hc He In (H Hc) H Hc (0.8 0.6) 0.6 0.10 In t 0.1648 (0.8 0.7) 0.8 0.6 t 1.43h t
4
7. Planchas de cartón de dimensiones 1.5mx3mx0.01m se han de secar desde la humedad del 60% hasta 15% (base húmeda) en condiciones de secado cte. En experiencias de laboratorio realizadas en las mismas condiciones que ha de efectuarse el secado se ha encontrado que la velocidad de secado para el periodo anticrítico resulta 0.3 kg/,2h, mientras que para el periodo pos critico dicha velocidad de secado varia linealmente con la humedad, desde la humedad critica (Xc=0.35kgH2O/kgSs. Hasta la humedad de 0.1 kgH2O/kgSs en que la velocidad de secado vale 0.1 kg/m2h. El secado se efectúa por ambas caras y el peso de cada plancha de cartón seco es de 20kg. Calcúlese los ciclos de secado que pueden realizarse por día(24h), si el tiempo de cargar y descarga es 1h Xc=0.35 kg/kgSs S=50kg a
S Xi Xc A
(
Wc
)
50kg 0.3 0.15 ( ) 1,109h 0.045m 2 0.3 kg 2 m .h
t p a 1.09 4.568 5.67 h
Se pueden efectuar 4 ciclos en 24h 8. Una placa de material de dimensiones 1*0.6*0.1 m pesa 5kg y contiene 50% de agua (base húmeda). En exéricnias previas efectuadas con esta placa se han encontrado los siguientes datos de la velocidad de secado, en condiciones tales que la humedad de equilibrio es del 5% (base seca) Peso material kg W, kg/m2h 10 5 8 5 5.8 4.5 4.6 4 3.6 3.5 3 2 2.7 1 Calcúlese el tiempo de secado para reducir la humedad de la placa del 14% (base húmeda) empleando aire en las condiciones dadas.
5
a
p t
S Xi Xc 0.111kg 2.704 2.156 ( ) ( ) 0.020h kg A Wc 0.60m 2 5 2 m .h S Xc Xf Wc ( ) In A Wc Wf wf
0.111kg 2.156 0.111 5 ( ) In 0.152 h 0.6m 2 0.5 1 1
p a 0.020 0.152 0.172 h
9. Un material cristalizado se seca en un secadero de bandejas empleando 12 h en el secado de cada carga de 1000 kg que entra al secadero. Las dimensiones de cada una de las bandejas son de 60*60*8 cm y el secado se verifica solo por la cara superior. Los datos calculados en experiencias previas son los siguientes: velocidad de secado para el periodo anticrítico: 2.5 kg/m2h; humedades (base humedad): inicial=80%, final=10%, critica=40%, equilibrio=5%. Calcúlese: a. El espesor de la carga en cada bandeja, si la densidad global del material de entrada es 1300 kg/m3 b. EL número necesario de bandejas t
S Xi Xc [ A Wc
Xc X * Wc
In(
Xc X * Xf
X *
)]
6
12 h
900 A
2
[0.16
m .h kg
2
0.158
m .h kg
In(
0.395 )] 0.095
A 144m2 202.64m 2 346.54m 2 900kg (1 0.8) *346.64m2 * z *13000 1620kg
z
450632 b) N
kg
kg m3
3.50 x103 3.59mm
m
0.80 10 Ht 0.08 Zs
10. La producción diaria de un secadero es de 1000kg/día empleando en cada ciclo 5h para el secado y 1 h para la carga y descarga del material. El sólido a secar constituido por torta filtrante se coloca en bandejas de 1m*1m entra en el secadero con humedad del 42% y sale con humedad del 10%. El secado se efectúa en condiciones constantes con aire a 70C y temperatura humedad 40C, a la velocidad másica de 6500 kg/m3h. En estas condiciones de secado, la humedad critica es 18% y la de equilibrio 2% (referidas todas las humedades sobre base humedad). La velocidad de secado para el periodo anticrítico viene dada por la expresión: Wc (30 0.15t )G 0.081 (Yi Y ) Estando w expresada en kg/m2h; G en kg/m2s y t en C Puede admitirse que la concentración de la torre es despreciable y la densidad del solido seco es 650 kg/m3 Calcúlese a. El espesor del material de cada bandeja b. El número necesario de bandejas t
70 40 53.60C 70 In 40
Yi
0.110
Y 0.041
Wc (30 0.15*53.6)1.8050.81 (0.110 0.041)
Wc 4.23
24 h
kg m2 h
1000kg 0.42 0.18 0.18 0.02 0.18 0.02 [ In( )] 4.23 4.23 0.10 0.02 A
7
24 h
580kg A
A 24,17
kg h
2
[0.057
m .h
0.083
kg m2 h kg
2
0.038
m .h
823.6kg 1306
kg
0.16 )] 0.08
2.01m2
580kg (1 0.42) 2.01m2 * z *650 z
kg
In(
kg m3
0.63m
m
11. EN condiciones cte de secado se reduce la humedad de un sólido desde el 70% hasta el 10% en 6h. Calcúlese el tiempo necesario adicional para secarlo en las mismas condiciones hasta la humedad del 5% si la humedad de equilibrio es 3% (base seca) y la crítica es el 140% de la humedad libre inicial del solido (base seca). X
m A
X (Hc He) hT
ms
0.03
1000*0.125* 0.03(0.70 0.1)
t
0.05*273
0.1648
( Hi Hc) Hc He In (H Hc) H Hc
t 0.1648
(0.95 0.7) 0.7 0.10 In (0.85 0.7) 0.85 0.7
t 1.67 h
12. En un secadero discontinuo se introduce un sólido poroso con humedad del 25% y después en 5h de secado, en condiciones cte su humedad se reduce al 10%. EN las condiciones de operación la humedad critica es del 15% y la de equilibrio del 3%. Calcúlese el tiempo necesario para secar un sólido análogo desde la humedad del 32% hasta la del 6% suponiendo que la velocidad de secado para el periodo poscritico es proporcional a la humedad libre. Datos p=1000kg/m3 =0.125kcal/m3C
8
T=25C T=5h X
m A ms
X=0,06 t
Hc X (Hi Hc) HcIn hT H
t
1000*0.125*0.06 0.15 (0.25 0.15) 0.15In 0.05*273 0.32
t 3.75h
13. Para secar un sólido desde la humedad del 30% al 10% en condiciones cte se necesitan 4h. EN las condiciones de operación la humedad critica es del 15& y la de equilibrio del 4%. La velocidad de secado durante el periodo poscritico varia linealmente con la humedad desde la humedad critica a la de equilibrio inicial del 30% hasta la humedad final del 6% en las mismas condiciones de secado, si todas las humedades están expresadas sobre la base húmeda. 0.20 0.66 0.30
X
m A
X (Hc He) hT
ms
1000*0.125* 0.66(0.30 0.1)
0.05*273
1.21
( Hi Hc) Hc He In (H Hc) H Hc (0.30 0.1) 0.15 0.04 In t 1.21 (0.30 0.06) 0.30 0.06 t 0.228h 13.6min t
9
14. En un secadero de bandejas se seca un material procedente de una torta filtrante en condiciones cte de secado, desde la humedad del 45% hasta la del 12%. En las condiciones de operación se han encontrado que la humedad critica es del 18% y la de equilibrio del 4%. Calcúlese en qué porcentaje ha de aumentarse el tiempo de secado si este se prolonga hasta que la humedad final del solido sea del 6% en lugar del 12%. Todas las humedades están referidas al solido húmedo y la velocidad de secado en el periodo poscritico varia linealmente con la humedad dese la humedad critica hasta la de equilibrio 0.12 0.26 0.45
X
m A
X (Hc He) hT
ms
1000*0.125*0.26(0.45 0.01)
0.05*273
0.952
( Hi Hc) Hc He In (H Hc) H Hc (0.55 0.18) 0.45 0.18 In t 0.952 (0.45 0.06) 0.45 0.06 t 0.535h 32.12min t
15. En unas instalaciones de secado se ha de obtener un producto con humedad del 10% (base humedad) que entra en el secadero con humedad del 70% (base humedad). El material a secar de densidad 800 kg/m3 (a la entrada) se extiende sobre bandejas secándose por una sola cara, y su espesor no ha de ser superior a 1,5cm. Los ensayos previos efectuados en el laboratorio han conducido a los siguientes resultados humedad del equilibrio=0.03 Humedad critica 1 kg/kg Ss Velocidad de secado en el periodo ante critico=1kg/m2h La velocidad de secado en el primer periodo pscritico varia linealmente con la humedad hasta que esta se reduce a 0,2kh/kgSS, en cuyo instante la velocidad de secado es de 0,2 kg/m2h. Para el segundo periodo poscritico se han determinado los valores siguientes X W 0.15 0.1 0.10 0.05 0.05 0.03 Calcúlese el tiempo de secado
10
16. Se ha de diseñar un túnel de secado en marcha continua para el secado de planchas de cartón de dimensiones 2,5, 1,25, 0,01 m, que entra en el secadero con humedad del 140% y salen con humedad del 25%. La producción horaria ha de ser 1ton y su desplazamiento a lo largo del secador ha de hacerse por medio de una correa trasportadora de 2.5 m de anchi, sobre la que se colocan las planchas en grupos de 20 espaciadas. En las experiencias de laboratorio efectuadas en condiciones análogas y suponiendo que el secado se verifica en condiciones contestes, se han obtenido los siguientes datos Densidad del material seco=550 kg/m3 Humedad de equilibrio=15% Humedad critica=80% Velocidad de secado en el periodo ante critico=1kg/m2h La velocidad de secado para el periodo pscritico varia linealmente con la humedad hasta la humedad del 10, en cuyo punto la humedad de secadores de 0,35 kg/m2h. Calcúlese la longitud del secadero si las humedades están dadas sobre base seca. Para t=0
X 0
0.532 0.400 kgAgua 0.330 0.400 kgSs
Velocidad cte C 0.0041kgagua / kgaire sec o.Min 0.400Kg kgagua / kgaire sec o kgagua W *0.0041 *60 0.82 0.120m2 min m2 h Humedad Critica X c 0.208
kgAgua kgSs
Equilibrio X * 0.078
kgAgua kgSs
Material de A=15m2, Secado por (At=2xA=30m2) Peso total inicial=12kg; pierde 3.5kg en 2 horas- (velocidad constante) Peso mínimo a velocidad cero:6.4kg con 1.3kg de agua Al final del proceso (en el equilibrio) Peso total=peso agua+peso seco 6.4kg=1.3kg+peso seco Peso seco=5.1 kg Humedad critica Inicial:12kg – pierde 3.5kg – queda 8.5kg Peso total=peso agua+peso seco
11
8.5 kg=peso agua+5+1 kg Peso agua=3.4 kg Hc=3.4/5.1=0.6667Kg agua/kg aire seco Velocidad de secado Antes del punto crítico, hay velocidad cte kgAgua 3.5 kgagua / kgaireseco kgSs 5.1 0.3431 C Tiempo 2h h W=(solido seco/arena)*C 5.1kgSeco kgagua / kgairesec o kgagua W 0.5823 *0.3431 2 2 30m h mh 17. Para secar un material en condiciones cte desde la humedad del 20% hasta el 5% (base seca) se necesitan 3h. Manteniendo las mismas condiciones de secado, calcular el tiempo necesario para secarlo hasta humedad del 10% si el intervalo de humedades considerado corresponde al periodo poscritico y la humedad de equilibrio es de 0,02 kg/kg Ss. Puede suponer que la velocidad de secado disminuye linealmente con la humedad libre hasta hacerse 0 cuando está se anula. 0.2 0.02 0.05 0.02 0.2 0.02 K .In 0.1 0.02 1.7917 / 0.8109 2.2095 3 / 2.2095 1.36h 3 K .In
18. Una placa de pulpa de papel de dimensiones 150 120 0.6 cm se ha de secar en condiciones cte desde el 75% hasta el 30% (base húmeda). EN experiencias previas realizadas en condiciones análogas se ha encontrad que la velocidad de secado para el periodo ante critico es de 1.50 kg/h.m2, siendo la humedad critica de 1.80 kg/kg Ss y la de equilibrio 0.5 (base húmeda). Calcular el tiempo necesario para efectuar el secado por ambas caras si el peso de la plancha seca es de 3kg y se supone que la velocidad de secado en el periodo poscritico varia linealmente con la humedad hasta que se alcanza la humedad de equilibrio.
S X 1 X 2 A
*
Wc
3kg 3 0.4286 * 1.8m 2 1.50kg / hm 2
2.8h
12
19. Un material de estructura ojosa sometido a condiciones constantes pierde agua durante la etapa inicial a razón de 1,50 kg de agua/h.m2. Se ha de secar desde la humedad del 200% hasta la del 20% una cantidad de material cuya área superficie de secado es de 20 m2, siendo el peso del material seco 25 kg En las condiciones de secado, la humedad critica es del 100% y la de equilibrio 8%, medidas todas las humedades sobre base seca. Calcular el tiempo total de secado suponiendo que en el periodo poscritico la velocidad de secado varia linealmente con la humedad hasta alcanzar las condiciones de equilibrio.
Llevando a cabo un balance de materia sobre una sección corta del lecho de dz m, el agua transfería es: dNA k y A( H t
H w ) M B adz
Ls ( X 1 X c ) AKM B ( H w H )
20. En un secadero de bandejas se seca algodón desde la humedad del 90% hasta el 10%m condiciones cte empleando aire a 70°C con tw= 50°C que circulan paralelamente a la superficie de secado con velocidad másica de 3000 kg/m2h. Las dimensiones de las bandejas son 60*60*2 cm y el secado se efectúa solo por la cara superior. La densidad del algodón seco es 700kg/m3. La densidad del aire de entrada a 82.2°C y 1atm es 1.208kg/m3 En experiencias previas realizadas en condiciones análogas a las que ha de efectuarse el secado se ha encontrado que la humedad critica es del 40% y la del equilibrio del 5%. Para el periodo poscritico la velocidad de secado es proporcionan a la humedad libre hasta la conclusión del secado. Calcular el tiempo total de secado si todas las humedades están dadas sobre base seca.
13
24. Una placa de un Material a través del cual la humedad se difunde rápidamente, se somete a secado en condiciones cte obteniéndose los datos: Peso inicial 1000kg; peso después de 2 h de secado 600g; Peso al alcanzar el equilibrio 380 g; Peso del material seco 300g a. Calcúlese el tiempo de secado para cada una de las placas de doble espesos si se ha de reducir la humedad del 65% hasta el 25% (base húmeda) b. Suponer que el área de transferencia es de 10cm2 W P P S P
S dx
(
A dP S
A
x 2
(
x1
dx w
) )
S
(X1 X 2) AWc masadeagua solido sec o
2.33
2.33 (0.65 0.25) 4.6h (0.1)2
25. Se ha efectuado el estudio para el secado de pasta procedente de la molienda de patata en un secador de bandejas como instalación piloto. La pasta con humedad inicial del 60% base seca está colocada sobre las bandejas alanzando un espesos de 1cm; se somete a secado en condiciones constantes y después de 6 h se obtiene el producto con humedad del 15% (base seca). En condiciones de operación la humedad critica es superior a la humedad inicial y la humedad de equilibrio es del 10%. El secado se efectúa solamente a través de la cara superior de la pasta estando en el proceso controlado por decurión La operación industrial se realiza en un secador de bandejas constituidos por rejillas para que el secado se efectué por ambas caras siendo 5cm el espeso de la pasta. La humedad de la pasar es también del 60& (base seca), pero su humedad final es del 25%. Calcule el tiempo necesario para el secado 0.40kg 0.60 0.7 ( ) 03.88h 0.05m 2 0.206 kg A Wc 2 m .h 26. La carga de un secador de bandejas está constituida por 0.6m3 de un material que contiene 1600kg de solido seco/m3 de carga que se seca en condiciones cte desde una humedad del 50% al 8% en 5h. La humedad critica es del 25% y puede considerarse independiente de las condiciones de secado La humedad de equilibrio es del 4% y todas las humedades están dadas sobre base humedad. El secador trabaja 24h al día y puede considerarse despreciable el tiempo de carga. EN cuanto a la velocidad de secado puede admitirse que para el periodo ante critico es proporcional a la potencia 0.8 de la velocidad másica del aire a
S Xi Xc
(
)
14
a. Calcule la humedad y el porcentaje de humedad inicial b. De acuerdo con un nuevo plan de producción ha de disminuir en 30% el tiempo de secado en cada ciclo y para evitar que la humedad final sea demasiado elevada han de modificarse las condiciones de secado, Experimentalmente, se ha encontrado que la velocidad del aire puede aumentar en un 15% y en un 10% el gradiente de humedad. Calcúlese la velocidad de secado que puede alcanzar el material en el secador de acuerdo con el nuevo plan de producción. De la carta psicométrica se obtiene que H es igual a 0,013 y que Hp es 39%
b)
dw ) / DT ha ( Adt ha 0.9*1.042 / 40 ha 23.47
BTU 2
heft
F
El flujo másico del aire seria ha /0.37
1 0.37
G 74280.4lb / ft 2 .h
Con la densidad del aire a 160°F de 0.063112lb / ft 3 La velocidad tendría que ser V 7428.4 & 0.063 x3.6000) 326.89 ft / s
27. En un secador de bandejas en que el material a secar se dispone en capaz de 1, c de espesos tiene una capacidad de 0.5m3. El material a secar contiene 1900 kg Ss/m3 de sustancia humedad, y en el secadero su humedad desciende 45% al 8%, efectuándose el secado solamente por la parte superior de las bandejas y circulado aire paralelamente a la superficie de secado. En experiencias previas efectuadas en condiciones de secado similares se ha encontrado que la humedad de equilibrio es del 4% y la humedad critica es del 25% (expresadas todas las humedades sobre base seca). La velocidad de secado para el periodo anticrítico es de 2.5 kg/m2h y puede admitirse que es independiente de las canciones de secado; para el periodo poscritico, la velocidad de secado es proporcional a la humedad libre. a. Calcúlese el tiempo de secado b. Debido a una avería en las instalaciones que introduce aire en el secado, se ha de sustituir por otra que introduce el 80% del aire que introducía la primitiva. Sin embargo, es necesario que el tiempo de secado no aumente más del 5%,
15
por lo cual ha de aumentarse el gradiente de temperaturas, calcule el aumento porcentual del gradiente de temperatura Datos: Espesor=0.01m Capacidad 0.5m3 Periodo anticrítico 2.5 kg/m2.h a
S Xi Xc A
(
Wc
)
0.20kg 0.85 0.2 ( ) 63.106h 0.01m 2 0.206 kg 2 m .h
29. Para secar un material desde el 40% de humedad hasta el 10% con humedad critica del 20% y humedad de equilibrio del 5% (dadas las humedades sobre la base humedad) se necesitan 7h empleando aire que entra en el secadero a 60% con temperatura humedad de 35°C. Para aumentar la capacidad de producción del secadero se instala a la entrada del mismo un calentador adicional que eleva la temperatura del aire a 80°C y el material permanece en el secadero 5h En las operaciones de carga se invierten 2h. Calcúlese, para las nuevas condiciones de entrada del aire a. La humedad del producto a la salida del secador b. El porcentaje del aumento en la producción Datos temperatura 80°C tiempo 7h Temperatura 25°C T descarga 2 h Tiempo de secado para las nuevas condiciones seria t=Tp1+Tp2 t=1.357+2.2386 tA=3.5956 tB=3.5956+7 t=12.5956 tvca=5.5956h tpvcb=4.8195
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De la carta pscrometrica se obtiene que H es igual a 0.015 y que Hp es 59% 30. EN un secado de bandejas se secan 20 kg de un sólido húmedo con humedad al 50% (base humedad) y durante las dos primeras horas se seca con velocidad constante de secado a razón de 2.5 kg/h, disminuyendo después la velocidad de secado linealmente con la húmeda. Calcúlese la humedad de solidos (base húmeda) después de las tres primeras horas del periodo poscritico si la húmeda de equilibrio en las condiciones de operación es de 4% (base humead) y se mantienen condiciones constantes de secado 33. En un secadero rotatorio que trabaja en contra corriente con una producción horaria de 5ton de arena con humedad del 10% se alimenta con arena de humedad 40% el aire ambiente está a 20C con humedad relativa del 50% y se calienta hasta 300C antes de entrar al secadero. Calcúlese las dimensiones del secadero. Dato adicional 100kg/hora para que se evapore el agua =575 q 100 574 57500 kcal
0.24*0.46*0.015 0.247 Cantidad de aire 575000 3880kg / h W 760 18.3 W 3880 / 250 15.52 kg / m
Área de la sección normal del secadero 15.52 0.31m 2 50 34. En un secadero adiabático se trata un material fibroso en placas de 1.20 m 2.5 m 0.025 que entra en el secadero a 25°C con humedad del 80% y sale con humedad del 4%.m el material pasa a través del secadero sobre rieles que transportan 20 placas separadas de tal forma que se secan por ambos lados. La densidad del, material seco es de 650 kg/m y su Cp 0.30kca/kg para el secado se emplean 50 kg de aire/kg solido seco que circula contra corriente entrando a 125 °C con temperatura humedad de 40°C y velocidad másica de 4000kg de aire/m2h. En las operaciones la humedad critica es 20% mientras que la de equilibrio es despreciable a. Calcule el tiempo de secado y las condiciones de salida Las humedades iniciales y finales en base seca
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80 4kgagua / kgSs 20 20 0.25 Xf 80 Xi
S X1 X 2
(
A W 1 W 2
Siendo m (
) In
X 1 X 2 W 1 W 2
W1 S W 2 mA
)
In
X 1 X 2 W 1 W 2
1
Para calcular S/A se supone el área cte Volumen de la placa=A0.0t2m3 Masa húmeda= V 0.072 x650 46.8kg Masa seca= S 0.8* 46.8 A 37.44 A S A
0.8
400 800 1987.58 400 In 800 (4 0.25) 1.51h 1987.58 0.8 W
35. Se han obtenido los datos siguientes en el secado de un material en condiciones contantes Tiempo(h) 0 1 2 4.5 Humedad(kg 0.63 0.48 0.33 0.1125 de agua/ kg de sólido seco) Durante las primeras horas la velocidad de secado es cte. En las condiciones de operación la humedad de equilibrio es x=0.05 kg de agua/ kg de solido seco. Calcúlese el aumento porcentual del tiempo de secado si en lugar de reducir la humedad al 11.25% se reduce al 8% 36. Un secadero de túnel se emplea para el secado continuo de arena desde el 60% al 3% de humedad (base seca) en contracorriente con 350m3/min de aire (a 25C con humead relativa el 70%) que se calienta hasta90°C antes de entrar al secadero. La arena entra a 25°c y sale a 80°C, y se va colocando en capas de 5cm de espesor sobre 4 bandas transportadoras de 1m de ancho situadas paralelamente, efectuándose el secado solo por la cara superior de una de las bandejas transportadoras. El calor especifico de la arena es de 0.21kcal/kg°C. Calcúlese el tiempo de secado si se sustituye este túnel por otro en que las bandas transportadoras tengan 1.3 m de ancho
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Datos Humedad inicial = 60% Humedad final =3% Volume 350 m3/min T 90°C densidad de la arena seca 1600 kg/m3 T de arena entrada= 25°C T de arena salida= 80°C Espesos 5cm Ancho 1m Volumen de la placa 350 m3 Masa húmeda =V*p 3 m 1500kg 0.08kg MasaHumda 0.00005* 3 m
S=0.024*0.3=0.0072kg t
S Xc X * A
Wc
In(
Xi X * Xf X *
)
(0.0072kg )(0.25 0.005) 0.6 0.005 0.0168*3.16 005h 30 min In 0.21kg 0.03 0.005 (5m)(1m)( ) h.m2
Si se sustituye el túnel por el de las bandas transportadoras de 1.30 m de ancho (0.0072kg )(0.25 0.005) 0.6 0.005 t 0.0408*3.16 0.4h 24 min In 0.21kg 0.03 0.005 (5m)(1.3m )( 2 ) h.m 38. Para el secado de placas de arcilla de dimensiones 0.3m*0.3*0.02m, desde la humedad de 0.3 kg de agua/kg de solidos secos, se han efectuado experiencias de laboratorio en condiciones de secado constantes obteniéndose los resultados siguientes Peso de cada placa seca=4kg Velocidad de secado en el periodo anticrítico=1kg/m2h Humedad critica=0.1kg de agua/kg Ss Para el periodo proscritico se encontró que la velocidad de secado varia linealmente con la humedad hasta que se alcanza la humedad de 0.01kg de agua/kgSS en donde la velocidad de secado se anula El secado se realizó por las 2 superficies de secado de mayor superficie, con aire a 50°C y Tw=25°C En la práctica ha de realizar el secado en un secadero adiabático que funciona en contra corriente empleando 5000 kg de aire que entra a la misma velocidad que la empleada en la superficie de laboratorio, pero entrando a 80°C con Y=0.01kg de agua/kg Aire seco, y saliendo a 37°C Despreciando el calor sensible de las placas, calcular a. Número de placas que pueden secarse por horas b. El tiempo que ha de permanecer cada placa en el secadero
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Datos dimensiones 0.3*0.3*0.02 m X= 0.30 kg de agua/kg Ss P=4kg W=1kg/m2h Xc=0.01kg de agua / kg de solido seco X*=0.01 kg de agua/kg Ss Tw=25°C 5000kg/h de aire Y=001 kg de agua/kg de aire seco Solución El tiempo que debe permanecer cada placa en el secadero a
S Xi Xc A
(
Wc
)
4kg 0.3 0.1 ( ) 4.44h 2 1.8 x10 3m 1 kg m 2 .h
39. En un túnel de secado provisto de una correa que transporta una sustancia a secar, entran como alimentación 2000kg de solido húmedo con humedad de 1kg de agua/kg de solido seco, que ha de secarse hasta la humedad de 0.12kg de agua/kg SS. Al secadero se le suministra calor por medio de serpentines situados en el interior del secadero y calentados con vapor de agua, pudiéndose poner todo el calor transferido se hace mediante el mecanismo de convección del aire a la carga, operando el secadero adiabaticamante. EL aire que entra al secador se toma a 25°con tw=20°C y presión de 730mmHg, se mezcla rápidamente con el aire que está recirculando en el interior del secadero. EN las experiencias de laboratorio, se ha enterrado que la velocidad critica de secado es de 2.5kg de agua/m2h. La humedad critica de secado es de 0.50 kg de agua/g de solido seco, la de equilibrio es despreciable y el área de superficie de secado es de 0,35m2/kg SS. Celular a. El calor suministrado al secadero por carga b. EL volumen de aire que entra al secadero por carga c. El tiempo total de secado d. La temperatura del aire de secado para que el rendimiento del secadero aumente el 50%, empleando la misma cantidad de aire Calor suministrado
20
20637446
kcal dia
*(21.9 9.98)
kcal kgaire sec o
245998364
kcal kgaire sec o * dia
El volumen de aire que entra al secadero por carga Volumen especifico del aire de que se dispone
1 0.0090 m3 )*0.082*293 0.84 V ( 29 18 kg Volumen de aire
1879548.875
kgaire dia
*0.84
m
3
kg
1578821.0055
m
3
kg
Tiempo total de secado p
S Xc X * A
(
W
) In
Xc X * Xf X *
10.31h
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