INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS “LABORATORIO DE OPERACIONES DE SEPARACION IV”
ALUMNOS: -AMEZCUA AGUILAR MOISES -GARDUÑO BARRAGAN DIEGO -SIERRA SIERRA SANDY GRETA PROFESORA: JUANITA CARDENAS RIVAS GRUPO: 9IM2 PRACTICA No 2 “SECADO POR ASPERSION”
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE OPERACIONES DE SEPARACION IV
OBJETIVO: a) b) c) d) e)
Entender el proceso de secado por aspersión Secar leche ya evaporada para poder entender de manera practica el proceso Determinar la cantidad de aire suministrado para dicho propósito Determinar la cantidad de calor que se utiliza para secar la leche Conocer el secador de aspersión y los usos a nivel industrial
MARCO TEORICO: En los procesos de secador por aspersión, el material de alimentación que es un líquido o contiene gran fluidez es atomizado dentro de una gran cámara en la cual regularmente se introduce aire caliente (u otro gas). El líquido es rápidamente evaporado dejando partículas sólidas que deben ser retiradas del aire. El movimiento del aire y del material seco ocurre a favor de la corriente. Las partículas de líquido se evaporan rápidamente y se secan antes de que puedan llegar a las paredes del secador; el polvo seco que se obtiene cae al fondo cónico de la cámara y luego es extraído mediante una corriente de aire hasta un colector de polvos. La parte principal del gas saliente también se lleva al colector de polvos. Por esta razón el secador por aspersión consta de las siguientes partes:
Cámara de secado Atomizador del material para alimentar a la cámara Alimentador de aire caliente a la cámara Separador de producto y aire caliente fuera de la cámara
Las cámaras más comúnmente utilizadas son de forma cónica, aunque existen de otras formas para usos especiales. Un secador de este tipo puede tener tres tipos diferentes para atomizar la alimentación: a) Boquillas, en las cuales la alimentación líquida es forzada a presión a través de orificios pequeños. b) Boquillas en las que se es atomizado a través de un fluido secundario, como puede ser el aire comprimido. c) Discos giratorios Las boquillas se erosionan y deterioran con rapidez. Por lo tanto, en la industria química se prefieren los discos giratorios. Éstos pueden ser planos, en forma de aspas o en forma de copas, hasta de 0.3 m (12 pulg.) de longitud aproximadamente y pueden girar a velocidades de 50 a 200 rps. El líquido o suspensión se alimenta sobre el disco, cerca del centro y se acelera centrífugamente hacia la periferia, de donde se arroja en una atomización en forma de paraguas. Este secador es utilizado cuando se desea secar de manera directa. Ocasionalmente el material de alimentación puede ser acondicionado como un líquido si se desea especialmente secarlo de esta forma.
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El corto tiempo de secado requiere un mezclado efectivo del gas y el atomizado; debido a la gran cantidad de intentos por conseguirlo, existe una gran cantidad de diseños de las cámaras de aspersión. Algunas veces, se admite aire frío en las paredes de la cámara de secado, con el fin de evitar que el producto se pegue a los lados. El gas efluente puede arrastrar todo el producto seco fuera del secador; es posible también que únicamente arrastre el más fino; en cualquier caso, el gas debe pasar a través de algún tipo de colector de polvos, como ciclones o filtros de bolsa; algunas veces, después de pasar por éstos, pasa por lavadores de humedad que eliminan las últimas trazas de polvo. La recirculación del aire caliente al secador con el fin de economizar calor no es práctico, porque la operación de recuperación de polvos generalmente no puede lograrse sin pérdida apreciable de calor Las ventajas principales del secador por aspersión son las siguientes:
Puesto que los tiempos de secado son muy cortos, muchos materiales termosensibles pueden ser secados satisfactoriamente. En este secado el material no esta en contacto con las paredes del equipo hasta que esta seco y, además, las paredes se encuentran a la temperatura del aire de salida, por lo tanto se reducen los problemas de pegado y corrosión en el equipo. El producto es obtenido como un polvo fluido finamente dividido y en forma fácilmente soluble en un disolvente adecuado. El tamaño de partícula de algunos productos es fácilmente ajustable, dentro de ciertos límites, variando las condiciones de atomización. El proceso es adecuado para el secado continuo de cantidades relativamente grandes de material. En ciertos casos el proceso puede eliminar la necesidad de filtración. Es adecuado para obtener productos con baja densidad. Es de limpieza fácil y rápida.
Algunas desventajas de este secador son:
El calor requerido por unidad del peso del producto es alto por: el contenido de humedad es alto en la alimentación, y el rendimiento térmico es bajo lo cual es visible comparando la temperatura del aire caliente a la entrada y a la salida. El costo del equipo es alto debido a la producción deseada. El equipo industrialmente requiere mucho espacio.
USOS INDUSTRIALES: Entre las aplicaciones del secado por aspersión se encuentran alimentos en polvo de huevo (entero, yema o clara), almidón y sus derivados, jugos de cítricos, concentrados de pescado, polvos para hornear, fórmulas infantiles, café, jarabe de maíz, crema, té, puré de tomate, levaduras , yogurt, etc… con la finalidad de alargar el período de anaquel.
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DIAGRAMA DE DESARROLLO EXPERIMENTAL Colocar el atomizador en su posición, conectándolo a la alimentación y al aire para la turbina. Colocar en su posición el frasco receptor de producto seco.
Alimentar aire al atomizador procurando que la presión sea de 4 Kg/cm2.
Alimentar la suspensión o solución con la abertura de la válvula lograda en el paso anterior, se debe tener cuidado que la alimentación sea siempre constante (goteo rápido sin llegar a ser chorro)
Para terminar la operación se corta la alimentación, se cierra la válvula del gas y se espera que el aire a la salida tenga una temperatura máxima de 75°C antes de parar el extractor.
Retirar el frasco receptor de polvo seco, se le determina la humedad residual. En base a la cantidad alimentada y obtenida, se determina la cantidad de agua eliminada. La concentración inicial de la solución y otra información se obtiene de la etiqueta del bote.
Conectar el extractor de aire permitiendo un tiempo razonable de barrido.
Encender el quemador, se calienta el aparato el tiempo necesario para lograr temperatura de entrada deseada y la temperatura de salida de obtendrá por medio de la alimentación de agua al secador al estar funcionando la turbina.
Cuando las condiciones de operación se mantengan constantes (régimen permanente) determinar las temperaturas de bulbo seco y húmedo del aire en la descarga del extractor a la atmosfera. Anotar dichos valores.
Determinar las temperaturas de bulbo seco y húmedo del aire ambiente.
Al finalizar la operación se procede a lavar el equipo según indicaciones del profesor.
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TABLA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES TEMPERATURA (ºC) BULBO HUMEDO BULBO SECO
AIRE (entrada) 17 19
SÓLIDO (salida) 30 68
TIEMPO DE OPERACIÓN (hr.) MASA ALIMENTADA (Kg) HUMEDAD ALIMENTADA (Kg) PRODUCTO HUMEDO (Kg) PRODUCTO SECO (Kg)
0.2833 0.378 0.269 0.0.07519 0.07508
SECUENCIA DE CALCULOS 1.-C álculo de la humedad absoluta y por ciento de humedad relativa del air e ambiente.
0.622 585−
Con la temperatura de bulbo húmedo
⁄ 14.5362 0.0158 ⁄ 0.622 585−14. 5362 − 0.2 4 − = +0. 4 5 − = 0.0158∗587.8475−0.2419−17 0. 0 1496 ⁄ 587. 8 475+0. 4 519−17 De la siguiente ecuación: 0.622 585− Con el dato de Y =0.01496 ⁄ despejamos la Presión. Por lo tanto: P=13.7396 mmHg tw=17ºC
PS=0.01938 bar =14.5362mmHg
λ=587.8475
1
Con la temperatura de bulbo seco tg=19ºC P=16.4864mmHg Por lo tanto:
% ∗ 100 % 116.3.74396 864 ∗ 100 83.33%
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2.-A nálogamente s e determina la humedad absoluta y relativ a a la s alida del s ecador
0.622 585− Con la temperatura de bulbo húmedo ⁄ 31.8130 0.0385 ⁄ 0.622 585−31. 8130 − 0.2 4 − = +0. 4 5 − 580.4−0.2468−30 0.02213 ⁄ = 0.0385∗ 580.4+0.4568−30 De la siguiente ecuación : 0.622 585− ⁄ despejamos la Presión. Con el dato de tw=30ºC
PS=31.8130mmHg
λ =580.4
Y1=0.02213
Por lo tanto:
P=20.0985 mmHg
Con la temperatura de bulbo seco tg=68ºC P=215.4627mmHg
% ∗ 100 0985 ∗ 100 9.32% % 20. 215.4677
Por lo tanto:
3.-C álculo de la cantidad de aire s eco en Kg /h y el g asto volumétrico de air e que maneja el extractor en m 3 /h.
Del Balance de Agua
Por lo tanto:
+ − −+ ⁄ℎ 0.0.22699 0. 9 495 833 07508 0.00038 ⁄ℎ 0.07519−0. 0.2833 − − 495−0.00038 132.3737 ⁄ℎ 0.0.092213−0. 01496
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∗ 1 − 15 1.2165 ⁄ [28.182 − 0.0182213]∗ 0.0820568+273. 585/760 ∗ 1.2165 ⁄ ∗ 132.3737 ⁄ 161.0326 ⁄ 4.- C álculo de la cantidad de calor neces ario para cada Kg de producto obtenido.
( − ) 132.3737(0.24+0.450.015)220−19 6565.3053 ⁄ℎ 3053 24772.922 ⁄ 6565. 0.0.027508 833 5.- Hacer la comparación de los cálculos matemátic os y de los obtenidos a partir de la carta de humedad cons truida a una pres ión de 585 mmHg .
AIRE AMBIENTE
ANALITICO
YSI Y1 SALIDA DEL SECADOR YS2 Y2
0.0158 0.01496 ANALITICO 0.0385 0.02213
CARTA PSICOMETRICA 0.016 0.015
%ERROR
CARTA PSICOMETRICA 0.036 0.020
%ERROR
1.33% 0.267%
6.49% 9.62%
RESULTADOS EXPERIMETALES W2 (Kg agua/ h) W3 (Kg agua/h) G1 (Kg aire seco/h) QSUMINISTRADO (Kcal/h) Q (Kcal/Kg producto) VH(m3 /Kg aire seco) Vextractor (m3 /h)
0.9495 ⁄ℎ 0.00038 ⁄ℎ 132.3737 ⁄ℎ 6565.3053 ⁄ℎ 24772.922 ⁄ 1.2165 ⁄ 161.0326 ⁄
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DIAGRAMA PSICROMETRICO 585 mmHg 0.12
50%
100%
60% 90%
0.11
40% 30%
70%
20%
80% 0.1
0.09
0.08
) 0.07 s G g K / 0.06 A g K ( ´ Y
10%
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0 5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
T
(OC)
55
60
65
70
75
80
85
90
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OBSERVACIONES: Al realizar esta practica pude observar varias cosas, entre ellas como la cámara de secado es muy grande para que el producto pueda secar de una manera más exitosa. También observe como la leche se tenía que alimentar al roseador de una manera lenta para aumentar el área de contacto y así reducir el tiempo de secado. Por último observe como la leche sale tan seca que al tocarla se siente muy finita y su color fue un poco grisácea.
CONCLUSIONES: Al realizar esta práctica puedo llegar a la conclusión de que la operación de separación de secado es muy importante a nivel industrial para darle un periodo de vida mayor a ciertos productos, es por eso que existen varios tipos de secador, siendo en esta ocasión el de aspersión que se opero durante la experimentación. Se concluye que la humedad del aire ya era alta antes de entrar al secador, ya que en los cálculos se puede observar como entra a 83%, dato curioso ya que no ha habido lluvias o un ambiente húmedo que propicie este tipo de fenómeno. Además se concluye que se tuvo un secado exitoso ya que se obtuvo una gran cantidad de producto, además de observar que el producto contenía humedad muy baja. Por otra parte se puede decir que la parte teórica y la grafica van de la mano, ya que como se observa en la tabla de comparación entre un método y otro los errores son muy bajos, concluyéndonos que de las 2 formas es confiable sacar los resultados, siendo la grafica más rápida. Por último se puede concluir que se recomienda aumentar la presión del aire que se alimenta o se debe pulir mas la superficie de la cámara de secado para que el producto no se quede en las paredes como ocurrió en esta ocasión y así no se tenga que estar quitando para poder tener el producto completo en el frasco.
AMEZCUA AGUILAR MOISES 9IM2
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CONCLUSIONES Se conocieron las partes que integran a un equipo de secado por aspersión. Se operó el equipo permitiendo conocer su funcionamiento, de esta operación se obtuvieron datos experimentales para poder analizarlos e interpretarlos. La humedad absoluta y relativa calculadas analíticamente difieren alrededor de un 1.5 % de los valores tomados gráficamente, este porcentaje de error repercute en menor medida en los resultados que se obtengan utilizando un grafico o bien haciendo cálculos analíticamente. La cantidad de aire utilizada para el secado del material es muy grande con respecto a la cantidad de producto que secamos, la relación de aire utilizado/agua evaporada es de 133.67 kg aire/kg agua evaporada, para muestras de mayor tamaño la cantidad de aire será mayor, lo que repercute en un aumento del gasto de gas LP para calentar el aire y un aumento de las dimensiones del equipo. El gasto volumétrico del aire se puede analizar de manera análoga. El calor necesario que se utilizó para cada Kg de producto obtenido fue de 25015.48 kcal/kg producto, este valor puede variar según la cantidad de aire utilizado para la operación, el tiempo de operación y la muestra que se desea secar. En los cálculos realizados principalmente se busco conocer la cantidad de calor utilizada por kilogramo de sólido seco, lo anterior es con la finalidad de tener un estimado de que tan rentable es secar sólidos en el secador por aspersión, cabe mencionar que dicho equipo tiene distintas aplicaciones a nivel industrial, principalmente en el secado de leche concentrada para convertirla en polvo, secado de café en polvo y otros. Las principales variables que se pueden modificar en dicho secador es el flujo de gas natural para el quemador, la finalidad es tener una temperatura del aire caliente que no degrade el producto a secar; por otra parte la presión del aire hace girar el aspersor a gran velocidad, pero si se pasa de revoluciones o son muy pocas la pulverización de la suspensión no es la idónea y el secado no es el optimo, teniendo por consiguiente áreas húmedas en los gránulos de producto seco.
GARDUÑO BARRAGAN DIEGO
9IM2
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE OPERACIONES DE SEPARACION IV
OBSERVACIONES: La flama del quemador estaba alta por ello el primer material obtenido se observaba como quemado y después se nivelo la flama del quemador y así obtuvimos la leche debidamente secada. Al termino de la operación el material secado se quedo en las paredes del secador por ello con ayuda de un cepillo se obtuvo el material restante esto para obtener todo el material secado.
CONCLUSIONES: El secado por aspersión es de contacto directo por que el aire tiene contacto con el sólido y trabaja en un rango de concentración usando aire caliente que provienen de una combustión. Entre más elevada se alta temperatura se obtiene una humedad relativa menor y obtener un valor mayor de humedad absoluta. Este tipo de secador contiene una cámara donde se lleva a cabo el secado del material en este caso la leche donde se realiza el asperjado del material con ayuda de un aspersor en el cual las partículas húmedas son eliminadas en forma de rocío esto al ponerlo en contacto con la corriente secante y así se lleva a cabo la transferencia de masa y de calor. Obtuvimos un valor de humedad relativa de 83.33% del aire ambiente ,este valor es mayor al de salida y así fue debido a que el material (leche) se seco debidamente . El valor de la humedad relativa a la salida del secador fue de 9.32% y eso también era lo esperado, se llevo a cabo el secado de la leche con éxito al obtener estos valores de humedad porque así se determina la cantidad secada, con una cantidad de gasto volumétrico de 132.3737 Kg de aire seco por hora y un volumen de aire húmedo de 1,2165 m 3 por Kg de aire seco y el calor utilizando fue de 24772.92 Kcal/Kg producto.
SIERRA SIERRA SANDY GRETA 9IM2
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BIBLIOGRAFIA:
El secado de sólidos en la industria química , Gordón Nonhebel, editorial Reverte Operaciones unitarias en ingeniería química , Warren I. Mc Cabe, editorial Mc Graw
Hill
Introducción a los procesos químicos. Principios, análisis y síntesis , Regina M.
Murphy, editorial Mc Graw Hill.