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
INTRODUCCIÓN Las prácticas experimentales brindan la oportunidad oportunida d complementar los conocimientos teóricos aprendidos y interactuar con medios físicos para ver ver de manera más más real cada uno de los fenómenos que allí ocurren, como por ejemplo en el caso de las operaciones unitarias. En una primera experiencia experiencia se realizó la práctica secado. El secado es una operación de transferencia transf erencia 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 datos obtenidos a partir de un secador de bandejas en una operación por lotes para eliminar la humedad humedad de la piña. Específicos y
y
y
A partir de los datos obtenidos calcular parámetros importantes que gobiernan la operación de secado. R ealizar ealizar las graficas características de operación de secado para obtener magnitudes como el tiempo crítico y el tiempo poscrítico. 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 de un 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 una serie 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
y y y
Secaderos
de bandejas con corriente de aire. Secaderos de cama fluidizada. Secaderos con circulación a través del lecho sólido.
b) Equipos continuos y y y y y y y y y
Secaderos
de túnel. Secaderos neumáticos. Secaderos ciclónicos. Secaderos de cama chorreada. Secaderos de cama vibratoria. Secadero de cama fluidizada. Secaderos espray. Secaderos de tipo turbina. Secaderos rotatorios.
- Secaderos de calentamiento indirecto: a) Equipos discontinuos. y y y
Secaderos
de bandejas a vacío. Secaderos de bandejas a presión atmosférica. Secaderos por congelación.
b) Equipos continuos. y y
Secaderos
de tambor. 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 el equilibrio 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 de vapor en el equilibrio igual a la del líquido puro a la misma temperatura.
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 de humedad 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 mucha información 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 puede hacerse 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 pequeños correspondientes 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 tiene lugar 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
2. H umedad l ibr e en función del t iem po. secad o en función X. F igura
F igura
3. Vel ocidad de
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. 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 B-C :
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.
E tapa C-E :
La rapidez constante a la cual se evapora la humedad puede describirse en función de Ky, un coeficiente 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 de rapidez 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 circulación transversal, 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 B C 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
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 entre los 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. Si q representa el calor total que llega a la superficie, entonces Donde qc: 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.
P=90,325
[kpa]
Capacidad
calorífica (KJ/ Kg de gas * k)
E ntal pia e specíf ica (KJ/ Kg de gas seco)
Balance de masa Flujo masico que entra ± flujo masico que sale
=
acumulacion de masa en el tiempo
Donde: m:masa evaporada de la muestra t:tiempo de secado Aent y Asal:areas de entrada y salida de aire Vent 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 energia Antes 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 22 0 V con una potencia de 1hp y una eficiencia
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 t i 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 de masa, y las entalpias con la formula dada anteriormente para el sistema aire-vapor de agua.
Eficiencia de la operación La eficiencia de la operación se puede escribir como la relación entre la energía necesaria para el secado de la muestra y la realmente gastada en la operación. Luego la eficiencia se obtiene dividiendo la ecuación de E 3 entre la sumatoria de las energías suministradas necesarias para la operación de secado:
DESARROLLO EXPERIMENTAL El desarrollo experimental de la práctica de laboratorio se llevo a cabo mediante ciertas mediciones de temperatura, agua condensada y la más importante µla pérdida de peso de la muestra¶ durante la operación en determinados rangos de tiempo, durante un tiempo suficiente de modo que se alcanzo los valores del equilibrio.
Descripción del equipo
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. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.
Ducto de entrada del aire. R esistencias eléctricas: precalentamiento del aire. Ventilador movido por un motor eléctrico, el cual permite la circulación del aire. Voltímetro. Amperímetro. Banco de tubos aleteados dentro de los cuales circula el vapor proveniente de la caldera, que permite el calentamiento del aire. Cámara de secado horizontal donde se colocan las bandejas que contienen el material a secar. Cámara de secado vertical, donde se cuelgan los materiales a secar. Mallas y bandejas donde se coloca el material a secar. Balanza conectada al soporte de las bandejas; la cual permite determinar la perdida de peso del material a secar. Controlador automático de la temperatura. Compuerta para controlar la recirculación del aire. Ducto de salida del aire. Motor eléctrico. Termómetro para medir la temperatura de entrada del aire. Termómetro para medir la temperatura a la cual fue precalentado el aire. Termómetros para medir la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulbo seco del aire de secado. Manómetro.
Además del secador requerimos de otros materiales para llevar a cabo la práctica, como lo son:
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 de haber 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. Esta muestra 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 2 0cm x 20cm. La bandeja con la piña se pesa, para obtenemos 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 el control 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 aire antes 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. Se toman las dimensiones de los ductos de entrada y salida del aire y se mide la velocidad de 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 13 0 min, que fue el tiempo necesario para que la piña alcanzara la humedad en equilibrio.
Tiempo [min]
T aire T aire TG1 [C precalentado entrada ] [C] [C]
TH1 entrada [C]
TG2 salida [C]
TH2 salida [C]
vapor condensado Balanza T[C [lb] ] 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 T abla 1 dat os ex perimentale s par a cada 5min de secad o
40
25,5
93
1760
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
26 0,8
masa de la bandeja+ muestra seca
146,1 9
muestra humeda
137,2
muestra seca
22,5 9
Agua retirada
114,61
S TU FA D ATO S D E LA E
(g)
vidrio vacio
36,4 9
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 OTRO S D ATO S
87,6464
solido seco (Ss) [g]
16,9491
vel. Aire entrada [m/s]
6, 07
vel. Aire salida [m/s]
8,31
area del ducto [m2] T abla 2. Dat os ex perimentale s
0,0352
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.
700 600 500
y = 4.2871x + 0.2501 R² = 1
400
Series1 300
Linear (Series1)
200 100 0 0
F igura
50
100
150
5 curva de cal ibr ación de la balanza del secad or
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
Calibración
balanza
Tiempo t (min) lb
g
masa del solido húmedo w (Kg)
humedad X (Kg/Kg)
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
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 T abla 4: parámet ros nece sarios par a el anál isis de secad o CUR VAS
0,6301
DE SECADO
1. H umedad de material cada cinco minut os.
Humedad Vs Tiempo 160 140 ] 120 g [ o 100 d e 80 m u h 60 W 40
Humedad Vs Tiempo
20 0 0
50
100
150
Tiempo [min]
F igura
6 . Ma sa del material húmed o r e spect o al t iem po
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
X Vs Tiempo 8 7
X=
6
-0,0903t + 7,0078 R² = 0,9899
zona I
5 X
X=
4 3
zona II
0,0002t2 - 0,0753t + 6,4453 R² = 0,9964
2
zona III
y = -8E-06t3 + 0,003t2 - 0,3764t + 16,294 R² = 0,9647
1 0 0
20
40
60
80
100
120
140
Tiempo [h] 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 2
Zona II
X = 0,0002t - 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:
Zona III Si
Zona II
graficamos cada una de estas expresiones con respecto a la humedad en base seca se obtiene:
-dX/dt Vs X 0.1 0.09 0.08 0.07 t 0.06 d / X 0.05 d - 0.04 0.03 0.02 0.01 0
zona 1 zona 2 zona 3
0
2
4
6
8
X
F igura Si
8
calculamos el flux como lo muestra la ecuación ( N = -S s X/A t ) y graficando
N Vs X 50 45 40 ) 35 n i m 30 * 2 25 m / 20 g ( N 15 10 5 0
zona 1 zona 2 zona 3
0
2
4 X
F igura
9: humedad en ba se l ibr e.
6
8
COMPARACION ENTRE EL Nc EXPERIMENTAL Y Nc CORRELACIONES EMPIRICAS Con
A PARTIR DE
base a la f ig . 9 puedo leer el N c 2
2
N c=43 , 4802 g / m *min=0,0434802 K g / m *min A partir de la ecuación (1 0) 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. 7 9C 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
R eemplazando
estos valores la ecuación (24) se obtiene Nc. El procedimiento de obtención del calor latente de vaporización lo muestra la tabla 7.
correlación experimental empírica
Nc 2*min) k g / (m
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 ra 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
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 T abla 5: flujo de air e a la ent ra da
1,15195
0,01927
0,00412
0,0222
C alcul o de f 3 Tiempo [min]
TG2 salida TH2 salida [C] [C] Y'
Vh[m /g]
[g/m ]
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
1,10507
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
6,036
75
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
3
3
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
130,854
T abla
6: flujo de air e a la sal ida
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 ecuación (18) V=120 v I=15 A
la puedo calcular a partir de la
y
El trabajo suministrado por el soplador lo puedo calcular a partir de la ecuación (1 9)
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)
El procedimiento de cálculo se encuentra en la tabla 7. energía en el tiempo obtengo:
R ealizando
la sumatoria para cada
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
kJ
109221,3879
empleada para secar la muestra 277,3121
Tiempo [min]
vapor condensado 3
Hfg [KJ/kg]
Vf [m3/kg)
T[C]
V[ml]
v [m ]
0
27
0
0
5
87
1460
0,00146
2290,15
0,001034
10
93
1475
0,001475
2274,82
15
92
1450
0,00145
20
89
1350
25
81
30
TH1
(KJ/Kg)
29
2432,8
3233,67408
34
2421
0,00103733
3234,60106
34
2421
2277,38
0,001038
3181,31118
33
2423,4
0,00135
2285,06
0,001033
2986,28364
33
2423,4
1230
0,00123
2305,54
0,001032
2747,88198
32
2425,7
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
91400,6889
Prom.
2419,6149
Tabla 7
E2[KJ]
Eficiencia de la operación ( ): La eficiencia de operación se expresa de la siguiente forma:
í
í
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
y
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. A partir de los datos que se obtuvieron experimentalmente fueron calculados parámetros importantes, los cuales rigen la operación de secado. Fueron elaboradas los gráficos característicos de la operación de secado magnitudes como el tiempo crítico y el tiempo postcrítico.
obteniendo
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 -
operaciones
unitarias en ingeniería química Warren L. Mc Cabe Julian C. Smith
R obert
E. Treybal (2da Edición)
