SECADOR ROTATORIO
Objetivos. Comprender y aplicar los conocimientos sobre la teoría del secado a la operación de un secador rotatorio. Conocer experimentalmente la influencia del tiempo de contacto sobre la operación, así como los coeficientes experimentales de trasferencia de calor y masa.
Introducción. En esta practica experimental, se llevó a cabo la operación de secado en el secador rotatorio instalado en la nave 1000 del LEM. El material a secar fue gravilla, utilizada para asfalto en carreteras. Debido a que el secador rotatorio generalmente se utiliza para materiales arcillosos o granulares, y la gravilla utilizada se presta por no ser arrastrada por el aire, por lo que la diferencia de masa será principalmente por la eliminación del agua. Se pretende calcular los tiempos de retención en el secador, los coeficientes de transferencia de masa y calor experimentales y compararlos con correlaciones empíricas, y así corroborar si la teoría de secado y sus correlaciones para este tipo de secador concuerdan con los datos que se obtuvieron de manera experimental.
Generalidades. Los Secadores Rotatorios son apropiados para el secado continuo de minerales en polvo en plantas de chancado, concentración y fundición flash. En los secadores rotatorios que usan el principio de calentamiento por llama directa, el calor se transfiere al material principalmente por convección. Cada aplicación de secado es un caso particular y el dimensionamiento del secador se basa en la vasta experiencia en aplicaciones similares y en las pruebas de secado llevadas a cabo en el laboratorio. Los secadores rotatorios se dividen en dos tipos, conforme a las direcciones de la corriente de material a ser secado y de los gases de secado. La elección entre un secador rotatorio de co-corriente o uno de contracorriente se efectúa de conformidad con las propiedades del material a ser secado: Grado de secado Calor específico Capacidad de evaporación de humedad Inflamabilidad Propiedades de sintetización Constituye una de las formas más ampliamente utilizadas para el secado, de una amplia gama de materiales, a nivel industrial, en forma rápida y con bajo costo unitario cuando se trata de grandes cantidades. En este tipo de secador, el material húmedo es continuamente elevado por la rotación del secador, dejándolo caer a través de una corriente de aire caliente que circula a lo largo de la carcasa del secador. El flujo de aire puede ser tanto en paralelo como en contracorriente. Los secadores de gran tamaño poseen, a continuación, un enfriador del producto, que opera en base al mismo principio y con aire en contracorriente o un enfriador en lecho fluidizado. Estos secadores se pueden diseñar para tiempos de secado comprendidos entre 5 y 60 minutos y capacidad de secado desde unos pocos cientos de kilogramos por hora hasta alcanzar las 200 t/h. En la industria química su mayor uso es el secado de sales fertilizantes, como el sulfato nitrato y fosfato de amonio, sales potásicas y fertilizantes.
Son muy adecuados para el secado de productos granulares, con buenas características de flujo que requieren tiempos de secado moderados. Pueden ser adaptados para manipular materiales algo pegajosos mediante dispositivos especiales que disgreguen las costras sólidas formadas. De hecho, la acción de volcado es beneficiosa dentro de ciertos límites para todos los productos, pues se rompe la corteza semipermeable que se forma en la superficie de las partículas que se secan, con lo cual se facilita la salida de la humedad desde el interior de las partículas. Además se adecuan bastante bien para materiales termosensibles, en los casos en que una restricción en la temperatura de secado no implique que el tiempo de secado tenga que ser muy prolongado. Sin embargo, no son adecuados para las siguientes aplicaciones: secado de barros, suspensiones, materiales muy pegajosos y materiales que requieran más de una hora para el secado. Además, presentan limitaciones en el secado de materiales polvorientos o livianos, los cuales son arrastrados fácilmente por la corriente gaseosa. En estos casos deben tomarse en consideración los secadores rotatorios indirectos, como los más adecuados.
Procedimiento Experimental. 1. Se purgan el intercambiador de calor y las líneas de condensado. 2. Se hace circular aire a través del intercambiador para calentarlo, el cual servirá para el proceso de secado. 3. El flujo de aire se mantiene a una presión de dos pulgadas de mercurio de presión en el annubar. 4. Se pesan dos kilogramos de arena a los cuales se les agrega 100ml de agua esto con el objetivo de aumentar la humedad superficial de la grava. 5. Una vez húmedo el material se hace pasar a través del secador a flujo continuo, junto con el flujo de la grava hacer pasar trazas del material marcadas para determinar el tiempo de residencia dentro del secador. 6. Una vez que termina la circulación de la grava se pesa para saber que cantidad de agua que se quito al sólido, además le lleva una pequeña muestra a secado con una estufa en el laboratorio para saber que cantidad de agua quedaba en el sólido. 7. Se repite esto con otra muestra de dos kilos. 8. Con la primera muestra que se saco y que contiene humedad se hace el mismo procedimiento para llevarla al máximo de secado es decir se hace una segunda corrida, lo mismo se realiza con la segunda muestra de dos kilos y se les aplica el mismo procedimiento de sacado con la estufa.
Condiciones iniciales para la Experimentación Condiciones a la entrada del secador
Pvap (kg/cm2) P aire (inHg) Taire (°C)
1 4 72
Tbh (°C) Tbs (°C)
21 48
S1 x1 tS1 HS1
Datos Adicionales h (in) LSecador (m) Dsecador (m) aire (kg/m3) agua (kg/m3) Hg (kg/m3) g (m/s2)
0.4 1,44 0,13 0,913 1000 1360 9,81
Fluido \ Corriente
2
3
4
25
37
48
36
-
-
-
-
-
-
P (Kg/cm ) T (°C)
2
Flujo Másico (Kg/cm ) Sólido
-
Aire Agua Total
Tabla de Resultados
Flux de Energía H (KJ/Kg)
Tabla de datos de la muestra del vidrio de reloj
Peso (gr) inicio 21,75 20 20
-
H (KJ/min)
Peso (gr) final 19,85 19,5 19,65
* Balance de Materia De acuerdo al esquema planteado el balance de materia quedaría de la siguiente forma:
Condiciones a la salida del secador Pvap (kg/cm2) P aire (inHg) Taire (°C) Tbh (°C) Tbs (°C)
1
2
Peso inicial de la muestra de Asfalto 10kg.
Muestra 1 2 3
S2 X2 TS2 HS2
Sólido
1 4 72 19,33 36,66
S1 x1 G1 Y1 S2 x2 G2Y2 Como los flujos permanecen constantes podemos reordenar la ecuación al modo:
S(x1 x 2 ) G(Y2 Y1 ) Resultados del Secador Peso (kg) 1 2 3 4 5 6 7 Memoria de Cálculo
Debido a que la tabla de balance está incompleta, se procede a calcular los parámetros necesarios para terminarla, como son los flujos.
tiempo (min) 1 2,93 1,04 0,89 0,98 1,14 1,81
Para conocer las incógnitas de cálculo se procede a hacer un balance de materia y energía:
* La presión debe de convertirse a libras, la temperatura en ºR y la constante R en sus respectivas unidades.
G2 Y2 tG2 HG2
Aire
G1 Y1 tG1 HG1
Se calcula la densidad:
Calcular P:
(
)
Ss 2
Kg min
Calculando las fracciones de agua evaporada (x):
2.25 0.1836 12.125 1.03 x2 0.0840 12.25
* La se convierte la altura del manómetro en m
x1
Cálculo de la Velocidad del Aire: √
Cálculo de la entalpía del sólido
La entalpia del sólido está dada por la ecuación:
Hs CS(t s t 0 ) xCA (t s t 0 ) HA
√
Cálculo del Área:
Cálculo de la Velocidad del Aire:
CS1 1005 1884Y1 1005 1884(0.021) 1.044
KJ Kgaire
CS2 1005 1884Y1 1005 1884(0.032) 1.065
KJ Kgaire
Por lo tanto HS1 1.044(25 0) .1836(1884)(25 0) 20.53
HS2 1.065(37 0) .084(1884)(37 0) 12.78
A partir de la carta Psicrométrica obtenemos las humedades con las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco a la entrada y a la salida del secador
Y1 0.021 Y2 0.032
KJ Kg
KJ Kg
Cálculo de la entalpía del gas
Estas se obtienen a partir de la carta psicrométrica
HG1 40
KJ Kg
HG2 38
y
KJ Kg
Entonces nuestro cuadro de balance nos queda de la siguiente forma:
Por lo tanto, las velocidades de entrada del aire húmedo son:
Fluido \ Corriente 2
Kg G w1 Gs Y1 0.1 min Kg G w2 Gs Y2 0.15 min * Se mantuvo un flujo de sólido de:
P (Kg/cm ) T (°C) Sólido Aire Agua Total
1
2
3
0,00 0,00 0,01 25,00 37,00 48,00 Flujo Másico (Kg/min) 1,63 1,83 4,66 0,37 0,17 0,10 2,00 2,00 4,76
4 0,00 36,00 4,61 0,15 4,76
Flujo de Energía H (KJ/Kg) H (KJ/min)
8,67 17,35
5,89 11,79
40,00 190,40
KJ hr
Cálculo del coeficiente de transferencia de calor teórico
Utilizando la ecuación 12.47 del capítulo 12 del Treybal:
Ua
237G0.67 TD
237(4.66)0.67 W Ua 5112.41 3 0.13 mK Cálculo de la longitud de transferencia de calor
HtOG
G SC s 9.52 104 Ua
Cálculo del número de unidades de transferencia de calor
NtOG
Z 1512.39 HtOG
Cálculo del coeficiente de transferencia de calor experimental
Para intervalos de Gs de100 – 50000 utiliza la correlación de Friedman y Marshall
se
)
Cálculo de la longitud de transferencia
NtOG
Q 2(17.35 11.79) 4.76(38.5 40) 43.39
(
Haciendo el balance de energía se obtiene Q
SSHS1 GSHG1 SSHS2 GSHG2 Q Reordenando SS (HS1 HS2 ) GS (HG2 HG1 ) Q Despejando SS (HS1 HS2 ) GS (HG2 HG1 ) Q
( )
38,50 183,26
Z 1432.04 HtOG
Cálculo del tiempo de retención teórico
