Laboratorio Laboratorio de Ingeniería Ingeniería Química III
Guión Experimental Experimental
Secado de sólidos (en charolas)
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Problema Se requiere secar dos muestras de pasta húmeda de piedra póme que tienen la misma humedad inicial pero di!erentes espesores" determinar cómo #aría el tiempo de secado en cada muestra para lograr que alcancen la humedad de equilibrio" ba$o las siguientes condiciones experimentales% El espesor de cada muestra ser& de ' * mm+ La #elocidad del aire en la descarga del secador deber& regularse entre '+* ,+* m-s+ La humedad inicial del sólido estar& entre el . el / 0 masa+ La presión del #apor en el intercambiador de calor se establece entre '/ ,' lb-pulg,+ Equipo: Secador de charolas 1rm!ield 2ecnical Education+ Material requerido: • • • • • • • • • • • • • • •
* 3g+ de pasta húmeda de piedra póme (.4/ 0 de humedad)+ , 5alanas granatarias (mec&nica o electrónica)+ 6 contrapesas para balana (, de ' 3g+ , de * g)+ , charolas de , x , x ' mm ' charola e , x , x * mm , 7ronómetro+ ' 8sicrómetro+ ' 1nemómetro+ ' 2ermo4balana+ , termómetros 9 '':7+ , 7harolas met&licas+ ' 7uchara de alba;il+ ' Esp&tula ancha . mm+ '
,>' mm+ , probeta de , litros
Medidas de seguridad • ?sar guantes de carnaa para el mane$o de las #&l#ulas de la tubería de #apor+ • @o tocar las super!icies calientes del intercambiador de calor+ E#itar que alguna prenda o el cabello largo pueda ser $alado por el #entilador+
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•
La determinación de la humedad del aire deber& realiarse en aire del medio ambiente e#itando usar el psicrómetro en la descarga de aire del secador" debido a que la temperatura en ese punto puede ser superior a la escala del termómetro" lo cual podría pro#ocar la ruptura del mismo+
Descripción del equipo El secador de charolas del laboratorio est& constituido por una c&mara de secado" donde se colocan dos $uegos de charolas con el material a tratar" suspendidos en dos balanas+ La balana superior permite operar con un $uego de cuatro charolas como m&ximo" se recomienda usar dos+ La balana in!erior permite suspender solo una charola+ Las charolas tienen las siguientes dimensiones , x , mm una pro!undidad de ' mm de * mm respecti#amente+ La c&mara de secado tiene una sección cuadrada de 6* x 6* mm 6* mm de longitud+ El equipo est& dotado de un calentador de aire que utilia como !luido de calentamiento #apor saturado" el intercambiador de calor aletado" es de tipo A!lu$o cruadoB+ La línea de #apor tiene = #&l#ulas" la primera corresponde a la alimentación principal" la segunda sir#e para Apurgar los condesadosB" la tercera da paso al #apor hacia el intercambiador+ Se dispone adem&s de una #&l#ula reguladora de presión de #apor que permite !i$ar" dentro de ciertos límites" la presión del #apor en un #alor constante+ La descarga de condensados del secador se hace a tra#Cs de una Atrampa de #aporB una #&l#ula en el extremo de la tubería+ El aire se suministra al secador por medio de un #entilador de tipo AaxialB localiado en uno de sus extremos+ La #elocidad del aire se regula mediante una #&l#ula de mariposa+ El ducto de descarga de los gases es de sección circular mide ,* mm+ de di&metro+ Procedimiento Experimental El material a secar: • 8asta de piedra póme húmeda (malla 6 9 malla /)) con un contenido de agua del . al / 0 en peso+ • Deri!icar con precisión la humedad inicial utiliando una termo balana+
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El equipo • 2arar las charolas (de ' a ,) en el porta4charolas soportado en la balana superior+ • 2arar la charola (única) de la balana in!erior+ •
Alerta: para e#itar errores en la determinación de peso de las charolas" #eri!icar que sus soportes no hagan contacto con la estructura+
Toma de datos:
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1pagar el #entilador+
Alerta: utiliar guantes apropiados para super!icies calientes+
Cuestionario '+ Fe!inir los siguientes conceptos% humedad libre" humedad crítica" humedad ligada" periodo de secado antecritico" periodo de secado poscrítico+ ,+ Explicar los !enómenos de capilaridad di!usión durante el secado de sólidos+ =+ Feterminar la #elocidad del aire en la c&mara de secado" utiliando la #elocidad del aire a la salida del secador las características geomCtricas de la c&mara de secado+ 6+ 1 partir de los datos experimentales obtenidos complete las tablas = 6+ *+ 1 partir de los datos experimentales construir las cur#as de secado% Gr&!ica '% asa del sólido húmedo #s tiempo+ Gr&!ica ,% > H3g,J+ 3gss4'K #s tiempo Gr&!ica =% 4∆>-∆t (rapide de cambio de la humedad) #s > promedio+ Gr&!ica 6% promedio @ota+ 2omar en cuenta la humedad inicial de material determinada con la termo balana+ .+ Se;ala los periodos de secado en las gra!icas ' ,+ M+ Feterminar gr&!icamente la humedad crítica tiempo crítico de secado para el material experimentado+ /+ 7alcular la humedad libre en el punto crítico+ N+ O7ual es la humedad de equilibrio para las dos muestrasP '+ OEn quC tiempo se alcana la humedad de equilibrio para cada espesor del material húmedo experimentadoP ''+
'*+ 7alcular el coe!iciente de trans!erencia de masa% K en !g "r #$ m#%atm#$ '.+ 7alcular la !uera impulsora durante la transmisión de calor en el periodo antecritico" considerando la temperatura del aire en la c&mara la temperatura de secado del sólido+ (expresar la respuesta en :7)+ 'M+ 7alcular el coe!iciente de transmisión de calor" considerando que el calor es transmitido al sólido únicamente para la e#aporación del agua+ '/+ O7ómo #arían los coe!icientes de transmisión de energía trans!erencia de masa con el espesor del materialP 'N+ 1 partir del coe!iciente de transmisión de calor" ?" obtenido para las dos muestras" determine quC porcenta$e de la energía tCrmica suministrada por el #apor de calentamiento !ue apro#echada para la e#aporación del agua contenida en el sólido+ ,+ 7on base a los resultados experimentales como se relacionan el #alor de los coe!icientes obtenidos con la rapide de secado+ ,'+ 1 partir de la relación de pendientes de las rectas que representan el periodo de #elocidad de secado antecritico para las muestras experimentadas" argumente la con#eniencia de seleccionar alguno de los dos espesores para utiliar estos datos como Abases de dise;oB de un secador industrial+ &ibliogra'(a
Jperaciones de Separación en Ingeniería Química" mCtodos de c&lculo+ 8edro R+ artíne de la 7uesta" Eloisa
Anexo ) 2ablas '46 Anexo % 7arta psicrometrica a */* mm g+ 2ablas de #apor 9#ersión corta4
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Anexo 1
2abla I Espesor%
umedad inicial (termo balana)% asa de 7harola Soporte Superior HgK asa Sólido Seco HgK 8#apor Hlb-plg,K 2iempo total de secado Dol+ total 7ondensado HlitrosK asa total 7ondensado HUgK
2iempo Hmin+K
asa total H gK
2aire c&mara H:7K
2 aire H:7K
salida
2s ambiente H:7K
2 ambiente H:7K
D aire salida Hm-sK
Jbser#aciones%
7
2abla , Espesor%
umedad inicial (termo balana)% asa de 7harola Soporte Superior HgK asa Sólido Seco HgK 8#apor Hlb-plg,K 2iempo total de secado Dol+ 2otal 7ondensado HLitrosK asa total 7ondensado HUgK
2iempo Hmin+K
asa total H gK
2aire c&mara H:7K
2 aire H:7K
salida
2s ambiente H:7K
2 ambiente H:7K
D aire salida Hm-sK
Jbser#aciones%
8
2abla = 2iempo HminK
asa Sólido
HgK
úmedo
asa 0umedad
agua e#aporada
HgK
> Hgagua- gsólido seco K
> promedio
∆x-∆t
H3g-m, hK
9
2abla 6 2iempo HminK
asa Sólido
HgK
úmedo
asa 0umedad
agua e#aporada
HgK
> Hgagua- gsólido seco K
> promedio
∆x-∆t
H3g-m, hK
10
