EJERCICIO: Un secador produce 180 kg/hr de un producto que contiene 8% de agua a partir de un flujo de alimentación que contiene 1.25 gr de agua por gramo de material seco. El aire entra en el secador a una temperatura de bulbo seco de 100 °C y una temperatura de bulbo húmedo de 38°C; el aire de salida está a 53°C bulbo seco y tiene 60% de humedad relativa. Parte del aire de salida se mezcla con el aire fresco suministrado a 21°C y 52% de humedad relativa, como se muestra en la figura. Calcule el aire y el calor proporcionados al secador, ignorando las pérdidas de calor por radiación, el calor utilizado para calentar los platos de la banda transportadora, etc. El calor específico del producto es 0,18.
Se asume una presión de 1atmósfera. 1 Hora.
A C F P Composiciones a conocer: En C:
1.25 grH 2O 2.25 grC
1 grMat.sec o 2.25 grC
*100 55.6% H 2O
*100 44.4% Mat.sec o
En P: H2O = 8%, Mat.Seco=92%
Para conocer las composiciones en la es necesario utilizar los datos que nos proporciona el ejercicio para hallar la humedad másica en la carta psicométrica y así determinar las composiciones: •
T = 53°C Hr = 60%
Hm=
0.0575kgH 2O 1.0575kgF
1kgaire sec o 1.0575kgF
0.0575Kg H2O/Kg aire seco
*100 5.44% H 2O
*100 94.56%aire sec o
Para conocer las composiciones en la es necesario utilizar los datos que nos proporciona el ejercicio para hallar la humedad másica en la carta psicométrica y así determinar las composiciones: •
T = 21°C Hr = 52%
Hm=
0.0088
0.0088kgH 2O 1.00088kgA
1kgaire sec o 1.00088kgA
*100 0.87% H 2O
*100 99.13%aire sec o
A C F P
0.0087 A 0.556C 0.08P 0.0544F
0.9913 A 0.9456F 0.444C 0.92P C C
0.92180kg 0.444 372.97Kg
De la Ecuación 1:
De la Ecuación 3:
A 372.97kg 180 F A F
0.9913 A 0.9456F 0
192.97 KG
Multiplicando Ecuación 1 por -0.9913 y sumándola con la Ecuación 3: 0.9913 A 0.9913F 191.291Kg
0.9913 A 0.9456 F 0.0457 F F
0kg
191.291Kg
4185.8 Kg
0.0087 A 0.556 372.97kg 0.08 180kg 0.0544 4185.8kg A 3992.67kg
C B G P
Composición a determinar: Para conocer las composiciones en la es necesario utilizar los datos que nos proporciona el ejercicio para hallar la humedad másica en la carta psicométrica y así determinar las composiciones: •
T = 100°C Tbw = 38°C
Hm=
0.0125 KgH 2O 1.0125 KgB 1 Kgaire sec o 1.0125kgB
0.0125
0.123
0.987
C B G P 0.987 B
0.9456G
Despejando la Ecuación 2 y reemplazando en la Ecuación 1:
0.9456G 0.9581G 0.987 372.97 0.9581G G 180 B
G 4605.59 kg B 4412.62 kg
Como no se aplica ni se da trabajo, no ocurren reacciones químicas, no hay radiación, se desprecia la energía cinética, la energía potencial, la ecuación general de balance de energía en el secador es la siguiente: dE
0 m (U P
dt Q m (U
K
PdV )
PdV )
Q m ( H ) Q mCp T salida mCp Tentrada
H RX Q W
Para el balance de energía se toma como temperatura de referencia la temperatura de entrada del material seco : 21°C. Por consiguiente se procede a calcular la energía en la entrada: En las tablas se halla Cp del aire y del agua a 100°C, no se hallan los Cp a 21°C que es la temperatura en la entrada C por que al hallar delta T daría 0:
Eentra
Cal/gn°K
6.972
8.084
Masa gr
4355255.94
57374
cal
4355255.94gr cal 57364.06gr 6.972 * * 373 K 294 K 8.084 * * 373 K 294 K gr gr gnK gnK 28.96 18 gn gn Eentra 82832.276kcal 2035.264kcal 84867.54kcal
Para el cálculo de la energía a la salida hay que tener en cuenta que según los datos proporcionados se puede deducir que hay cambio de estado del agua por lo tanto hay que anexarlo en calculo de la energía de salida, a continuación la masa y los Cp del agua, material seco y aire a la salida del secador:
43°C
8.0384
53°C
8.0464
6.981
A cualquier T Masa gr
0.18 cal/gr°K 14400
250544,096
4355045.9
165600
Para el Cp del material seco como en el ejercicio no se dan unidades, la unidad molar no sirve puesto que no conocemos que material es, recurriendo a la bibliografía del autor David Himmelblau, se cito el siguiente texto por el cual se utilizarán las unidades de cal/gr°k.
E salidaagua 8.0464
250544,096gr cal 14400gr * 326K 294K 8.0384 * * 316K 294 K gr gr gnK gnK 18 18 gn gn cal
*
E salidaagua 3583.96kcal 141.48kcal 3725.44kcal
E cambioestado
10.5
kcal gn
*
372, 97* 0.556 - 180 * 0.08 kg 1000 gr
Ecambioestado
E salidaaireymat sec o
0.18
cal grk
1kg
112566.8kcal
*165600 gr * 316K 294K 6.981 E salidaaireymat.sec o
