Informe De Secado 4w4d7

UNIVERSIDAD DE TARAPACA ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA MECANICA ARICA CHILE

LABORATORIO DE INGENIERIA DEL AMBITO TERMICO

“SECADO DE PRODUCTOS SÓLIDOS”

INTEGRANTES: -

JOSE BUGUEÑO FELIPE ALVARADO PAOLO FUENTES FELIPE MOREL JOSE VALENCIA

PROFESOR:

RAUL SAPIAIN

INDICE Paginas -

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INTRODUCCION OBJETIVOS RESUMEN TEORICO EQUIPAMIENTO, INSTRUMENTOS Y RIOS PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DESCRIPCION DEL METODO UTILIZADO TABLA DE DATOS GRAFICOS ANALISIS CONCLUSION BIBLIOGRAFIA

03 04 05-11 12 13 14-15 16 17 18 19 20

INTRODUCCION El exceso de humedad contenida por los materiales puede eliminarse por métodos mecánicos (sedimentación, filtración, centrifugación). Sin embargo, la eliminación más completa de la humedad se obtiene por evaporación y eliminación de los vapores formados, es decir, mediante el secado térmico. En palabras simples, secar un sólido utilizando un flujo de aire caliente. Definiendo conceptos: la operación de secado es una operación de transferencia de masa de o 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. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado cesa. En el presente informe se darán a conocer el proceso de secado de un producto sólido (esfera sólida), y además se analizarán los resultados obtenidos, en las distintas graficas y cálculos solicitados. Además agregar que se utilizara el equipo de secado CH 31.

OBJETIVOS El objetivo que persigue el presente informe es: Determinar experimentalmente la velocidad de secado de productos sólidos porosos de diversas formas geométricas.

RESUMEN TEORICO A continuación se presenta algunas terminologías aceptadas dentro del estudio del secado de productos sólidos. Definición de secado: El secado se define como la eliminación de humedad de un producto. Este proceso es conseguido, gracias a la separación de un líquido de un sólido por evaporación. La temperatura en la cual la humedad del producto se evaporiza, depende del tipo de producto. Las operaciones de secado, se pueden clasificar, de modo general, de la siguiente manera: continuas y discontinuas. En las operaciones continuas pasan continuamente a través del equipo tanto la sustancia a secar como el gas. La operación discontinua en la práctica se refiere generalmente a un proceso semi continuo, en el que se expone una cierta cantidad de sustancia a secar a una corriente de gas que fluye continuamente en la que se evapora la humedad. Aspectos termodinámicos del aire húmedo:

Humedad de equilibrio: x*, Humedad del sólido cuando su presión de vapor se iguala a la presión de vapor del gas. Es decir, humedad del sólido cuando está en equilibrio con el gas. Humedad libre: x- x*, Es la humedad del sólido; que es la humedad que está en exceso (en base seca), con relación a la humedad de equilibrio. Es ésta la humedad que se puede evaporar y depende de la concentración de vapor en la corriente gaseosa. La humedad en un sólido se retiene en dos formas, estas son: Humedad límite: La humedad límite ejerce una presión de equilibrio de vapor menor que la del agua libre a la misma temperatura, como esta humedad está retenida dependiendo de la naturaleza del sólido, esta puede estar retenida en finos capilares o absorbida en superficies, dentro de celdas, paredes fibrosas o combinaciones físico-químicas con el sólido. Es agua ligada. Humedad no limite: Esta humedad ejerce una presión de equilibrio de vapor igual a la del agua a la misma temperatura. Está retenida en espacios vacíos del sólido. Es agua no ligada.

Fórmula para el contenido de humedad en base seca, x :

Propiedades psicrométricas: Los procesos de secado dependen en gran medida de los cambios que se producen en las propiedades del agente desecante, generalmente aire húmedo (mezcla de aire seco y vapor de agua), cuya información se encuentra organizada en las conocidas cartas psicrométicras (Fig. 3). Para entender las variaciones de las características del aire en el proceso de secado es necesario conocer la forma de determinar las variables psicrométricas. Aunque dichas propiedades son ampliamente conocidas, la determinación matemática de alguna de ellas (temperatura de rocío y temperatura de bulbo húmedo) no es trivial. A continuación se presentan las ecuaciones que permiten determinar las principales variables psicrométricas en un rango amplio de temperaturas (de -40 °C a 110 °C), a partir de tres variables independientes de la mezcla aire-vapor de agua (aire húmedo) El aire húmedo es un sistema homogéneo de una fase y dos componentes y se puede asumir que sigue las leyes del gas ideal para las mezclas. Por tanto, las ecuaciones que se utilizan para la determinación de las diferentes propiedades psicrométricas se basan, en general, en la aproximación de considerar al aire húmedo como gas ideal.

Presión total, del aire seco y del vapor de agua. Por ser el aire una mezcla de gases (aire seco y vapor de agua), la presión total es la suma de las presiones parciales de sus componentes, donde la presión absoluta total, pT, toma el valor de 101325 Pa en condiciones normales.

Humedad absoluta. La humedad absoluta, denominada también humedad específica o relación de humedad, es la masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco y se puede expresar:

Humedad relativa. La humedad relativa, se define como el cociente entre la presión parcial del vapor de agua en la mezcla a una temperatura dada, pv, y la presión de saturación a la misma temperatura, pvs.

Temperatura de rocío. Para cada composición del aire húmedo, si se mantiene constante la presión parcial de vapor, se llega a una temperatura en la que se produce la saturación del vapor de agua, denominándose a este valor temperatura de rocío, Tpr. Se puede determinar utilizando ábacos psicrométricos a la actual presión de vapor (pv). Temperatura de bulbo húmedo. Esta temperatura se mide a partir de un termómetro de bulbo húmedo.

Entalpía. La entalpía del aire seco, has , teniendo en cuenta que la presión se puede considerar constante y el origen de referencia en 0 °C, viene dada por la primera ecuación siguiente. La expresión de la entalpía para el vapor de agua, hv , para la misma temperatura de referencia, tiene la forma de la segunda ecuación.

De esta forma, la entalpía del aire húmedo se puede obtener a partir de las dos expresiones anteriores y llegar al siguiente resultado. Las unidades de entalpía vienen dadas en kJ/kg aire seco si la temperatura es expresada en °C.

Volumen específico. Se define el volumen específico del aire húmedo como el volumen ocupado por el aire húmedo por kilogramo de aire seco. En esta expresión, para que v esté dado en m3/kgas, Ts y pas deben estar en °C y Pa, respectivamente.

De la ecuación anterior se obtiene una expresión para la presión del vapor de agua.

Secado. Según la naturaleza de la unión entre la humedad y la materia seca, se distingue el líquido adherente, el líquido capilar y el líquido hinchado. A continuación presentamos los conceptos teóricos que nos proporcionaran información teórica acerca de las curvas de secado.

Razon de humedad. El ratio de humedad, MR, se expresa generalmente:

Donde MR es el ratio de humedad (en fracción o %), Mt el contenido de humedad en cada instante (kg), M0 el contenido de humedad inicial (kg) y Me el contenido de humedad de equilibrio (kg). Sin embargo, es habitual en las aplicaciones de secado despreciar el contenido de humedad de equilibrio, ya que la humedad relativa del aire fluctúa continuamente durante el proceso siendo Me un parámetro difícil de determinar. De esta manera, el ratio de humedad que se utiliza comúnmente es el dado en la siguiente expresión:

Velocidad de secado. Como ya se ha indicado, cuando el material que debe secarse se pesa a intervalos predefinidos, puede trazarse la curva del contenido en humedad frente al tiempo de secado. Al diferenciar la curva anterior, se obtiene una información muy importante de la cinética de secado: La velocidad de secado en función del tiempo de operación, DR. La velocidad de secado puede expresarse como se indica en la siguiente ecuación:

En esta etapa entonces se establece un equilibrio termodinámico entre la transferencia de calor al material y eliminación de vapor desde la superficie del producto. Lo anterior se refleja en la siguiente ecuación:

EQUIPAMIENTO, INSTRUMENTOS Y RIOS

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Equipo de secado CH 31

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Termómetro

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Higrómetro

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Anemómetro

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Balanza digital

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Barómetro

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Preparar una muestra de producto a secar, con una humedad aproximada del 60 %, y verificarla. 2. Preparar el secador y revisar que se disponga de termómetros para temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo, así como cronómetro y anemómetro. 3. Encender los switch de los calentadores eléctricos hasta alcanzar una temperatura aproximada de 45 ºC. (o la que tu instructor te recomiende). 4. Arrancar el ventilador y esperar a que la temperatura de los gases a la entrada y salida sea casi uniforme. (Aproximadamente 3 min.) 5. Una vez en estado estable, tomar datos iniciales (tabla de resultados experimentales). 6. Posteriormente es necesario girar manualmente la válvula rotatoria cada ½ minuto para obtener el sólido seco. Es necesario determinar su temperatura y continuar así durante quince minutos. Durante este tiempo es necesario tomar la temperatura cada 0.5 minutos. 7. Al finalizar la práctica es necesario parar los calentadores eléctricos y esperar un momento antes de apagar el ventilador para que este equilibre la temperatura a temperatura ambiente. 8. Por último se apaga el ventilador y que el área de trabajo se encuentre limpia. El sólido sobrante se coloca en un termo para que se encuentre perfectamente seco en una experimentación posterior.

DESCRIPCION DEL METODO UTILIZADO El método utilizado depende del tipo de secador utilizado y el que utilizamos corresponde a los del tipo convectivo, aquí unos ejemplos de ellos:

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Secadores en bandeja: funciona mediante un ventilador que recircula aire calentado con vapor paralelamente sobre la superficie de las bandejas, también se utiliza calor eléctrico.

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Secadores de túnel: suele parecerse al de bandeja pero en serie, las bandejas se desplazan por un túnel y el ventilador saca aire a la atmosfera.

Bueno dada las anteriores características de cada secador, el que se utilizo en este presente informe fue el primero secador en bandeja con aire que circulaba por un túnel y calentado con secadores eléctricos o de resistencia. De esto se desprende los siguientes procesos: Circulación del aire en un proceso de secado sin aporte calorífico exterior: Consiste en hacer pasar una corriente de aire, a temperatura ambiente y no saturado a través de un producto, sin recibir aporte de energía calorífica exterior. De esta forma el aire en o con el producto, extrae de éste parte de su humedad, con lo que la temperatura inicial de ambos desciende. A lo largo de su recorrido, el aire aumenta su humedad relativa hasta alcanzar la saturación y además, si el recorrido es suficientemente largo y el caudal lo permite, la temperatura final será próxima a la de bulbo húmedo. En un proceso eficiente y dado que la circulación forzada conlleva un coste, es necesario determinar el caudal de aire necesario para secar el producto en el menor tiempo posible. Aunque no existen fórmulas matemáticas exactas para obtener a priori este caudal, va a depender fundamentalmente de la naturaleza del producto y del tipo de secadero. Sin embargo, existe la posibilidad de conocer si el proceso de secado se está efectuando en las condiciones adecuadas, mediante la medida de la temperatura a la salida del secadero y en puntos intermedios de éste. Así, si en los puntos intermedios el aire tiene una temperatura próxima a la de saturación adiabática correspondiente a la temperatura del aire seco a la entrada, el caudal es insuficiente. Por el contrario, si la temperatura disminuye progresivamente a lo largo del secadero, pero a la salida no experimenta un descenso apreciable, respecto a la entrada, el caudal de aire está dimensionado en exceso. Por último, si la temperatura se mantiene constante a lo largo del proceso, se puede asegurar que el aire no sirve para secar el producto ya que se encuentra en equilibrio con él, debiendo por tanto, aumentar la capacidad desecante del aire (aumentando su

temperatura, conducirlo a través de un material higroscópico, someter el producto a un proceso de vacío, etc). Proceso de secado con aporte energético directo: Se utiliza para mejorar la capacidad desecante del aire, que como se ha indicado, aumenta con su temperatura. Este sistema combinado con el anterior, es el sistema más habitual de secado (convección forzada y aporte de energía calorífica).

TABLA DE DATOS Tabla Nº1.- Condiciones de entrada Peso de producto seco Peso de producto húmedo Humedad relativa ambiente Temperatura ambiente Presión atmosférica Velocidad aire salida del ducto Temperatura bulbo seco (Tbs) Temperatura bulbo húmedo (Tbh)

18 (gr) 20.38 (gr) 54% 27 ºC 1015 (mbar) 0.9 (m/s) 29.5 ºC 23 ºC

Tabla Nº2.- Con datos obtenidos en la experiencia Tiempo (min)

Peso (gr)

0 5 15

20.38 19.8 19.5

Bulbo Húmedo (°C) 23 24 23,5

Bulbo Seco (°C) 29.5 42 42.6

HR [%]

X%

54 13.22 28.9 10 27.2 8.33

X*

X-X*

dx

dt

dx/dt

8.33 8.33 8.33

4.89 1.67 0

3.22 1.67

5 10

0.644 0.167

GRAFICOS Grafico Nº1

Perdida de Peso v/s Tiempo de secado 20.6

PESO (gr)

20.4 20.2 20 19.8 19.6 19.4 0

2

4

6

8

10

12

14

16

TIEMPO (min)

Grafico Nº2

Razon de secado dx/dt

Razon de secado dx/dt v/s (x-x*) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 Razon de secado 0.2 0.1 0 0

1

2

3

x-x*

4

5

6

ANALISIS Al observar los datos obtenidos en las tablas y gráficos se puede decir: Del grafico Nº1 que a medida que el tiempo aumenta la masa disminuye, además agregar que el tiempo experimental utilizado para este proceso solo fue de quince minutos, hasta llegar a un valor casi constante de 19.5 gr en el tiempo. Se observa, tanto en el gráfico Nº1 y en la tabla Nº2, que a medida que transcurre el tiempo, el peso va disminuyendo en menor cantidad, hasta alcanzar un valor fijo. Del grafico Nº2 se observa que la línea tendencial es recta con respecto a la velocidad de secado, esto indica una pendiente positiva que a medida que aumenta la velocidad de secado aumenta la diferencia de la razón de humedad.

CONCLUSION De lo analizado anteriormente se concluye que: Que la grafica Nº1 el valor de perdida de peso llega a un punto constante, el cual es un poco más elevado que el valor de peso en seco del sólido (18 [gr]). Esto quiere decir que no se pudo secar completamente, es decir, el producto sólido quedó con humedad. Un punto que nos llamó la atención, es en lo relacionado con la humedad adquirida por el sólido, ya que el aumento de peso fue pequeño, lo cual hacía pensar que en el proceso de secado, se secaría completamente. Ocurrió lo contrario, es decir, quedó con humedad, lo cual nos ratificó la teoría.

BIBLIOGRAFIA - Friedrich Kneule, El secado. Urmo, S.A. de Ediciones, Bilbao, 1982.