MANUAL SECADOR DE BANDEJA LABORATORIO DE PROCESOS II UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA BUCARAMANGA, SANTANDER 2020 TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 3 2. OBJETIVOS .................................................................................................................................. 4 2.1. General............................................................................................................................... 4 2.2. Específicos ........................................................................................................................ 4 3. ALCANCE .................................................................................................................................. 5 4. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 5 4.1. Humedad ........................................................................................................................... 5 4.2. Entalpia .............................................................................................................................. 6 4.3. Temperatura de rocío ...................................................................................................... 6 4.4. Contenido de Humedad................................................................................................... 6 4.5. Velocidad de secado ........................................................................................................ 9 5. EQUIPOS Y MATERIALES .................................................................................................. 18 6. SECADOR Y MATERIALES ................................................................................................. 19 6.1. Partes con sus respectivos números y nombres en el equipo ................................ 22 7. NORMAS DE SEGURIDAD PARA LA PRÁCTICA ........................................................... 22 8. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA...................................................................................... 23 9. DISEÑO DE PRÁCTICAS ..................................................................................................... 24 10. CÁLCULOS ......................................................................................................................... 24 11. REGISTRO DE DATOS .................................................................................................... 25 12. ANEXOS .............................................................................................................................. 27 13. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 2 1. INTRODUCCIÓN 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. El secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones y con frecuencia, el producto que se extrae de un secador para empaquetado. La operación de secado es una operación de transferencia 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. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado cesa. La transferencia de masa y energía que se presenta en el proceso de secado de bandejas, se hace mediante un material que puede ser un sólido en forma granular expandido uniformemente sobre una bandeja de metal, en el que un ventilador recircula el aire calentado con vapor paralelamente sobre la superficie de las bandejas, alrededor del 10 al 20% del aire que pasa sobre las bandejas es nuevo, el restante es recirculado para lograr retirar la humedad contenida en el sólido. Para eliminar la humedad contenida en un material podemos eliminarlo por medio de procesos como la sedimentación, la filtración y la centrifugación, sin embargo, este tipo de procesos presentan complicaciones al cumplir especificaciones en cuanto al (%) de humedad por esto el proceso más usado es el de la evaporación (secado térmico) que se hace mediante corrientes gaseosas. De modo general as operaciones de secado se pueden clasificar en 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 semicontinuo, 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. La característica esencial del proceso de secado es la eliminación de un líquido por conversión en vapor, que se separa del sólido. Las variables de secado se han agrupado como condiciones internas y externas: la temperatura, humedad relativa y velocidad del flujo desecante se les clasifica como variables externas, y como internas; la naturaleza del material, su estructura, composición química, carácter del enlace de humedad, grosor (dimensiones de los trozos y composición granulométrica) y humedad del material sometido al tratamiento. En esta práctica se busca conocer el comportamiento de las variables que influyen en el secado de la materia prima escogida por los estudiantes en un secador de bandejas. 2. OBJETIVOS 2.1. General Aplicar fundamentos teóricos de la operación unitaria de secado en un secador de bandejas en operación semicontinua a nivel laboratorio. 2.2. Específicos Analizar las principales variables que intervienen en el proceso. Hacer balance de masa y energía en la operación del secador de bandeja. Elaborar curvas características que describan el proceso de secado. Calcular la eficiencia térmica y de la operación del secador de bandejas semicontinuo. Determinar la humedad de equilibrio del material a secar. Determinar el porcentaje de humedad del material a secar. 3. ALCANCE La práctica de laboratorio desarrollada se restringe al secado de un sólido hasta alcanzar la humedad en el equilibrio, mediante un secador de bandejas a una temperatura adecuada para el sólido utilizado en el proceso, con el fin de evitar su desintegración. Se comienza a retirar la humedad y se toman mediciones de temperatura en determinados periodos de tiempo logrando que la humedad relativa del solido sea igual a la humedad del ambiente (equilibrio). 4. MARCO TEÓRICO 4.1. Humedad Es la cantidad de agua contenida en el sólido. Humedad en base seca Es la cantidad de agua por unidad de masa de sólido seco en el alimento Humedad (X)%= (g de agua/ g de sólidos secos) *100 Humedad en base húmeda Es la cantidad de agua por unidad de masa de muestra húmeda Humedad (M)%= (g de agua/g total de muestra) *100 Humedad absoluta La humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua que se encuentra por unidad de volumen en el aire de un ambiente. Normalmente, el vapor es medido en gramo y volumen de aire se mide en metros cúbicos. Midiendo la humedad absoluta, lo que hacemos es determinar la cantidad de vapor que contiene el aire y si además conocemos la temperatura podemos estimar si el ambiente es capaz de alojar más vapor aún Humedad especifica La humedad específica es la cantidad de vapor de agua que se haya contenido en el aire, pero a diferencia de la humedad absoluta, en esta el vapor se mide en gramo y el aire en kilogramos. Humedad relativa La humedad que posee una masa de aire en relación a la mayor cantidad de humedad absoluta que podría llegar a contener sin que se produzca ninguna condensación, es decir conservando la misma temperatura y presión atmosférica. Esta humedad es expresada en porcentajes. 4.2. Entalpia Es la cantidad de energía que un sistema termodinámico intercambia con su medio ambiente en condiciones de presión constante. 4.3. Temperatura de rocío Es aquella temperatura a la cual el vapor de agua presente en una mezcla de gases se condensa cuando la mezcla se enfría a presión constante. 4.4. Contenido de Humedad La cantidad de agua presente en el material afecta sus propiedades, por lo que es importante conocer (medir) y controlar la cantidad de agua presente en ellos. La humedad puede afectar la capacidad de procesamiento, el periodo de conservación, la usabilidad y la calidad de un producto. La determinación exacta del contenido de humedad desempeña un papel clave para garantizar la calidad en muchas industrias. Por lo general el contenido de humedad se determina mediante un método termogravimetrico, es decir, por pérdida por secado, mediante la cual se calienta la muestra y se registra la pérdida de peso debida a la evaporación de la humedad en el horno de secado en combinación con una balanza. Contenido de humedad base seca La humedad en base seca se encarga de comparar la masa de agua que contiene un material solido con respecto a su masa totalmente seca. 𝑋= 𝑊 − 𝑆𝑐 𝑆𝑐 𝑘𝑔 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑘𝑔 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 (1) Donde: 𝑊: Masa del sólido húmedo en el secador en un intervalo de tiempo. [=] kg Humedad W= 𝑊𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙- 𝑊𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑o [=] kg Humedad 𝑊𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙: Masa del sólido antes de entrar al secador [=] kg Humedad 𝑊𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜: Peso de la humedad perdida en el secador en un intervalo de tiempo. [=] kg Humedad 𝑆𝑐: Masa del sólido totalmente seco. [=] kg sólido seco Para determinar la humedad en base seca es necesario saber la cantidad de sólido seco y el peso húmedo total. Una vez hallados los valores de sólido seco y el peso húmedo total, se procede a calcular la humedad en base seca siguiendo la ecuación (1). Contenido de humedad, base húmeda Representa el contenido de masa de agua que contiene la muestra, respecto a la masa total, un valor de X (base húmeda) de 0.5 significa que la masa de agua es la mitad de la masa de todo el material. 𝑋= 𝑊 − 𝑆𝑐 𝑊 𝑘𝑔 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑘𝑔 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 (2) Humedad libre en función del tiempo Figura 1. Gráficas características de humedad libre en función de tiempo y velocidad de secado en función de humedad libre. Esta gráfica ha sido adaptada de ´´Operaciones de transferencia de masa´´ por Robert E. Treybal 2/e, p.729. Humedad en 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. 4.5. Velocidad de secado Se define como La pérdida de humedad del solido húmedo por unidad de tiempo y más exactamente por su cociente diferencial, operando en condiciones constantes de secado. Se determina como: 𝑁=− 𝑆𝑆 Δ𝑥 ∗ 𝐴 Δϴ 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑟𝑒𝑎 ∗ 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (3) Donde 𝑆𝑠: Masa de sólido seco [=] kg 𝐴: Superficie húmeda sobre la cual sopla el gas a través de la cual tiene lugar la evaporación. [=] 𝑚2 Δ𝑥 = Δt Tangente de la curva de humedad en función del tiempo [=] h Generalmente hay dos partes principales en la curva de rapidez de la Figura 3, un periodo de rapidez constante y uno de rapidez decreciente Figura 2. Gráficas características de humedad libre en función de tiempo y velocidad de secado en función de humedad libre. Estas gráficas han sido adaptadas de ´´Operaciones de transferencia de masa´´ por Robert E. Treybal 2/e, p.738. Etapa 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. Etapa B-C: 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. Etapa C-E: 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. Para determinar los valores de la velocidad y realizar su respectiva gráfica en función de la humedad en base seca, se hallan las pendientes de las rectas tangentes a los puntos considerados; derivando las correlaciones de la región lineal y curva se obtiene, respectivamente: − 𝑑𝑥 = (𝑟𝑒𝑔𝑖ó𝑛 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙) 𝑑𝑡 − 𝑑𝑥 = (𝑟𝑒𝑔𝑖ó𝑛 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎) 𝑑𝑡 En la ecuación de la región curva se reemplaza el tiempo donde el comportamiento deja de ser lineal, el cual es llamado “punto crítico” para hallar el valor de la velocidad: 𝑡 = 𝑡𝑐 − 𝑑𝑥 = (𝑟𝑒𝑔𝑖ó𝑛 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎(𝑡𝑐)) 𝑑𝑡 − 𝑑𝑥 = (𝑟𝑒𝑔𝑖ó𝑛 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎(𝑡𝑐)) 𝑑𝑡 Para determinar el flux se hace uso de la ecuación 3 conociendo respectivamente los valores de Ss. y A, y haciendo los cálculos pertinentes. 4.6. Balance de masa y energía Un balance de masa se define como la verificación de la igualdad cuantitativa de masas que debe existir entre los insumos de entrada y los productos y residuos de salida. Para ello se utiliza la siguiente ecuación: 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 − 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒 = 𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 Para encontrar la masa evaporada de la muestra, se aplica la siguiente ecuación: 𝐴𝑒𝑛𝑡 ∗ 𝑉𝑒𝑛𝑡 ∗ 𝑉𝑔 𝑒𝑛𝑡 − 𝐴𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑉𝑠𝑎𝑙 ∗ 𝑉𝑔 𝑠𝑎𝑙 = Δ𝑚 ∗ Δ𝑡 (11) Donde: ∆𝑚: Masa evaporada de la muestra. [=] kg ∆𝑡: Tiempo de secado [=] s 𝐴𝑒𝑛𝑡 y 𝐴𝑠𝑎𝑙: Áreas de entrada y salida de aire. [=] 𝑚2 𝑉𝑒𝑛𝑡 y 𝑉𝑠𝑎𝑙: Velocidad de entrada y salida del aire al secador. [=] m/s 𝑉𝑔: Volumen específico de la mezcla aire – agua. Se puede expresar 𝑉𝑔 = V𝐻´ ∗ 11 + 𝑌 ´ = 1𝜌 Volumen Específico del gas Húmedo Es el volumen ocupado por un kilogramo de gas seco más el correspondiente vapor que lo acompaña. 𝑉′𝐻 = ( 𝑅=8,3143 𝐾𝑝𝑎 . 𝑚3 𝐾𝑚𝑜𝑙 . 𝐾 1 𝑌′ 𝑅𝑇 + )∗ 28,97 18,015 𝑃 𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝐾𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜 (13) P =90,325 Kpa T = Temperatura en grados K Y'= Humedad absoluta para cada valor de temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco obtenidas experimentalmente. [=] kg H2O/kg aire seco Calor húmedo de una mezcla 𝐶 ′ 𝐻 = 1,0035 + (1,8723 ∗ 𝑌 ′ ) 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠 ∗ 𝐾 (14) Entalpía de saturación, máximo valor de H^' cuando Y^'=Y's 𝐻 ′ = 𝐶′𝐻 ∗ (𝑇 − 𝑇𝑜) + 𝜆𝑜 ∗ (𝑌′ ) 𝐾𝐽 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜 (15) Antes de hacer el balance de energía es necesario identificar las fuentes que le suministran energía al aire, las cuales son: Resistencias eléctricas En todo proceso donde existe transferencia de calor existe un medio calefactor que es el encargado de calentar el fluido que estará en contacto con el producto y lo secará. En un secador de bandeja el generador de calor generalmente son resistencias eléctricas y el medio que transfiere el calor es el aire. 𝐸1 = 𝑉 ∗ 𝐼 ∗ ∆𝑡 Donde: 𝐸1 : Energía entregada por las resistencias eléctricas al aire Ω (ohm) 𝑉: Voltaje V (voltio). 𝐼: Intensidad de la corriente A (ampere). ∆𝑡: Tiempo s (segundos) Soplador (17) 𝑊2 = ŋ ∗ 𝑃 ∗ ∆𝑡 Donde: 𝑊2 : Trabajo entregado al soplador J (Julios), convertir a KJ 𝑃: Potencia W (Vatio) ŋ: Eficiencia del soplador. ∆𝑡: Tiempo s (segundos) El motor se opera a 220V con una potencia de 1hp y una eficiencia del 65%. Intercambiador de calor 𝐸2= [𝑉𝑐∗𝑉𝑓∗ℎ𝑓𝑔] ∗𝑇𝑖 (18) Donde: E2: Energía entregada por la masa de vapor saturado que se condensa.[=] kJ Vc: Volumen del condensador en el tiempo ti. [=] 𝑚3 Vf: Volumen específico del líquido saturado a la temperatura Ti en el tiempo ti. [=] 𝑚3 /𝑘𝑔 hfg: Delta de entalpía entre el vapor y el líquido saturado a la temperatura Ti. Energía necesaria para secar la muestra 𝐸3 = 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎 ∗ 𝜆𝐻 (19) 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑊ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑊ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 (20) Donde: 𝜆𝐻 : Calor latente de vaporización a la temperatura a la cual se considera ocurre la vaporización de la humedad de la muestra. [=] kJ/kg 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: ṁ𝑒 ℎ𝑒 + (𝑉 ∗ 𝐼 ∗ 𝜂 ∗ 𝑃 ∗ 𝑉𝑐 ∗ 𝑉𝑓 ∗ ℎ𝑓𝑔 ) − ṁ𝑠 ℎ𝑠 − 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑎𝑙 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0 21 Donde: ṁ𝑒 : Flujo másico de entrada. [=] g/s ṁ𝑠 : Flujo másico de salida. [=] g/s 𝑉: Voltaje V (voltio). 𝐼: Intensidad de la corriente A (ampere). ŋ: Eficiencia del soplador. 𝑃: Potencia W (Vatio). Vc : Volumen del condensador en el tiempo ti. Vf: Volumen específico del líquido saturado a la temperatura Ti en el tiempo ti . hfg: Delta de entalpía entre el vapor y el líquido saturado a la temperatura Ti. ℎ𝑒 : Entalpía de entrada. [=] kJ/kg ℎ𝑠 : Entalpía de salida. [=] kJ/kg Los flujos másicos de entrada y salida se pueden 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 térmica y de 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 E3 entre la sumatoria de las energías suministradas necesarias para la operación de secado: 𝜂𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 = 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎 ∗ 𝜆𝐻 (𝑉 ∗ 𝐼 + 𝜂 ∗ 𝑃 + ṁ𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 ∗ ℎ𝑓𝑔 ) ∗ 100% 22 Balance de masa Los balances de masa y energía deben realizarse en un entorno o sistema seleccionado, contabilizando todas las contribuciones (entradas y salidas) significativas y omitiendo los términos cuya contribución sea tan pequeña que puede despreciarse. Figura 3. Balance de masa Donde: F1: Flujo másico de aire de entrada F2: Flujo másico del vapor de la muestra F3: Flujo másico de la mezcla gas-vapor Se realiza un balance de materia en el equipo suponiendo estado estable 𝑄1 𝜌1 + 𝐹2 − 𝑄3 𝜌3 = 0 𝐹1 + 𝐹2 − 𝐹3 = 0 Donde: 𝐹: Flujo másico. [=] g/s 23 24 𝑄: Caudal. [=] 𝑚3 /s 𝜌: Densidad de la mezcla de gas-vapor. [=] g/𝑚3 25 𝑄1 = 𝐴 ∗ 𝑉1 𝑄3 = 𝐴 ∗ 𝑉3 26 Para calcular 𝜌3 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: 1 𝑌′ 𝑅𝑇 𝑉′𝐻 = [ + ] 28,97 18,015 𝑃 27 Con el V’H y la saturación puedo obtener la densidad que permite el cálculo de los flujos 𝜌𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 𝑌′ 𝑉′𝐻 28 Cálculo de calor suministrado 𝑄𝑆𝑇 = 𝑄𝑆𝑅 + 𝑄𝑆𝑃 𝑄𝑆𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 ∗ Δ𝑡 𝑄𝑆𝑅 = 𝑚 ∗ 𝜆 29 30 31 Dónde: QST: Calor suministrado total. QSR: Calor de precalentamiento. QSc: Calor suministrado por la caldera V: Voltaje [=] Voltios I: Intensidad de corriente. [=] Amperios Δt: tiempo. [=] min Cálculo de calor aprovechado Q 𝐴 = (m ∗ C𝑃 ∗ (T1 − T2 )) 𝑐𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎 + (m ∗ C𝑃 ∗ (T2 − T3 )) 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 32 Donde: QA: Calor aprovechado. m: Flujo másico de aire. T1: Temperatura de entrada de aire precalentado. T2: Temperatura de salida de aire precalentado. T3: Temperatura de bulbo seco después del intercambiador de calor y a la entrada a secar. T4: Temperatura de bulbo húmedo a la entrada a secar. Cp: capacidad calorífica del aire Pérdidas de energía E𝑝 = Q 𝑆𝑇 − Q 𝐴 Dónde: Ep: Energía perdida QST: Calor suministrado total. QA: Calor aprovechado. 33 5. EQUIPOS Y MATERIALES 6. SECADOR Y MATERIALES El equipo dispone una serie de termómetros que permiten conocer las condiciones del aire en diferentes puntos del equipo: -Termocupla para medir la temperatura de aire de entrada. - Termocupla para medir la temperatura del aire precalentado. 6.1. Partes con sus respectivos números y nombres en el equipo 7. NORMAS DE SEGURIDAD PARA LA PRÁCTICA El equipo trabaja con vapor de la caldera por tal razón hay partes calientes especialmente las tuberías pintadas en rojo por esta razón la persona que esté tomando muestras en el condensado de vapor de la caldera debe usar guantes para altas temperaturas. El equipo trabaja con energía eléctrica por tal razón debe estar supervisado el arranque y apagado por los técnicos de laboratorio y/o el profesor, cualquier mal funcionamiento del mismo debe ser reportado a los mismos. 8. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1. Pesar la bandeja tipo malla vacía 2. Colocar el material (papa) a secar en la bandeja haciendo un cuadro de 20cmX20cm, el material a secar de corta en cuadraditos puede ser de 2cm x2cm más o menos por 2milimetros de espesor y se arma un cuadro grande de 20x20cm2 3. Se pesa la bandeja con el material a secar 4. Se pesa el vidrio reloj vacío 5. Se toma un pedacito de material y se pesa con el vidrio reloj 6. El vidrio reloj con el pedacito de material se lleva a la estufa para secar completamente a 120 grados centígrados por cuatro horas. 7. Se coloca la bandeja tipo malla con el material a secar dentro del porta bandejas del secador, se le coloca la tapa a la cabina de secado y se asegura con las tuercas tipo mariposa. 8. La balanza se ajusta a cero con los contrapesos, pepitas de plomo, esto se hace asistidos por los técnicos y/o el profesor 9. Se procede a dar arranque al equipo 10. Se abre el paso de energía en el taco principal que da energía al tablero de controles. 11. Se enciende la turbina que suministra aire al secador 12. Se enciende las resistencias eléctricas para precalentamiento en el tablero de control. 13. Se abre la válvula de suministro de vapor al secador 14. Se deja salir el condensado que hay dentro de la tubería hasta que no sale condensado, aproximadamente de 10 a 20 segundos 15. Se coloca un nuevo balde para recoger condesados 16. Inmediatamente se arranca el cronometro que llevará el tiempo de la operación 17. Cada 5 minutos se cambian los baldes y se mide su volumen de condensado de vapor de la caldera y se toman los datos de los registradores de temperatura en el tablero de control, llevando estos datos a las tablas de datos. 18. La práctica acaba cuando en la balanza no cambia su posición en cuatro datos seguidos. 19. Se da aviso al técnico para proceder a apagar el equipo. 20. El apaga las resistencias, cierra la válvula de suministro de vapor, apaga la turbina 21. Se abre la cabina con guantes se saca la bandeja y se procede a pesar la bandeja con el material seco. 22. Después de cuatro horas se saca la muestra que está en la estufa y se pesa. Nota: Se recomienda al estudiante llevar impresa las tablas de registros de datos para el desarrollo de la práctica (ver anexo 2 y 3). 9. DISEÑO DE PRÁCTICAS Para todas las prácticas se debe traer una libra de material a secar. Práctica 1 Secar papa y se trabaja a cuatro libras de presión de vapor Práctica 2 Secar plátano verde y se trabaja a cinco libras de presión de vapor Práctica 3 Secar yuca y se trabaja a cuatro libras de presión de vapor Práctica 4 Secar apio y se trabaja a cinco libras de presión de vapor Práctica 5 Secar ahuyama o manzana verde y se trabaja a cuatro libras de presión de vapor de la caldera 10. CÁLCULOS 1. Determinar el porcentaje de humedad del material a secar e identificar las variables que influyen para la operación de secado. 2. Determinar la masa húmeda y la humedad en base seca de la muestra, correspondiente a cada intervalo de tiempo. 3.Realizar la gráfica de masa húmeda en función del tiempo, y a partir de esta determinar la regresión lineal y la región curva. 4. Realizar las gráficas del proceso de secado (humedad versus tiempo y humedad en base seca versus tiempo), y en cada una de estas hallar las ecuaciones que representan cada región. Determinar la variación de la humedad en base seca y la masa de sólido húmedo con el tiempo de secado. 5. Determinar los valores de la velocidad de secado (dx/dt) como función de la humedad en base seca, derivando las correlaciones de la regresión lineal de la curva respectiva y graficar velocidad de secado versus X. 6. Calcular los valores del flux y realizar su respectiva gráfica como función de la humedad en base seca. 7. Calcular la eficiencia Térmica del proceso (calor aprovechado, calor suministrado). 8. A partir del análisis de la velocidad de secado, especificar el periodo de rapidez constante y los periodos de rapidez decreciente. 9. Calcular la eficiencia de la operación. 11. REGISTRO DE DATOS Para hallar la cantidad de peso (gramos) perdido, se utiliza la tabla3 de calibración y a partir de esta se obtiene la ecuación: correspondiente Donde: Y= peso de la muestra (plátano) en gramos X= posición de la balanza 12. ANEXOS ANEXO 1. Gráfica 2. Carta Psicrométrica ANEXO 2. Tiempo [min] T entrada Aire (Te1)[°C] T aire parcial [°C] T bulbo Seco entrada (Ts1) [°C] T bulbo Húmedo entrada. (Th1) [°C] PROMEDIOS Tabla 1. Registro de tiempo y temperatura T bulbo seco salida. (Ts2) [°C] T bulbo Húmedo. Salida (Th2) [°C] Posición de la balanza Vapor condensado T [°C] Volumen [ml] Presión de vapor [bar] ANEXO 3. DATOS DEL SECADOR DE BANDEJAS (g) Masa de la bandeja Masa de la bandeja + muestra húmeda Masa de la bandeja + muestra seca Muestra húmeda Muestra seca Agua retirada DATOS DE LA ESTUFA (g) Vidrio vacío Vidrio + muestra húmeda Vidrio + muestra seca Muestra húmeda OTROS DATOS Velocidad del aire entrada [m/s] Velocidad del aire salida [m/s] Área del ducto [m2] 2. Datos del secador de bandejas 13. BIBLIOGRAFÍA PERRY, Robert H. y GREEN, Don W. Manual del Ingeniero Químico. 7a ed. España. McGraw-Hill, 2001. Volumen II McCABE, Warren L, SMITH, Julian C. y HARRIOT, Peter. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química 6a ed. España: McGraw-Hill, 2001. p. 835-853 TREYBAL, Robert E. Operaciones de Transferencia de Masa 2a ed McGraw-Hill, 1988. p. 723-753.
