UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN Cuestionario previo Curvas de secado LEM V INGENIERÍA QUÍMICA PROFESOR: Francisca Alicia Rodríguez Pérez SANCHEZ BENITEZ CARLOS ALBERTO SEMESTRE: 2023-1 GRUPO: 1752 1. Clasificación de los secadores Los sistemas de secado térmico generalmente se denominan en dos categorías principales, directos e indirectos. Esta clasificación se basa en la forma en que la energía térmica se transfiere a los sólidos húmedos durante el proceso. En los secadores de calor directo, el aire o gas caliente fluye a través de un recipiente de proceso y entra en contacto directo con las partículas de sólidos húmedos. El contacto entre el aire caliente y los sólidos permite la transferencia de energía térmica, lo que provoca un aumento de la temperatura de los sólidos y la evaporación en simultaneó del agua. En esta clasificación se pueden encontrar los siguientes secadores. En los secadores de calor indirecto el calor se transfiere al sólido húmedo a través de una pared física. Los secadores indirectos se llaman también secadores por conducción o de contacto. • • • • • • • • Por mencionar algunos tipos de secadores se encuentran: Secadores de tambor rotativo de tipo directo Tipo directo, secadores flash Tipo directo, secadores de cinta Tipo indirecto, secadores de bandejas Secadores de tipo indirecto, de paleta, de disco o de barrena Secadores de lecho fluidizado de tipo indirecto Secadores de deshidratación Secadores eléctricos 2. Tipos de secadores Secador de tambor rotatorio Un secador rotatorio consta de un cilindro hueco que gira sobre su eje, con una ligera inclinación, para permitir el desliz de los sólidos a secar hacia la boca de salida. Se alimentan por la boca de entrada y por la boca de salida se alimenta el gas caliente, que habrá de secar a contracorriente el sólido que se desliza despacio hacia la salida, a medida que se va secando. El método de calentamiento es por contacto indirecto a través de la pared del cilindro que se calienta por el paso de los gases. Secadores de platos También llamados secadores de gabinete, de bandejas o de anaqueles. consta de un gabinete que contiene platos móviles sobre los cuales se coloca el sólido por secar. Una vez cargado, el gabinete se cierra y se introduce aire calentado con vapor a través y entre los platos, para evaporar la humedad (secado por circulación cruzada). Se puede utilizar un gas inerte, aun calor sobrecalentado y tiene la ventaja de una alta capacidad calorífica) en lugar de aire si el líquido que se va a evaporar es combustible o si el oxígeno puede estropear el sólido. Secadores indirectos al vacío con anaqueles Este tipo de secador es un secador que funciona de manera similar al secador de bandejas. Este secador está formado por un gabinete de hierro con puertas herméticas, de modo que se trabaje al vacío. Los anaqueles están vacíos dónde se colocan las bandejas con los materiales húmedos. La conducción de calor en este tipo de secadores es por radiación desde las paredes metálicas del secador. La humedad extraída del material es recogida por un condensador dispuesto en el interior. Secadores continuos de túnel Este tipo de secador está formado por un túnel, por el cual pasan bandejas o carretillas con el material a secar. Dentro del túnel se hace fluir, generalmente a contracorriente el aire caliente o el gas inerte que se utilizará para secar. Este tipo de secador es típico de la industria alimenticia. A diferencia de los secadores de bandejas, en este caso, el área superficial, no es tan importante, debido a que la velocidad del aire y el tiempo de estadía dentro del secador pueden variar en un rango muy amplio, por ende, estos secadores son muy utilizados para materiales grandes. Secador pulverizado En un secador de pulverización se dispersa una solución o suspensión en una corriente de gas caliente formando una niebla de gotas muy finas. La humedad se evapora muy rápido de las gotitas para formar partículas residuales de sólido seco, que después se separan de la corriente gaseosa. Las gotitas se forman en una cámara cilíndrica de secado por la acción de boquillas de presión, boquillas dedos fluidos o, en secadores de gran tamaño, por medio de discos de pulverización que giran a gran velocidad. 3. Explique en que difiere el secado de otras operaciones unitarias en donde también se elimina una cierta cantidad de agua. En el proceso de secado a diferencia de otras operaciones en donde se elimina una cierta cantidad de agua, puede referirse al proceso de eliminar una pequeña cantidad de humedad, en donde generalmente se refiere a una pequeña cantidad de agua en solidos insolubles mediante la transferencia de energía térmica a través de un gas inerte usualmente aire caliente a través de procesos en simultaneo de transferencia de calor y masa. 4. Tipos de humedad de un sólido: libre, ligada y de equilibrio Humedad de equilibrio: Cuando un sólido húmedo se pone en contacto con aire o gas a una cierta temperatura y humedad determinadas y constantes, y se logran las condiciones de equilibrio cuando la presión parcial del agua del sólido húmedo es igual a la presión de vapor del agua en el aíre. Humedad libre: Es la diferencia entre la humedad del sólido y la humedad de equilibrio con el aíre en las condiciones dadas. Es la humedad del sólido después de un tiempo de contacto con el aíre bajo ciertas condiciones dadas y constantes. Es ésta la humedad que se puede evaporar y depende de la presión de vapor en la corriente gaseosa. 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 5. Con la ayuda de una curva típica de velocidad de secado contra humedad libre, explique los diferentes periodos de secado. El periodo de secado representado por el segmento AB, es el lapso de estado inestable durante el cual la temperatura del sólido alcanza su valor de estado estable. Durante el periodo de velocidad constante (segmento BC), la superficie total expuesta está saturada de agua. La temperatura de la superficie alcanza la temperatura de bulbo húmedo. En el punto C, el contenido de humedad del sólido es escasamente adecuado para la totalidad de la superficie. Durante el periodo de secado entre los puntos C y D, conocido como "primer periodo de velocidad descendente", la superficie comienza a agotarse de líquido debido a que la velocidad de movimiento del líquido hacia la superficie es menor que la velocidad de transferencia de masa desde la superficie, hasta que en el punto D no existe un área significativa de superficie saturada de líquido. A medida que el contenido de humedad continúa disminuyendo, la trayectoria para la difusión de calor y masa crece más y por último el potencial de concentración disminuye hasta que en XE’, el contenido de humedad de equilibrio no existe secado adicional. Se alcanza el contenido de humedad de equilibrio cuando la presión de vapor sobre el sólido es igual a la presión parcial del vapor en el gas de entrada de secado. Este periodo de D a X’E se conoce como "segundo periodo de velocidad descendente". 6. Explique por qué se puede considerar constante la temperatura de la superficie del sólido durante el secado de humedad superficial. Cuando eventualmente durante el proceso de secado, se alcanza la temperatura en donde se equilibra el flujo de calor hacia la superficie del sólido húmedo, que está en función de la conductividad térmica del sólido, conocida como la capacidad de transferencia de calor del sólido seco. En este punto se alcanza una velocidad de secado constante en donde la humedad asciende desde el interior del sólido hasta su superficie. Es en este punto cuando el aire caliente evapora la humedad del sólido, y se forma una capa continua en la superficie, esto se da en el periodo de velocidad constante de secado 7. Proponga paso a paso el procedimiento experimental para obtener las curvas de secado. Paso 1. Encender el ventilador del secador, purgar la línea de condensado y alimentar el vapor de calentamiento sin rebasar una presión de 1 Kg/cm2. Paso 2. Pesar cada una las charolas y medir su largo y nacho de cada una. Después pasar las muestras de sólido que se colocaran en cada charola. Paso 3. Una vez que se llegue a la temperatura deseada en el secador y que esta sea estable, introducir las muestras en sus respectivas charolas y esperar lapsos de tiempo determinados. Paso 4. Al pasar cada lapso sacar las charolas del secador y pesar nuevamente las muestras para registrar la pérdida de humedad en dicho lapso y al mismo tiempo medir con un anemómetro la velocidad del aire de recirculación, así como las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco. Paso 5. Al finalizar la practica cerrar la alimentación de vapor de calentamiento, purgar la línea de condensado, y esperara algunos minutos para apagar el ventilador. 8. Revise el interior y exterior del secador de charolas tipo túnel, instalado en la nave 1000 y elabore el diagrama de flujo del equipo indicando las conexiones del servicio que utilizará. 9. Mencione que variables debe medir durante la experimentación para resolver el problema experimental. • Masa inicial y masa final de las muestras solidas • Masa de las charolas • Largo y ancho de las charolas • Tiempo de secado • Temperatura de bulbo húmedo y temperatura de bulbo seco • Velocidad de aire recirculante • Área de superficie del secador 10. Escriba algunas correlaciones empíricas, aplicables al sistema de secado, para estimar los coeficientes de transferencia de calor y masa (h y kY en la figura 1) y describa cada uno de los términos. Coeficiente de transferencia de calor ℎ𝑐 = 5.90 𝐺 0.71 [=] 𝑊 ⁄ℎ 𝑚2 𝐾 𝑑𝑒0.29 Donde: G=masa velocidad del gas=V∙ρ= Kg/m2∙s V=Velocidad de gas =m/s ρ=densidad de gas=Y+1VH= Kg/m3 Y=humedad absoluta= Kg agua/Kg aire seco VH=volumen húmedo=0.00283+0.00456 YT+273= m3/Kg aire seco Coeficiente de transferencia de masa 𝐾𝛾 = (𝑌𝑠 − 𝑌) 𝑁𝐶 Donde Y es la humedad del gas Ys es la humedad de saturación del gas Na flux constante de secado Ky es el coeficiente de transferencia de masa Referencias Treybal, R., (1980), Mass transfer operations, 3rd Edition, New York, U.S.A., McGraw Hill. Christie J. Geankoplis. (1998). PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS. México: CONTINENTAL
