Manual de Secado de Bandejas: Laboratorio de Procesos II - Prof. Mendoza, Resúmenes de Procesos Químicos

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MANUAL

SECADOR DE

BANDEJAS

Laboratorio de procesos II

Escuela de Ingeniería Química

Universidad Industrial de Santander

Por:

María Fernanda Alvarado Morales

Angéla Patricia Rodríguez Torres

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.

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS GENERAL Estudiar la operación unitaria de secado en un secador de bandejas semicontinuo. Evaluar las principales variables que controlan el proceso de secado en un secador de bandejas facilitando el uso adecuado del equipo. Conocer el funcionamiento del equipo necesario para llevar a cabo la operación de secado por lotes, su caracterización y modo de operación. Aplicar balances de masa y energía a la operación de secado y determinar la eficiencia del equipo. Elaborar curvas características que describan el proceso de secado a partir de datos obtenidos en diversas condiciones. Determinar el porcentaje de humedad total del material a secar. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

MARCO TEÓRICO

HUMEDAD Humedad absoluta Humedad Relativa 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. 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.

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 termogravimétrico, 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. En la figura [1], muestra una gráfica que ilustra el cambio que sufre un sólido de 100 unidades de masa y el contenido de humedad desde 0% a 100% en base seca Hbs y base humedad Hbh

HUMEDAD Humedad en equilibrio X* Humedad ligada Es el contenido de humedad de una sustancia que está en el equilibrio con unapresión parcial dada del vapor. 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.

CONTENIDO DE HUMEDAD EN BASE HÚMEDA Representa el contenido de masa de agua que contiene la muestra, respecto a la masatotal, 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. Donde: H(bh ): Contenido de humedad en base húmeda W= 𝑊𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 - 𝑊𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑 o [=] kg Humedad 𝑊𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 : Masa del sólido antes de entrar al secador [=] kg Humedad 𝑊 perdido: Agua perdida en la muestra [=] kg Humedad 𝑺𝒄 : Masa del sólido seco [=] kg Sólido seco

HUMEDAD LIBRE EN FUNCIÓN DEL TIEMPO La humedad libre es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la humedad en el equilibrio X-x solo puede evaporarse la humedad libre; el contenido de humedad libre de un sólido depende de la concentración del vapor en el gas. Estas relaciones se muestran en forma gráfica en la figura 2, para un sólido con un contenido de humedad X expuesto a un gas de humedad relativa A.*

Figura 2. Humedad libre en función del tiempo

FUENTE: Operaciones de Transporte de Masa

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: 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. [=] m^ Δx/Δt= Tangente de la curva de humedad en función del tiempo [=] h

Figura 2. grafica de humedad libre en función del tiempo. 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 3. Gráfico de velocidad de secado en función de la humedad libre. FUENTE: Operaciones de Transporte de Masa

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:

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 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