1. Defina la operación unitaria de secado
El secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades de agua de agua u u otro líquido otro líquido de de un material sólido sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor acept aceptabl ablem emen ente te bajo bajo.. El seca secado do es habit habitual ualme ment ntee la etap etapa a final final de una seri seriee de operaciones y con frecuencia, el producto que se extrae de un secador para empaquetado Existen varios tipos de operaciones de secado, que se diferencian entre sí por la metodología seguida en el procedimiento de secado; puede ser por eliminación de agua de una solución mediante el proceso de ebullición en ausencia de aire; aire; tambin puede ser por eliminación de agua mediante adsorción de un sólido, y por reducción del contenido de líquido en un sólido, hasta un valor determinado mediante evaporación en presencia de un gas. 2. En el seca secado do ¿hay ¿hay transf transferen erencia cia de de calor calor y masa masa simultan simultaneo eo y si es asi como ocurre?
!i ocurre la transferencia transferencia de calor como la de materia. !e transfiere transfiere calor calor para aumentar aumentar la temperatura temperatura del solido mojado mojado para evaporar el agua, y es asi que hay un cambio de masa "masa h#meda y masa masa seca$. PESO DE AGUA EN LA MUESTRA %LOD = X 100 X 100= ¿ PESO DE LA MUESTRA HUMEDA
%a transferencia de calor ocurre a travs del flujo de calor como resultado resultado de convección co nvección conducción y en ciertos casos como el resultado de la combinación de cualquier de esos efectos. %a transferencia de masa en el secado de un sólido mojado depender& d epender& de dos mecanismos el movimiento interno de la humedad en el sólido que es una función de la naturale'a na turale'a física interna del sólido y de su contenido de humedad y del movimiento de vapor de agua de la superficie del material como resultado resultado de condiciones externas de temperatura humedad de aire y fluido, &rea de exposición y presión flotante. 3. Mencione algunas razones para aplicar la operación de secado
%as ra'ones para reali'ar el secado de un material son tan amplias como la variedad de materiales que necesitan o pueden ser secados. (or ejemplo, algunos polvos necesitan perder humedad antes de ser prensados, asunto que es de importancia en la industria farmacutica. El secado tambin puede disminuir los costos de trasportación, pero debe hacerse un balance económico entre el costo de secar una parte de la humedad y el de
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transporte del resto. Es importante evitar hacerlo en exceso ya que implica el gasto de m&s energía y en ocasiones, la degradación del producto. )enemos el ejemplo de la madera; el secado de la madera se efect#a con el fin de protegerla contra el ataque de los hongos de pudrición, facilitar su trabajabilidad y el encolado, dar a la madera una humedad de estabili'ación que corresponda al ambiente en la que va a dar servicio y de incrementar sus características de resistencia resistencia mec&nica. 4.
Enuncie las formas de epresar el contenido de humedad de un solido
El contenido de humedad de un sólido se expresa com#nmente como el contenido de agua en *g por unidad de peso del solido seco o mojado.
Contenido de humedad, base seca: x
Contenido de humedad, base húmeda:
!.
"ue es la humedad humedad li#re $la humedad e%uili#rio y la humedad cr&tica 'umedad de e%uili#rio e%uili#rio ()*+ + uando un sólido h#medo se pone en contacto, con
aire aire de temper temperatu atura ra y humedad humedad determ determina inadas das y constan constantes tes,, se alcan' alcan'ara aran n las cond condic icio iones nes de equi equili libr brio io entr entree el aire aire y el sóli sólido do h#med h#medo. o. !e logr logran an las las condiciones de equilibrio cuando la presión parcial del agua que acompaña al sólido h#medo es igual a la presión de vapor del agua en el aire. aire.
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,ur-as de e%uili#rio e%uili#rio a 2!, para diferentes sustancias
'umedad li#re+ Es la diferencia diferencia entre entre la humedad humedad del sólido sólido y la humedad de
equilibrio con el aire en las condiciones dadas+ -/ 0 /1. Es la humedad que puede perder el sólido despus de un tiempo de contacto con el aire en las condiciones dadas y constantes.
'umedad cr&tica/ %a humedad crítica de un sólido es el punto que separa los dos
períodos de secado antecrítico y poscrítico.
0er&odo antecr&tico antecr&tico + Es el período de tiempo en el que la velocidad de
secado es constante, desde la humedad inicial hasta la humedad crítica.
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0er&odo poscr&tico/ poscr&tico/ Es el período de tiempo en el que la velocidad de secado
disminuye hasta llegar a un valor de cero. Este período empie'a con la humedad crítica hasta la humedad de equilibrio. . ,omo se o#tendr&a grficamente la humedad cr&tica y la humedad de e%uili#rio
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El valor de la humed ad critica depende de las condiciones del aire de secado y del espesor del material a secar "en la tabla 203 se dan las humedades críticas para el secado de algunos materiales en las condiciones usuales de secado$; para la mayor parte de las sustancias este valor ha de determinarse experimentalmente.
. 5ipos de cur-as %ue se o#tienen de un operación de secado
4n proceso de secado es usualmente descrito por diagramas construidos con las siguientes coordenadas.
ontenido de humedad del material contra tiempo de secado"curva de secado$
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5elocidad de secado contra contenido de humedad del material "curva de velocidad de secado$
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6eneralmente se pueden apreciar dos partes notorias de la curva de rgimen de secado+ un período de rgimen constante y uno de caída de rgimen, aunque teóricamente existen o se pueden apreciar tres tres etapas del proceso o períodos de secado. Etapa 789/ 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. En esta etapa el sólido se calienta desde la temperatura ambiente hasta que se alcance el equilibrio entre el enfriamiento por evaporación y la absorción de calor de los gases.. Este equilibrio se alcan'a a la temperatura de bulbo h#medo del gas. gases Etapa 98,/ 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 condiciones externas. externas. En este período el sólido tiene un comportamiento comportamiento no no higroscópico. %a velocidad de secado se mantiene constante si el gas tiene un estado estacionario y en general depende solo de las propiedades y velocidad del mismo. !i durante el proceso, el gas se enfría, la velocidad de secado decrece pero sigue en esta 'ona dependiendo de factores externos al sólido. 7urante este período la temperatura del sólido se mantiene igual a la de bulbo h#medo del gas, ya que se mantiene el equilibrio alcan'ado al final de la etapa de calentamiento. Etapa ,8E/ Es el segu segund ndo o perí períod odo o de seca secado do o perí períod odo o de velo veloci cida dad d de seca secado do decre decreci cien ente te;; donde donde se evapo evapora ra la hume humedad dad ligad ligada a del del mater materia iall y pred predom omin inan an las las condiciones internas o las características internas y externas simult&neamente. En estas condici condiciones ones el sólido sólido tiene tiene un comport comportami amient ento o higro higroscó scópic pico. o. 7urant 7urantee el períod período, o, la temperatura del material sobrepasa la de bulbo h#medo debido a que el descenso de la velocidad de secado rompe el equilibrio trmico que mantiene estable la temperatura y una parte considerable del calor se emplea en un u n calentamiento del sólido. 8hora la humedad deber deber& & ser ser extra extraíd ída a del del inte interi rior or del del mater materia iall con el consi consigui guient entee incr increm ement ento o de la resistencia resistencia a la evaporación. Este período de velocidad decreciente puede dividirse en dos partes, con diferentes comportamientos de la velocidad de secado, la cual decrece cada ve' mas al diminuir la humedad del sólido. Esto implica dos modelo modelo de de secado diferente en dicha 'ona. 4n par&metro par&metro muy importante importante a determinar en los materiales materiales a secar es la humedad a la cual se cambia del primero primero al segundo período, llamada humedad humedad crítica crítica.. Esta depende del tipo del material y de la relación de secado en el primer período.
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:. "ue periodos de secado se o#ser-an en una cur-a de secado
4:58 7E !E87+ E!)E )ipo de curva nos muestra el contenido de humedad a travs tiempo en el proceso de secado. En el periodo inicial de secado, el cambio de humedad en el material est& ilustrado en la curva 80<. 8l terminar este periodo de secado toma una forma lineal del tipo / f"t$ en este periodo la velocidad de secado es constante "recta <0 $.El se mantiene mantiene igual hasta que llega a un punto crítico"p crítico"punto unto $,donde $,donde la línea recta tiene que curvears curvearsee y formar una asíntota asíntota con el contenido contenido de humedad humedad / eq donde es el valor mínimo de humedad del proceso de secado esto quiere decir que el punto E jam&s es tocado. %a recta <0 es llamado el periodo de velocidad de secado constante, y al siguiente periodo de secado se conoce como el periodo de caída de velo cidad del secado. 1;. "ue operaciones operaciones utilizar&as utilizar&as para el tiempo de secado
7e esta forma el modelo que permite reali'ar el ajuste a las curvas y estimar el tiempo de secado es el siguiente+
Este mtodo ha sido probado en la pr&ctica para el estudio de la cintica de secado de sólidos porosos y capiloporosos. =ovoa "322>$ estima el coeficiente de transferencia transferencia de masa mediante la expresión+ *g ms?@?" xi 0 xeq$A8 donde+ @ coeficiente de velocidad de secado "min03$ *g coeficiente de transferencia de masa "@gAmB ? min$ ms peso del material seco" @g$ xi humedad del material en un instante de tiempo " @gA@g$ xeq humedad de equilibrio " @gA@g$ x3eq contenido de humedad del material durante el período inicial de secado o humedad
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Discontinuo
Indirecto (fuente térmica) Secaderos de calentamiento directo
Secaderos de bandejas Secaderos de lecho fluidizado Secaderos de túnel. Secaderos de cama ibratoria. Secaderos s!ra"s. Secaderos rotatorios.
Secaderos de calentamiento indirecto
Secaderos de bandejas al ac#o.
Secaderos de bandejas a !resi$n
atmosférica. Secaderos !or con%elaci$n.
Secaderos de tambor.
Secaderos con circulaci$n a traés del lecho.
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Clasificación Secaderos de calentamiento directo Secadero de flujo transversal &a corriente de aire caliente flu"e desde los costados del túnel. &os ha" 'ue !roeen calor desde un solo lateral, no son los ms conenientes, " los 'ue suministran calor desde ambos lados del túnel " a lo lar%o del recorrido. Secadero de lecho fluidizado &a sus!ensi$n, introducida !or medio de la tobera de !ulerizaci$n en la cmara de !roducto, da lu%ar a la formaci$n de las !art#culas fluidizadas hasta 'ue se uelen a caer en el lecho fluidificado debido a su !eso. Secadores otatorios Consiste en una coraza cil#ndrica sostenida sobre en%ranes, de manera 'ue !ueda %irar sobre su !ro!io eje. iene iene una tuber#a 'ue im!ulsa a los s$lidos alimentados !ara 'ue flu"an hasta la salida del secador al mismo tiem!o 'ue los remuee !ara lo%rar un mejor secado de los mismos.
Secaderos de calentamiento indirecto Secador de tambor rotatorio
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1". #Cómo opera el secador $ue se usara en la pr%ctica& Secado por microondas
&as microondas microondas son !arte del es!ectro electroma%nét electroma%nético ico " en consecuenc consecuencia, ia, se com!onen com!onen de cam!os ma%néticos " eléctricos. *n el calentamiento de alimentos !or microondas, los cam!os eléctricos interaccionan con las moléculas de a%ua e iones en el alimento, %enerando calor en forma olumétrica en el interior del mismo. &a estructura de la molécula est constituida !or un tomo de ox#%eno, car%ado ne%atiamente " dos tomos de hidr$%eno, car%ados !ositiamente. &a molécula de a%ua es un di!olo eléctrico 'ue, cuando se lo somete a un cam!o eléctrico oscilante de eleada frecuencia, los di!olos se reorientan con cada cambio de !olaridad. As# As# se !roduce la fricci$n dentro del alimento 'ue hace !osible 'ue el mismo se caliente. &a diferencia !rinci!al entre las microondas " la radiaci$n infrarroja es 'ue las microondas inducen una fricci$n entre las moléculas de a%ua, 'ue !rooca calor en cambio, la ener%#a infrarroja es sim!lemente absorbida " conertida en calor. *l calor %enerado !or las microondas no es uniforme. *n el interior de los alimentos, se !roducen %radientes de tem!eratura 'ue ocasionan la difusi$n del a%ua " !roocan -cambios en las !ro!iedades de éstos 'ue a su ez tienen efecto sobre la %eneraci$n de calor. 1' #Cómo funciona una bomba (ash o de vac!o&
&a bomba de ac#o, es una bomba de ti!o des!lazamiento centr#fu%o 'ue consiste en un rotor redondo con múlti!les as!as curadas hacia adelante, dis!uestas entre bridas 'ue %iran alrededor de un eje hueco 'ue !resenta cuatro orificios dis!uestos en los cuatro cuadrantes, dos de los cuales
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*ste *ste moimi moimient ento o del l#'uido l#'uido actúa actúa a modo modo de !ist$n !ist$n en los es!acios es!acios libre libress entre entre las as!as, as!as, !roocando la as!iraci$n del %as " descar%ndolo descar%ndolo en el cuarto de reoluci$n si%uiente a una !resi$n ma"or. odos los cierres de esta bomba son se%uros, eliminndose en ella, !rcticamente, todo rozamiento entre entre metale metales. s. *l a!arat a!arato o !uede !uede trabaj trabajar ar sin dificu dificulta ltad d con %ases húmedo húmedoss o 'ue arrast arrastren ren sal!icaduras de l#'uido. A la bomba se le a%re%a una !e'ue/a cantidad de l#'uido continuamente !ara com!ensar el calentamiento !roducido !or el calor de com!resi$n. *l residuo se descar%a de la bomba en el aire " es retirado !or un sim!le deflector se!arador. 1). Describa la forma como utilizara el e$uipo de secado en la pr%ctica.
0ondremos la muestra húmeda en !lacas 0etri !ara realizar el secado de esta en el microondas. Se utilizara 12 muestras enumeradas 'ue !rimeramente fueron !esadas lue%o se colocaran todas en el microondas " se irn sacando estas del microondas cada 1 se%undos !or orden. Al final se dejara la muestra 12 hasta 'ue se obten%an un dato constante de esta.
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Colorantes " !i%mentos: #ndi%o, cromato de !lomo, cromato de estroncio, rojo reactio 54 -6, azul brillante reactio 7849, Amarillo. Amarillo.
" #Cómo opera un secador rotatorio y cuales son sus partes de fundamentales& /uncionamiento
*l secador consiste de un tambor 'ue %ira sobre su eje central !or el 'ue circula el material a secar. 0or el interior del tambor se introduce una corriente de aire caliente 'ue ser simultneamente el medio de transmisi$n de calor " eh#culo !ara el trans!orte de humedad. 0or el interior del tambor !uede hacerse circular aire o %ases de combusti$n "a sea en !aralelo o a contracorriente con el flujo del material 'ue se 'uiere secar. *l s$lido se trans!orta de un extremo a otro del tambor mediante un !e'ue/o desniel del cilindro 'ue des!laza al !roducto !or deslizamiento sobre la su!erficie interior del tambor. &os secadores también estn !roistos de unas aletas interiores 'ue leantan el material " lo dejan caer !or %raedad al %irar el tambor. 0arte del material, los finos, son arrastrados !or la corriente de aire de la 'ue se eliminan mediante un se!arador cicl$nico 'ue se encuentra a la salida del aire. 0artes /undamentales
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*xisten al%unos ti!os, en los cuales el calentamiento se !roee !or medio de una camisa exterior al tambor, !or la cual se hace circular el a!or o al%ún otro medio de calentamiento. *stos últimos secadores faorecen el sobrecalentamiento 'ue !uede afectar al material a secar, si éste no es estable a tem!eraturas ma"ores 'ue la del secado. ) #-ue variables afectan el secado en estos secadores&
&as ariables 'ue afectan al secado en un secador de este ti!o son: tem!eratura humedad " elocidad del aire !ermanencia del material dentro del secador, 'ue de!ender de la ra!idez de %iro del cilindr cilindro o " de la incli inclinac naci$n i$n del mismo mismo número número de aletas aletas 'ue ten%a ten%a el tambor tambor " de las caracter#sticas !articulares del material a secar, tama/o, !orosidad, densidad, etc. #+ $u temperatura se efect2a el secado en un secador rotatorio&
*n los secadores rotatorios, la tem!eratura de secado es la tem!eratura de saturaci$n adiabtica del aire entrante. 3 #*n $u periodo se lleva acabo el secado en estos secadores&
*n los secadores rotatorios, el secado se llea a cabo en el !er#odo a elocidad constante.
(8:)E (8:)E 7E E!8: E!8:
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'l (uido es atomizado en millones de micro %otas individuales mediante un disco rotativo o boquilla de pulverizaci!n. ) través de este proceso el área de la super*cie de contacto del producto pulverizado se aumenta enormemente & cuando se encuentra dentro de la cámara con la corriente de aire caliente de secado produce la vaporizaci!n rápida del solvente del producto, %eneralmente a%ua, provocando fri%orias en el centro de cada micro %ota donde se encuentra el s!li s!lido, do, que seca suavemente suavemente sin %ran choqu choque e térm térmico, ico, transformándo transformándose se en polvo & terminando el proceso con la colecta del mismo.
. !e que variab variables les depende depende el compor comportam tamien iento to de un secador secador por atomización Dentro de las variables que in(u&en en el proceso se puede distin%uir entre aquellas propias de la suspensi!n: • • • • • • •
densidad de la suspensi!n contenido en s!lidos viscosidad tensi!n super*cial temperatura de la suspensi!n estado de des(oculaci!n distribuci!n de tama+os de partícula de las materias primas
las del equipo de secado:
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'l primer sistema de proceso 56de$78 está constituido por la fase líquida, que corresponde a la soluci!n a secar que entra a la torre 5corriente 28. Dicha
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encuentre saturada de humedad prolon%ándose el primer periodo de secado. 6i la velocidad de reordenaci!n de partículas hacia el centro de la %ota es mucho más lenta que el secado, se alcanzará una situaci!n en la que la super*cie no puede conservar la condici!n de saturaci!n & las partículas colapsan formando una costra. ) partir de ese instante el %ránulo de"a de contraer, se inicia el se%undo periodo de secado & la humedad presente en el %ránulo corresponde a la humedad crítica.
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((. $l secado a operar traba*a en ¿corriente paralela o a contracorriente? Contra Contraco corri rrient ente: e: el produ producto cto es atomiz atomizado ado únicam únicament ente e a través través de la boquilla del pulverizador & siempre en direcci!n opuesta al (u"o de aire del secad secado, o, que sale sale de aba"o aba"o para para arrib arriba a encont encontránd rándose ose con con el produ producto cto pulverizado.