1. Sean los siguientes datos de equilibrio correspondientes a un alimento seco: Actividad de agua
Humedad en el equilibrio (g H2O/g producto)
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
0,060 0,085 0,110 0,122 0,125 0,148 0,173 0,232
Representar la humedad de equilibrio frente a la humedad del sólido en base seca. 2. Se introduce un producto en el interior de un secadero de túnel con un contenido de agua del 56% en base húmeda. El caudal másico es 10 kg/h. Se suministran 1.500 kg aire seco/h a 50°C y 10% de humedad relativa. El aire sale a 25°C y en equilibrio con el producto con una humedad relativa del 50%. Determinar el contenido de agua del producto que sale del secadero y la actividad final de agua 3. Se usa un secadero de túnel en contracorriente para secar rodajas de manzana desde una humedad inicial del 70% hasta una humedad final del 5% (ambas en base húmeda). El aire caliente entra a 100°C con una humedad relativa del 1% y sale del secadero a 50 °C. Calcular la cantidad de aire necesario para secar 100 kg/h de producto si su temperatura a lo largo del secadero es 20°C y el calor específico del sólido es 2,2 kJ/(kg °C). Calcular también la humedad relativa del aire a la salida del secadero. 4. Se usa un secadero de armario para secar un nuevo producto. Este tiene una humedad inicial del 75% (base húmeda) y son necesarios 10 minutos para secarlo hasta la humedad crítica (30%, en base húmeda). Calcular la humedad final tras 15 minutos de s ecado. 5. Labuza et al. (1985) obtuvieron los datos que se muestran a continuación con harina de pescado a 25°C. Calcular el modelo GAB y los valores de k, wm y C para esos datos. aw 0,115 0,234 0,329 0,443 0,536 0,654 0,765
gr agua/l00gr sólido sólido 2,12 3,83 5,53 6,82 7,65 10,29 13,40
0,848
17,50
6. Se desea secar pistachos en un secadero continuo operando en contracorriente. Los frutos se secarán desde un 80% (base húmeda) hasta un 12% (base húmeda) a 25 °C. El aire entrará a 25°C (temperatura de bulbo seco) y 80% de humedad relativa a un c alentador, en el que se le suministrarán 84 kJ/kg aire seco, pasará al secadero y saldrá de éste con un 90% de humedad relativa. En estas condiciones: a) ¿Cuál es la humedad relativa del aire que sale de la sección de calentamiento? b) ¿Cuál es la temperatura (de bulbo seco) del aire que sale del secadero?
c) ¿Cuál es el caudal (m3/s) de aire necesario para secar 50 kg/h de pistachos? 7. Una muestra de 20 kg de un alimento tiene una humedad inicial del 450% en base seca. Se seca hasta un 25% en base húmeda. ¿Cuánta agua se ha retirado por kg de sólido seco? 8. El aire entra en un desecador de flujo contracorriente a 60°C de temperatura del bulbo seco y 25°C de la temperatura del punto de rocío. El aire sale del desecador a 40°C y 60% de humedad relativa. El contenido inicial de humedad del producto es de 72% (base húmeda). La cantidad total de aire que se mueve en el desecador es 200 kg de aire/seco/h. La velocidad de flujo de la masa del producto es de 1.000 kg de materia seca por hora. ¿Cuál es el contenido de humedad final del producto seco (base húmeda)? 9. El periodo de secado a velocidad constante para un nuevo producto debe llevarse a cabo en 5 min, consiguiéndose una reducción desde un contenido de agua inicial de 75% hasta un contenido de agua crítico de 40%. Se usa aire caliente a 95°C y con una humedad relativa del 10%. La superficie del producto expuesta al aire tiene una anchura de 10 cm y una longitud de 20 cm en la dirección del movimiento del aire. La difusividad del vapor de agua en el aire es 1.3 x 10 ~3 m 2/s. El espesor del producto es 5 cm y su densidad es 900 kg/m 3. a) Estimar el coeficiente de transferencia de masa que se requiere en la superficie del producto. b) Calcular la velocidad de aire que se necesita. 10. Se usa un secadero por spray con un diámetro de 5 m y una altura de 10 m para secar leche hasta un contenido de agua final de 5%. El aire que entra al secadero tiene una temperatura de 120°C, y se ha obtenido calentando aire del ambiente a 25 °C y con una humedad relativa del 75%. El aire fluye en contracorriente con las gotas y partícula del producto. La leche es atomizada en el aire a 45°C, con un diámetro máximo de gota de 120 mm. El contenido de agua crítico del producto es 30%, y el diámetro de partícula con este contenido es 25 mm. El contenido de agua en el equilibrio es 3,5% y la temperatura de salida de la leche a la salida del secadero es 55°C. La difusividad másica del vapor de agua en el interior de las partículas es 7.4 x 10 -7 m2/s y el calor específico de los sólidos es 2,0 kJ/ (kg K). El air e caliente sale del sistema con una temperatura 5 °C superior a la del producto. Determinar la producción del secadero, en kg de producto con un 5% de contenido de agua por unidad de tiempo. 11. Se usa un secadero por spray con un diámetro de 5 m y una altura de 10 m para secar leche desnatada hasta un contenido de agua final de 5%. El aire que entra al secadero tiene una temperatura de 120°C, y se ha obtenido calentando aire del ambiente a 25°C y con una humedad relativa del 75%. El aire fluye en contracorriente con las gotas y partículas del producto. La leche entra a 45°C y con un contenido de agua del 90,5% y sale a 55°C. El calor específico de los productos sólidos es 2,0 kJ/(kg K). El aire caliente sale del sistema con una temperatura 5°C superior a la temperatura del producto. a) Determinar la producción del sistema, en kg de producto con un 5% de contenido de agua por unidad de tiempo. b) La temperatura y la humedad relativa del aire que sale del secadero. c) La energía térmica necesaria para calentar el aire que entra al sistema. 12. Se utiliza un secadero tipo túnel para reducir el contenido de agua de un alimento desde un valor inicial de 85%. El producto se pasa a través del secadero mediante una cinta
transportadora de 1 m de anchura y 10 m de longitud. El caudal volumétrico de aire caliente es 240 m3/min a 100 °C, obtenido a partir de aire a 25 °C y con 40% de humedad relativa. El área transversal de paso para el aire es 4 m2, y el espesor del producto en la cinta es 1,5 cm. a) Estimar la temperatura y la humedad relativa del aire que sale del secadero si toda la eliminación del agua tiene lugar durante el periodo de velocidad constante. b) Determinar el contenido de agua del producto que sale del secadero.
13. En el secado de una partícula de leche desnatada, la zona de secado a velocidad decreciente comienza cuando el contenido de agua crítico es del 25%. El contenido de agua final es del 4%. El aire usado para el secado está a 120 °C y se ha obtenido a partir de aire a 20 °C y con 40% de humedad relativa. El tamaño de partícula con contenido de agua crítico es 20µm, y el calor específico del producto sólido es 2,0 kJ/ (kg °K). La difusividad del agua en el interior de la partícula es 3,7 10 ~12 m2/s, y la densidad de la partícula de producto es 1.150 kg/m3. a) Si el contenido de agua en el equilibrio para el producto es 3,5%, estimar el tiempo requerido para el secado con velocidad decreciente. b) Si se necesitan 5.000 m3/min de aire caliente para el secado del producto, determinar la energía térmica necesaria para calentar este aire a 120°C.
14. Se usa un secadero de túnel en corrientes paralelas para s ecar un nuevo producto, transportado en bandejas de 10x10x1 cm. La eliminación del agua ocurre sólo desde la superficie superior. El aire se encuentra a 100°C y se ha obtenido a partir de aire a 25 °C y 40% de humedad relativa. El caudal volumétrico de aire es 1.000 m3/min. El producto sale del sistema a una temperatura 5°C superior a la temperatura de bulbo húmedo, y el aire sale a una temperatura 10°C superior a la temperatura del producto. El contenido de agua inicial del producto es 85%, la densidad de este a la entrada del secadero es 800 kg/m 3, y su temperatura inicial es 20°C. El contenido de agua crítico es 30% y el contenido de agua en el equilibrio es del 3%. El volumen del producto no varía durante el proceso de secado. El coefi ciente de transmisión de calor convectivo en la superficie del producto es 500 W/ (m 2 °K) y la difusividad másica del vapor en el interior del producto es 1,7 x l0 -7m2/s. El calor específico del producto sólido es 2,0 kJ/(kg °K). Estimar lo siguiente: (a) La cantidad de producto final que sale del secadero con un contenido de agua del 4%. (b) La temperatura y la humedad relativa del aire que sale del secadero. (c) La energía térmica necesaria para calentar el aire que entra. (d) La longitud del túnel si las bandejas se desplazan a una velocidad de 1 m/min.
