UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA.
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS (502)
Grupo #1. ESTUDIANTE: NELSON YANEZ MORAN
DOCENTE: ING. LUIS BONILLA
Fecha: 14/07/2014. 1
INDICE.
Resumen.
Pág.
Objetivo ……………………………………………………….3 F undamento Teór ico …………………………………………3 …………………………………………………….3 Desarrollo Procedimiento ………………………………………………...4 M ateriales Utili zados …………………………………………5
H ojas de Datos Experimentales …………………………………....6
……………………………………………………………..9 Cálculos …………………………………………………………12 Resultados ……………………………………………………………14 Gráficos
Conclusion es y recomendaciones ………………………………...16 Nomenclatura ………………………………………………….….17 …………………………………………………….….18 L inkogr afía
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OBJETIVO: Determinar el efecto, funcionamiento y eficiencia de un secador de túnel tomando como factor principal la entrada del vapor del caldero para que se produzca la operación hacia una sustancia o alimento relativamente húmedo disminuyendo parcialmente la cantidad de agua que esta contiene.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS El secado se refiere a la eliminación de agua de los materiales de proceso y de otras sustancias. El término secado se usa también con referencia a la eliminación de otros líquidos orgánicos, como benceno o disolventes orgánicos, de los materiales sólidos. En general, el secado significa la remoción de cantidades de agua relativamente pequeñas de cierto material. La evaporación se refiere a la eliminación de cantidades de agua bastante grandes; además, ahí el agua se elimina en forma de vapor a su punto de ebullición. En el secado, el agua casi siempre se elimina en forma de vapor con aire
DESARROLLO. El secado es una operación unitaria mediante la cual se elimina humedad de una sustancia. La fase previa a todo secado es la eliminación mecánica de agua mediante filtros-prensa o centrífugas, reduciéndose después por vía térmica la humedad que quede. Esta última fase es propiamente la operación de secado. En ella se somete el producto húmedo a la acción de una corriente de aire caliente y seco, evaporándose el líquido con el consiguiente aumento de la humedad del aire. El punto final o límite de la desecación estará en la eliminación del líquido (normalmente agua) del material, hasta que la hume-dad de dicho material esté en equilibrio con el aire que le rodea; es decir, hasta que la presión de vapor de la humedad del sólido iguale a la presión parcial de la corriente gaseosa. Al secar un sólido en el seno de una masa de aire tiene lugar simultáneamente transferencia de materia y transmisión de calor. El agua contenida en el sólido se desplaza hacia la inter-fase y posteriormente al seno del gas. El gradiente de temperatura entre el aire y el sólido provoca la transmisión de calor. Los fenómenos que suceden son: 1. Transferencia de materia a través del sólido. Se produce por capilaridad (altos niveles de humedad) y difusión (bajos niveles de humedad). 2. Transferencia de vapor de agua desde la interface sólido-gas al seno del gas. Se produce por transporte turbulento. 3. Transferencia de calor desde el seno del gas a la interfase. Se produce por conducción, convección o radiación. 4. Transferencia de calor desde la interfase al seno del sólido. Sólo puede tener lugar por conducción. Casi todos los aparatos utilizados para llevar a cabo esta operación están basados en poner en contacto el sólido húmedo pulverizado con una corriente de aire 3
caliente no saturado: se produce simultáneamente la transferencia de calor sensible y de agua debido a las dos fuerzas impulsoras (de calor y materia) que aparecen. Este es el proceso por contacto directo. Existen también aparatos en los que el secado se produce sin contacto de la fuente de calor con el sólido. Este es el proceso por contacto indirecto (análogo a una evaporación).Los secadores comerciales más comunes son: Secaderos de bandejas en los que el sólido se deposita en capas de poca profundidad y el aire caliente circula por la superficie o a través del sólido. Secaderos rotativos en los que el sólido desciende a lo largo de un cilindro rotatorio inclinado, secándose por acción del aire caliente que circula en contracorriente. Secaderos de evaporación súbita o atomizadores. En este tipo de secadero la suspensión de sólido, en forma de gotas, se pone en contacto brusco con aire caliente a elevada temperatura, en un dispositivo de ciclón. El agua del sólido se vaporiza bruscamente obteniéndose un sólido de elevada porosidad. Secadores de Túnel: el material colocado en carretillas se desplaza a través de un túnel en contacto con gases calientes
PROCEDIMIENTO
Pesar la bandeja que va dentro del secador. Pesar la muestra húmeda (manzanas que han sido cortadas en rodajas) y medir el espesor de la muestra en este caso tomar la medida del espesor a cada rodaja y sacar un valor promedio. Encendemos el equipo de secado. Taramos la balanza del equipo controlando la cantidad de agua que se pierde. Abrimos la válvula de vapor controlando la presión con la que esta ingresa.
4
Leer la TBh y TBs a la entrada y salida de la cámara de secado cada 5 minutos para verificar la cantidad de agua que se pierde a la temperatura correspondiente. Una vez que el peso sea constante de la bandeja verificar que el agua de la sustancia se ha disminuido y está concluida la operación de secado. Pesamos la muestra final para comprobar finalmente la eficiencia de secado.
MATERIALES UTILIZADOS
Termómetro para TBH y TBS Balanza Cronometro Tacómetro Vaso de precipitación Secador de Túnel Agua Vapor de agua
Manzanas
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HOJAS DE DATOS EXPERIMENTALES. TIEMPO
PERDIDA DE HUMEDA
TEMPERATURA DE ENTRADA °C
MINUTOS 0
Libras de H2O 0
Ts1 39
TW 44
TEMPERATURA DE SALIDA °C Ts2 TW 32 37
5
0,01
50
44
41
40
10
0,03
56
46
41
40
15
0,05
60
50
50
40
20
0,06
60
50
52
40
25
0,09
61
50
53
40
30
0,11
62
48
54
40
35
0,13
62
46
55
40
40
0,15
64
48
52
42
45
0,16
64
48
56
42
50
0,18
64
48
57
40
55
0,2
64
48
57
40
60
0,22
64
48
58
40
65
0,24
64
48
59
40
70
0,26
64
50
60
42
75
0,27
64
48
58
42
80
0,29
65
50
58
42
85
0,3
65
50
59
42
90
0,32
65
48
59
42
95
0,33
65
48
59
42
100
0,34
65
48
59
42
105
0,36
65
52
59
42
110
0,38
65
50
59
42
115
0,39
65
50
59
42
120
0,4
65
48
59
40
125
0,41
65
46
60
40
130
0,43
65
50
60
42
135
0,44
65
50
60
42
140
0,46
65
50
60
42
145
0,48
65
44
60
40
150
0,48
65
42
60
42
155
0,5
65
50
60
42
TEMPERATURA DE AMBIENTE °C TS 74
TW 23
74
23
75
21
75
21,5
76
21
76
21,5
77
21,5
76
21,5
76
21,5
77
23
77
23
76
23,5
77
23,5
78
23
77
23
6
Muestra:
MANZANA
DATOS DE LA MUESTRA
365,9
Peso de bandeja:
gramos
0,807
430,6 gramos 796,5 gramos
Peso de muestra húmeda: Peso de bandeja con muestra húmeda:
libras
0,949 libras 1,756 libras
DATOS DE LA BANDEJA
longitud
39
altura
Tiempo (min) 0
1,27959
13,8 cm 4 cm
ancho
DATOS AIRE
cm
motor (rpm)
-
ft
0,452778 ft 0,13124 ft
T ambiente Tsa
Velocidad del Aire m/h
Twa (°C)
°F
°C
-
-
Diámetro del ducto de salida del Aire: Temperatura bulbo seco del Aire: Temperatura bulbo húmedo del Ambiente:
DEL
-
15,09
cm
26 ºC 25 ºC
7
DATOS VAPOR
DATOS
10 1182,3 74 29,4 20 20 1688,6 75 30,0 21 30Presión de 1617,4 30,012 PSI 21,5 26,7 trabajo: 75 40 761,6 75 30,0 21,5 55,8 gramos 21,50,123 Masa del 76 50 765,23 30,6 condensado: 60 763,8 76 30,6 21,5 70 765,07 77 31,1 21,5 80 766,38 76 30,6 21,5 90 812,74 76 30,6 21,5 100 767,43 Peso 77de Muestra 31,1 en Estufa 23 Sin peso de capsula 23 110 824,54 77 31,1 120 763,93 76 30,6 23,5 130 761,53 77 31,1 23,5 tiempo (min) peso (gr) 140 763,33 78 31,7 23 150 785,71 77 31,1 23 0 81,2 inicial 919,31 30,6 22,03
ESTUFA
final
30 45 60 75 90
44,6 42,4 PSIA 43,6 43,8 Libras 44 41,8 41,8 41,5 4,6 45,1 41,2 37,3 40,8 38,8 42,7
DEL
DE LA
39,60
64,2 62,2 58,8 56,5 54,6
8
CÁLCULOS
Tiempo medio
Humedad total
Contenido de Humedad
Contenido medio de Humedad
9
Velocidad de Secado
() % de Humedad inicial Base Húmeda
% de Humedad final Base Húmeda
% de Humedad inicial Base Seca
10
% de Humedad final Base Seca
Flujo volumétrico de aire
() Tiempos de secado
() () ∫ Fórmula de Área ba o la
11
Calor cedido por el vapor STEAM
AIRE FRÍO
AIRE CALIENTE
INTERCAMBIADOR DE CALOR
CONDENSADO
a P= 26,7 psia
RESULTADOS
Resultados Pesos peso de muestra húmeda inicial sin capsula peso de muestra seca final sin capsula
81,2
gr
0,179 lb
54,6
gr
0,120 lb
peso de agua eliminada sin capsula
26,6
gr
0,059 lb
peso de muestra húmeda inicial en bandeja peso de agua inicial según datos capsula
430,6
gr
0,948 lb
141,06 gr
0,31 lb 12
peso de muestra seca inicial en bandeja
291,92 gr
0,64 lb
RESULTADO DE CÁLCULOS Tiempo medio
Perdida Humedad
Humedad total
Contenido de humedad
Contenido medio de humedad
velocidad de secado "W"
min
lb de agua
lb de agua
lb agua/ lb M.S
lb agua/ lb M.S
lb agua/ h ft2
2,5 7,5 12,5 17,5 22,5 27,5 32,5 37,5 42,5 47,5 52,5 57,5 62,5 67,5 72,5 77,5 82,5 87,5 92,5 97,5 102,5 107,5 112,5 117,5
0 0,01 0,03 0,05 0,06 0,09 0,111 0,113 0,115 0,116 0,118 0,12 0,122 0,123 0,126 0,127 0,129 0,13 0,132 0,133 0,134 0,136 0,138 0,139 0,14
0,310 0,300 0,280 0,260 0,250 0,220 0,199 0,197 0,195 0,194 0,192 0,190 0,188 0,187 0,184 0,183 0,181 0,180 0,178 0,177 0,176 0,174 0,172 0,171 0,170
0,487 0,471 0,440 0,409 0,393 0,346 0,313 0,310 0,307 0,305 0,302 0,299 0,296 0,294 0,289 0,288 0,285 0,283 0,280 0,278 0,277 0,274 0,271 0,269 0,267
0,479 0,456 0,424 0,401 0,369 0,329 0,311 0,308 0,306 0,304 0,300 0,297 0,295 0,292 0,289 0,286 0,284 0,282 0,279 0,278 0,275 0,272 0,270 0,268
0,207 0,414 0,414 0,207 0,621 0,435 0,041 0,041 0,021 0,041 0,041 0,041 0,021 0,062 0,021 0,041 0,021 0,041 0,021 0,021 0,041 0,041 0,021 0,021
1/W
4,83 2,41 2,41 4,83 1,61 2,30 24,14 24,14 48,28 24,14 24,14 24,14 48,28 16,09 48,28 24,14 48,28 24,14 48,28 48,28 24,14 24,14 48,28 48,28
13
122,5 127,5 132,5 137,5 142,5 147,5
0,141 0,143 0,144 0,146 0,148 0,148
0,169 0,167 0,166 0,164 0,162 0,162
0,266 0,263 0,261 0,258 0,255 0,255
0,267 0,264 0,262 0,260 0,256 0,255
0,021 0,041 0,021 0,041 0,041 0,000
48,28 24,14 48,28 24,14 24,14
RESULTADOS DE GRÁFICOS Datos tomados de la gráfica #2 Xe Xc Xi
= = =
0,263 0,349 0,479
Datos tomados de la gráfica #3 rea cuadrado pequeño Área cuadrado grande rea triángulo Área Total
= = = =
0,381412 0,067592 3,04171 3,490714
Ft 2 Ft2 Ft2 Ft2
GRÁFICOS Gráfico # 1. Contenido de Humedad vs Tiempo
14
CH vs Tiempo (min) 0.550 0.500
0.450 0.400 0.350
0.300
0.250 0.200 0
20
40
60
80
100
120
140
160
Grafico #2. Velocidad de secado vs Contenido de Humedad media
15
W vs CHm 0.700 0.600 0.500 0.400 W
0.300 0.200 0.100 0.000 0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
0.450
0.500
CHM
Grafico #3. 1/Velocidad de secado vs Contenido de Humedad media.
16
51.000 48.000 45.000 42.000 39.000 36.000 33.000 30.000 27.000
W / 1 24.000
21.000 18.000 15.000 12.000 9.000 6.000 3.000 0.000 0.2000
0.2500
0.3000
0.3500
0.4000
0.4500
0.5000
CHM
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. De acuerdo con nuestro objetivo planteado como sabemos que un secador es un equipo que se refiere a la eliminación de humedad de una sustancia o reducir el líquido residual hasta un valor aceptable bajo. Aun de cierta manera hemos logrado identificar la cantidad por cuantificación la diferencia de perdida de agua de nuestra muestra a secar en este caso la manzana retirándole una cierta cantidad de agua y obteniendo resultados satisfactorios. Cabe resaltar que no se completó la practica debido a las horas que este debía permanecer en el secador para obtener un resultado 100% optimo y de una conclusión más específica pero hasta el punto que hemos tenido logramos poder identificar las diferencias en peso debido a la eliminación de contenido del agua de la muestra. NOMENCLATURA.
Tsa= Temperatura de bul bo seco.
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TW= Temperatura bulbo húmedo.
Rpm= radianes por mi nuto.
W1= velocidad de secado.
% humedad ini cial base húmeda %H bs = % H umedad inicial base seca.
CH m= conteni do de humedad media.
° C = Grados Centígr ados. ° F = Grados F ahr enheit . Gr= Gr amos. V=volumen. L b= libra. T=tiempo. m= metr o. h= hor a.
LINKOGRAFIA.
http://www.buenastareas.com/ensayos/Secado/24746351.html 18
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332569/MODULO_332569_ EXE/operaciones_unitarias_y_clasificacin.html
http://es.scribd.com/doc/4044196/operaciones-unitarias
Http://www. Ensayos/operaci%c3%b3n-de-secado/1542110.html
http://publicaciones.ua.es/filespubli/pdf/LD84790876683600668.pdf
http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/operaciones-yprocesos/materiales/BLOQUE2-OyP.pdf Tesis del equi po de secado del área de operaciones unitar ias.
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