Trabajo realizado para Procesos de Separación III, Ingeniería Química, Universidad de GuanajuatoDescripción completa
Descripción: problemas secado
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ejercicios Secado
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Descripción: Contiene información sobre el secado de durazno en un secador de charolas, levantamiento de curva de secado.
Maquinaria y equipos
Descripción: Practica de Secado de Tunel Discontinuo
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Descripción: se busca encontrar las curvas de secado y el coeficiente de transferencia de masa y calor
Practicas de secadoDescripción completa
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PERIODO DE SECADO
La velocidad de secado se define como: (
)
X = humedad del sólido en base seca kg H2O/kg de solido seco. = tiempo NA = velocidad de secado kg H2O/hm2 S = peso del solido seco kg A = área de la superficie expuesta a la transferencia de masa
Para utilizarse en el diseño el secado requiere de datos experimentales; éstos muestran la variación de la velocidad de secado con el tiempo y los experimentos se realizan en pequeños aparatos.
Imagen 4.
Con los datos anteriores se construyen las curvas características
Imagen 4. Del análisis de las curvas se desprende que hay dos periodos de secado: A = Periodo de secado a velocidad constante B = Periodo de secado decreciente Durante el periodo de secado constante el sólido esta bañado por una capa de agua. Si la T y la Y del aire permanecen constante se tiene: (
)
(
)
En donde: Ti = es la temperatura de la interfase. En este caso la temperatura de la interfase es cercana a la temperatura a la temperatura de bulbo húmedo, por lo que la ecuación anterior es de la línea de bulbo húmedo ky = coeficiente de transferencia de masa hc = coeficiente de transferencia de calor El periodo de secado decreciente comienza con la humedad crítica. En el periodo de secado postcrítico la velocidad de secado no es constante y depende del mecanismo con el cual se efectúe este secado. Básicamente existen dos grandes mecanismos: A = secado por capilaridad B = secado por difusión
Asimismo, puede darse la combinación de ambos. Al continuar el secado la superficie del solido se mantiene insaturada, y la velocidad de secado dependerá ahora del movimiento de la mezcla anterior del sólido. SECADORES DE GABINETE. SECADO POR LOTES Para el cálculo de estos equipos el dato más importante es el tiempo de residencia del material. Como regla general, las producciones menores de 5000 kg/día se pueden manejar en secadores intermitentes.
Imagen 4.1 Calculo del tiempo de secado en secadores de lotes El tiempo de secado se divide en dos partes:
c = tiempo de secado a velocidad de secado constante d = tiempo de secado a velocidad de secado decreciente La ecuación de diseño general es: ( s = densidad sólido seca d = espesor del solido Tiempo de secado antecrítico
)
(
)
En este periodo NA = constante (
)
En el periodo antecrítico la superficie del sólido está totalmente cubierta por una capa de líquido; la evaporación deprenderá solamente de la velocidad de difusión del vapor o de la intensidad del paso del calor a través de la capa límite del aire. La resistencia de la difusión a través del solido hasta la superficie es despreciable, de modo que la velocidad de difusión a través del solido es igual a la velocidad de secado. ( )
Si el calo se emplea exclusivamente para evaporar la humedad, la velocidad de secado estará dada por: (
)
U = coeficiente total de transferencia de calor i = calor latente de evaporización del liquido a la temperatura de interfase Normalmente se usan las ecuaciones de calor, ya que hay menos errores en las mediciones de temperaturas que en la de humedad. Valor del coeficiente U El valor de este coeficiente depende del mecanismo del paso del calor al cuerpo húmedo. Si la transmisión del calor se efectúa solamente por convección del aire a la superficie húmeda
Siendo hc el coeficiente de convección. Para flujo de aire paralelo a la superficie y valores de G comprendidos entre 2500 y 30000 kg/hm2
Con la superficie rugosa, hc tiene un valor superior de 5% al calculado por las ecuaciones
Para un aire perpendicular a la superficie G entre 4000 a 2000
En este caso la temperatura de la interfase es igual a la temperatura de bulbo húmedo.
Imagen 4. El efecto de las diferentes variables sobre la velocidad de secado en este periodo se puede visualizar en las cartas de Shepherd
Imagen 4. El coeficiente total de transferencia esta dado por (
)[
(
)
]
Ut = coeficiente total BTU/h pie2 °F Au = relación de la superficie no mojada a el área de evaporación
d = profundidad del material con la charola k = conductividad térmica del material húmedo hr = coeficiente de radiación corregido por emisividad Ecuación para determinar temperatura de la superficie (
)
(
)
Imagen 4 [(
)
(
) ]
Imagen 4. . Diagrama de shepherd Calculo del periodo decreciente
(
)
En el periodo postcrítico la velocidad de secado está fijada por el tipo de mecanismo de secado presenta. Si hay difusión: ∫ En donde (
)
Por lo tanto (
)
DL = difusividad del líquido en el sólido Xf = humedad final Xe = humedad de equilibrio Xc = Humedad critica d = espesor del sólido En el caso de flujo capilar (
)
(
En el caso de que sólo se conozca la gráfica ∫
)
Imagen 4. En cierta ocasiones una línea recta simple que pasa a través del origen representa adecuadamente el periodo decreciente.
Imagen 4. (
)
(
)
S = peso del sólido seco. A = área de transporte de masa Nf = velocidad final del secado Secado en lotes por circulación de aire a través el objeto que se pretende secar
En este tipo de equipo los tiempos de calentamiento son menores
Imagen 4. Supóngase que el lecho de material tiene un espesor grande con respecto al tamaño de las partículas, estando totalmente mojada la superficie de estas A la salida de la zona de vaporización el aire se encontrará a la temperatura de saturación del gas de entrada, que coincide con la de la superficie del solido si el secadero funciona adiabáticamente. En cuanto esta zona de vaporización se encuentre totalmente en el interior del lecho, la velocidad de secado será constante y su valor será el máximo, puesto que el aire sale saturado. Esta velocidad máxima de secado vendrá dada por (
)
(
)
A partir del instante en que el frente de la zona de evaporización alcanza el otro extremo del lecho, el aire no sale saturado y la velocidad de secado disminuye. La humedad ligada se separará continuamente pero a una velocidad global que ira disminuyendo hasta que todo el lecho alcance las condiciones de equilibrio con el aire de entrada, en cuyo instante la velocidad será nula. De lo anterior se deduce que el proceso tiene un periodo de secado constante y uno de transición El secado constante vendrá por ( ) Este periodo de velocidad de secado constante persistirá mientras la superficie de las partículas permanezca completamente mojada. La relación entra las velocidades de secado constante determinada para lechos de poco espesor y la velocidad máxima de secado se denomina eficacia de vaporización ( ) ( )
La velocidad de secado en el periodo constante para lechos de poco espesor puede calcularse conociendo la eficacia, de acuerdo con la ecuación (
)
(
)
Para algunas sustancias el periodo decreciente es una función lineal de la humedad de los sólidos. En estos casos ( ) * +[ ] Para otro tipo de materiales el único método de encontrar el tiempo de secado es con pruebas de laboratorio. El tiempo de secado para el periodo constante se puede obtener con ( ) ( ) Para camas profundas E=1; para poco profundas se usa la eficiencia El tiempo en el periodo decreciente sería ( ) ( ) ( ) SECADORES ROTARIOS Para calcular estos secadores, se divide el secador en tres partes:
Imagen 4.1
Imagen 4. Secador giratorio Balance de calor para una diferencial de longitud de secador (
)
(
A = área seccional B = Coeficiente superficial Ua = coeficiente volumétrico
Integrando
LOT = longitud unidad de transferencia NOT = número de unidades de transferencia En la Sección Central ∫ Ts = constante = th
)
(
)
Si el secado es en paralelo se usa signo menos Para las condiciones extremas del secador, el número de unidades de transferencia se puede calcular (
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
La longitud de transferencia se puede calcular por
Donde G va de 100 a 50000 kg/m2h El valor de Ua se puede calcular por las correlaciones de Friedman y Marshall ( )
Para valores de G/A de 100 a 50000 kg/m2h O también ( )
Para secadores de 1 pie de diametro Para diámetros comerciales de 3 a 10 pies de diámetro y niveles de llevado (Holdup) de 5 a 15% de volumen ( )
Si emplea vertederos
(
• • • •
)( )
La longitud a diametro debe estar entre 4 a 10 (promedio de 6 a 8). El NOT óptimo está entre 1.5 a 2.5. Las capacidades para secadores con aire va de 0.15 a 2 lb H2O/ft3 secador Para secadores con gases de combustión de 1.8 a 7.8 lbH2O/ft3 secador.
Imagen 4. Diagrama de equilibrio de secado Secadores Rotarios a baja temperatura En este caso la longitud se divide en dos partes
Imagen 4. Yc se calcula por una balance
El tiempo de retención se calcula por (∫
∫
)
En la zona II la velocidad de secado viene dada por ( X>Xc) por (
)
A = área de trasferencia de masa S = peso sólido seco Dada la dificultad de expresas la velocidad de evaporación, la velocidad de evaporización en el periodo postcrítico varía linealmente con la humedad, tal como se supone en el cálculo de secado en condiciones constante. Zona III X
Imagen 4. (
)∫
(
)(
)
La integral se evalúa gráficamente utilizando un balance de masa (
)
(
)
Se dan valores a X y se obtiene Y Caso especial Xe 0 Ys = constante
