Ejercicios secado enunciados

9.3 En el secado de un material cerámico de área de superficie de secado 230 cm² cuyo peso de material seco es de 380 g, se han obtenido los siguientes datos, cuando el secado se efectúa en condiciones constantes: Tiempo Min

Peso total gr.

Tiempo Min

Peso total gr.

Tiempo min

Peso total gr.

Tiempo min

Peso total gr.

0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,5 9,0

487 484 482 480 478 476 472

11,5 13,0 14,5 16,0 18,5 21,0 27,0

469 467 465 463 461 459 456

32,0 36,0 40,0 46,5 51,5 64,0 73,0

455 454 453 452 451 450 449

77,0 93,0 103,0 129,0 158,0 1 000

448 447 446 445 443,5 440

Calcúlese: a) La velocidad de secado en el periodo antecrítico. b) La humedad crítica. c) La humedad libre en el punto crítico. d) La humedad de equilibrio e) El tiempo de secado antecrítico. 9.6 Se han efectuado experiencias de secado en condiciones contantes con una placa de dimensiones 0,6 m × 1,20 m (espesor despreciable), obteniéndose una curva de secado de la 2 que se deduce que, en un principio, la placa se seca a la velocidad constante de 0,60 Kg/m h, hasta que la humedad libre desciende a 1,20 Kg de agua/Kg de sólido seco; en el período de velocidad decreciente, la velocidad de secado disminuye linealmente con la humedad libre hasta que se alcanza la humedad de equilibrio, que en las condiciones de operación es de 0,08 Kg de agua/Kg de sólido seco. Calcúlese el tiempo de secado de este material en el laboratorio para que su humedad descienda del 60% al 10% (base húmeda) efectuando el secado por ambas caras, si el peso del material seco es de 2 Kg. 9.9 Un material cristalizado se seca en un secadero de bandejas empleando 12 h en el secado de cada carga de 1000 Kg que entra al secadero. Las dimensiones de cada una de las bandejas son 60 cm × 60 cm × 8 cm y el secado se verifica solo por la cara superior. Los datos calculados en experiencias previas son las siguientes: velocidad de secado para el período antecrítico = 2,5 Kg/m2h; humedades (base húmeda): inicial = 80%, final = 10%, crítica = 40%, equilibrio = 5%. Calcúlese: a) El espesor de la cara en cada bandeja si la densidad global del material de entrada es de 1300 Kg/m 3. b) Número necesario de bandejas. 9.10 La producción diaria de un secadero es de 1000 Kg/día (veinticuatro horas), empleando en cada ciclo 5 h para el secado y 1 h para la carga y descarga del material. El sólido a secar constituido por torta filtrante que se coloca en bandejas de 1 m × 1m entra en el secadero con humedad del 42 % y sale con humedad del 10 %. El secado se efectúa en condiciones constantes con aire a 70 °C y temperatura húmeda de 40 °C, a la velocidad másica de 6500 Kg/m2h. En estas condiciones de secado, la humedad crítica es 18 % y la de equilibrio 2 %

(referidas todas las humedades sobre base húmeda). La velocidad de secado para el período antecrítico viene dada por la expresión.

  (   ) )  (  ) 2

2

Estando W expresada en Kg/m h; G en Kg/m s y t en °C. Puede admitirse que la contracción de la torta es despreciable, y la densidad del sólido seco es de 650 Kg/m 3. Calcúlese: a) El espesor del material en cada bandeja. b) El número necesario de bandejas. 9.14 En un secadero de bandejas se seca un material procedente de una torta filtrante, en condiciones constantes de secado, desde la humedad del 45 % hasta la del 12 %. En las condiciones de operación se ha encontrado que la humedad crítica es del 18 % y la de equilibrio 4 %. Calcúlese en qué porcentaje ha de aumentarse el tiempo de secado si este se prolonga hasta que la humedad final del sólido sea del 6 % en lugar del 12 %. Todas las humedades están referidas al sólido húmedo, y la velocidad de secado en el período poscrítico varía linealmente con la humedad desde la humedad crítica hasta la de equilibrio. 9.18 Una plancha de pulpa de papel de dimensiones 150 cm x 120 cm x 0.6 cm se ha de secar en condiciones constantes de secado desde el 75% hasta el 30% (base húmeda). En experiencias previas realizadas en condiciones análogas se ha encontrado que la velocidad de 2 secado para el periodo antecrítico es de 1.50 kg/h·m , siendo la humedad crítica de 1, 80 kg/kg de sólido seco, y la de equilibrio, 0,5 % (base húmeda). Calcular el tiempo necesario para efectuar el secado de ambas caras si el peso de la plancha de pulpa seca es de 3 kg y se supone que la velocidad de secado en el período poscrítico varía linealmente con la humedad hasta que se alcanza la humedad de equilibrio. 9.20 En un secadero de bandejas se seca algodón desde la humedad del 90 % hasta el 10 %, en condiciones constantes de secado, empleando aire a 70 °C con tw  = 50 °C que circula 2 paralelamente a la superficie de secado con velocidad másica de 3000 Kg/m h. Las dimensiones de la bandeja son 60 cm × 60 cm × 2 cm y el secado se efectúa solo por la cara superior, despreciándose la radiación y la conducción a través del material. La densidad del algodón seco es 700 Kg/m3. En experiencias previas realizadas en condiciones análogas a las que ha de efectuarse el secado se ha encontrado que la humedad crítica es del 40 % y la de equilibrio del 5 %. Para el período poscrítico, la velocidad de secado es proporcional a la humedad libre hasta la conclusión del secado. Calcúlese el tiempo total de secado, si todas las humedades están dadas sobre base seca. 9.22 En un secadero de bandejas se introduce un sólido granular de densidad global 1600 3 Kg/m  con humedad del 50 % que ha de someterse a secado en condiciones constantes hasta que su humedad se reduzca al 2 %. El aire de secado circula paralelamente a las bandejas con 2 velocidad másica de 6000 Kg/m h a 75 °C y temperatura húmeda de 28 °C. El espesor del sólido sobre las bandejas es de 3 cm y las bandejas están aisladas de tal manera que el transporte de calor y materia se efectúa solamente por la superficie superior, pudiendo despreciarse la transmisión por radiación y conducción frente a la convección. En experiencias de laboratorio realizadas en condiciones de secado análogas se ha encontrado que la humedad crítica es del 10 %; la humedad de equilibrio es despreciable y

puede admitirse que la velocidad de secado varía linealmente con la humedad libre para el período poscrítico. Estando dadas todas las humedades sobre base seca, cal cúlese el tiempo de secado:

a) Para las condiciones indicadas. b) Si la velocidad másica del aire se elevara a 9000 Kg/m2h c) Si la temperatura del aire se elevara a 100 °C, conservando la misma velocidad másica. 9.26 La carga de un secadero de bandejas está constituido por 0,6 m 3  de un material que 3 contiene 1600 Kg de sólido seco/m   de carga, que se seca, en condiciones constantes de secado, desde la humedad del 50 % hasta la del 8 % en 5 h. La humedad crítica es del 25 % y puede considerarse independiente de las condiciones de secado. La humedad de equilibrio es del 4 % y todas las humedades están dadas sobre base húmeda. El secadero trabaja 24 h/día y puede considerarse despreciable el tiempo empleado en la ca rga y descarga. En cuanto a la velocidad de secado puede admitirse que para el período antecrítico es proporcional a la potencia 0,8 de la velocidad másica del aire, mientras que para el período poscrítico es proporcional a la humedad libre. a) Calcúlese la capacidad de producción del secadero en ton/mes. b) De acuerdo con un nuevo plan de producción ha de disminuir en un 30 % el tiempo de secado en cada ciclo, y para evitar que la humedad final resulte demasiado elevada han de modificarse las condiciones de secado. Experimentalmente, se ha encontrado que la velocidad del aire puede aumentarse en un 15 % y en un 10 % el gradiente de humedad sin que se origine excesiva contracción o alabeo de la sustancia a secar. Calcúlese la humedad mínima que puede alcanzar el material en el secadero de acuerdo con el nuevo plan de producción. 9.28 El secado en condiciones constantes de una plancha de cartón de 1 cm de espesor se efectúa en un secadero empleando aire a 55 °C con temperatura húmeda de 25 °C, que circula paralelamente a la superficie de secado con velocidad de 1,5 m/seg. Calcúlese la velocidad de secado en el período antecrítico en las siguientes condiciones: a) Cuando la evaporación del agua se efectúa solamente por una de las caras de la placa, pero el calor se transmite a través de ambas superficies de secado. b) Cuando la evaporación se efectúa en ambas superficies de la placa. Datos. La velocidad de evaporación del agua puede estimarse a partir de la ecuación siguiente que corresponde a la evaporación del agua en un cuerpo húmedo (humedad desligada):

   (   ) 2

Siendo W la velocidad de evaporación en Kg/m h; V la velocidad del aire moviéndose paralelamente a la superficie en metros/segundos; P s  la tensión de vapor del agua a la temperatura de la superficie del agua en mm de Hg; P a la presión parcial del vapor de agua en el aire en mm de Hg. La conductividad térmica del material húmedo es de 0,90 Kcal/mh°C, mientras que el coeficiente de convección a través de la película de aire vale 3,50 Kcal/m2h°C. Puede despreciarse la variación de la temperatura, humedad y velocidad del aire. Las temperaturas de las superficies internas del secadero pueden tomarse igual a 45 °C.