Practica Nº 2 : Secado De Sólidos Chirinos Ana C.I: 24.425.582 Sibada Andrés C.I: 20.932.752gandica Andreina C.I : Área De Tecnología, Programa De Ingeniería Química. Prof. José Ojeda. Laboratorio De Operaciones Unitarias II, Sección 52, 07/09/2016
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Resumen: El secado de sólidos consiste en la eliminación de cantidades pequeñas de agua u otro líquido contenido en un material sólido, con el fin de reducir el líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo. la finalidad de la practica consistió en evaluarlas principales variables que controlan el proceso de secado en un secador rotatorio notando su funcionamiento y evaluando la influencia de la variables como son la velocidad de flujo, temperaturas, humedad relativa del aire, tiempo de resistencia y velocidad de transferencia de calor , pudiendo así calcular el coeficiente volumétrico y determinar la eficiencia de un secador rotatorio a diferentes condiciones de operación, se logro apreciar que una resistencia y el ventilador a máxima velocidad una mejor eficiencia. INTRODUCCIÓN. El exceso de humedad contenida por los materiales puede eliminarse por métodos mecánicos. Pero la eliminación más completa de la humedad se obtiene mediante el secado térmico Esta operación se utiliza ampliamente en la tecnología química y es muy común que sea la última operación en la producción precedente a la salida del producto resultante Es evidente que la eliminación de agua o en general de líquidos existentes en sólidos es más económica por acción mecánica que por acción térmica. La dificultad de los medios mecánicos surge cuando los productos finales y gran número de productos intermedios deben cumplir especificaciones rigurosas en cuanto a la humedad final. Habitualmente una centrífuga trabajando con grandes cargas de sólido húmedo dejará humedades en torno al 10-20 %, aunque en casos excepcionales como la sal común o cloruro sódico se puede alcanzar el 1 %. El uso de los sacadores rotatorios constituye uno de los procesos mas utilizados para el secado de una amplia gama de materiales a
nivel industrial, esto por que es un método rápido y de bajo costo unitario cuando se trata de grandes cantidades de material. En el secador rotatorio, el flujo de aire puede ser tanto en paralelo como a contracorriente, el material húmedo esta en continuo movimiento gracias a la rotación del secador, dejándolo caer a través de una corriente de aire caliente que circula a lo largo del tambor del secador. Estos equipos son muy adecuados para el secado de productos granulares, la acción de volcado es beneficiosa, ya que se forma una cortina de arena expuesta perpendicular en contacto directo con el aire caliente, con lo cual se facilita la salida de la humedad desde el interior de las partículas. 1. DATOS EXPERIMENTALES Tabla 1.- Experimento 1. Dos resistencias encendidas y el ventilador a máxima potencia TBS(ºC) TBH(ºC) 72 35 Entrada 41 28 Salida 1,3 m/s Velocidad del aire a la salida
Tabla 2.- Experimento 2. Una resistencia encendida y el ventilador a máxima potencia TBS(ºC) TBH(ºC) 62 34 Entrada 41 29 Salida 1,3 m/s Velocidad del aire a la salida Tabla 3.- Tiempo en el secador. Exp 1 Exp 2 TA (s) Tpps(s) Tt (s)
7 14 361
5 9 364
Tabla 4.- Características del sólido. Exp 1 Exp 2 MsHeE(g) 11 11 MsHsE(g) 10.6 10.6 MsHeS (g) 50 50 47.9 42.4 MsSeE(g) MsSsE(g) 47.3 42.2 TesH(ºC) 33 32 TssS(ºC) 36 40
1. RESULTADOS Tabla 5.- Humedad del sólido. Exp1 0,038 Xi 0,013 Xf
Exp2 0.038 0.005
Tabla 6.- Tiempo de residencia. Exp1 354 TR (s)
Exp2 359
Tabla 7.- Eficiencia del proceso de secado. Exp1 Exp2 10 14.28 n(%) Tabla 8.- Humedad del aire de secado. Exp1 Exp2 Y entrada Y salida
0,02 0,018
Tabla 9.- Balance de energía. Exp 1 0.047 G1(Kg/s) 0.046 Gs(Kg/s) S1(kg/s) Ss(kg/s)
0.021 0.018
0.00714 0.0068
Exp 2 0.047 0.045 0.01 0.037
Cp1,sol(Kcal/Kg°C) Cp1, aire(Kcal/Kg°C) HS1(Kcal/Kg) Cp2,sol(Kcal/Kg°C) Cp2, aire(Kcal/Kg°C) HS2(Kcal/Kg) HG1(Kcal/Kg) HG2(Kcal/Kg) Qp(Kcal/s)
0.136 0.26 4.81404 0.136 0.26 5.013 31.07 22.70 -0.3988
0.136 0.26 4.6682 0.136 0.26 5.4920 29.25 22.70 -0.304
Tabla 10.- Calculo de transferencia de calor analíticamente. Exp1 Exp2 22.94 18.88 ∆TLM 0.2845 U (Kcal/hm3ºC) 0.2929 0.053 0.053 V (m3) 0.3561 0.2846 Q (Kcal/h) 2. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Según los datos obtenidos luego de los cálculos podemos observar que existe mayor eficienciencia en el experimento 2 donde tenemos una sola resistencia y el ventilador a máxima velocidad , esta fue de 14.28 un poco mayor que la eny el el experimento 1 con dos resistencias ventilador al máximo que fue de 10% con esto se `puede concluir que con un menor numero de resistencias mayor será la eficiencia del secado. Con respecto a la velocidad de tranferencia de calor notamos q en el experimento 1 es mayor como era de esperarse ya que posee una resitencia mas que en el experimento dos , hay que tener en cuenta que estos valores pueden variar con relación a lo que ocurre en el procesó ya que al observar las cartas psiclometricas posiblemente tengamos un error al igual que con la lectura de las temperaturas de bulbo seca y húmedo que pueden variar rápidamente su valor con respecto al tiempo 3. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES
Y
-Se debe tener en cuenta las características del material que se va a secar y el equipo a usar, en cuanto al tamaño de partículas y si la técnica
sirve para polvos finos como granulados, para que se dé un correcto secado. -Se observaron variables que pueden afectar al secado, las cuales son la temperatura, humedad, velocidad del aire y la permanencia del material dentro del secador. -El secador rotatorio tiene como función, disminuir el contenido de humedad de un sólido, para esto el flujo de un gas, en este caso aire, en contracorriente con el sólido que va bajando, para que exista mayor transferencia de calor, y sea más eficiente el proceso. -La eficiencia del proceso de secado, depende directamente de las temperaturas de entrada del sólido y de la salida, y por ende de las resistencias y el flujo de aire en el secador. -Se recomienda utilizar un sólido que se adapte más a lo que se quiere realizar en la práctica, debido a que el sílice tiene la propiedad de absorber la humedad. -Las personas encargadas de leer las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco deben hacerlo inmediatamente cuando se les indique. 4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
PERRY, Robert. Manual del Ingeniero Químico. Tomo I. Editorial McGraw-Hill. Sexta Edición. 1998. Mc CABE, W, Smith. J. Operaciones Unitarias En Ingeniería Química. Editorial McGraw-Hill. Sexta Edición, 2001. Geankoplis, C. (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias. Tercera Edición. México. 579-634
MsHsE: Masa del solido húmedo en la salida de la estufa TA: Tiempo de alimentación TT: Tiempo total Xi: Humedad inicial del sólido. Xf: Humedad final del sólido. Ta: tiempo de alimentación Tt: Tiempo Total Tr: Tiempo de Retención
: Temperatura de Bulbo Seco.
: Temperatura de Bulbo Húmedo. Y: Humedad Absoluta del aire. X1, X2: humedad del solido a la entrada y salida, respectivamente. Y2, Y1: humedad del aire a la entrada y salida, respectivamente. SS: Flujo de sólido libre de humedad HS1, HS2: Entalpia del sólido a la entrada y salida delsecador, respectivamente. HG2, HG1: Entalpía del aire a la entrada y salida delsecador, respectivamente. Cp,sol: Calor especifico del sólido Cp, aire: calor especifico de la humedad Qp: Pérdidas de calor. Q: calor utilizado para secar, Kcal/h V: volumen del secador, m3 U: coeficiente volumétrico de transferencia de calor. ΔTLM: diferencia media de temperatura, tomada
comologarítmica de (2) lasy depresiones bulbo húmedo a la entrada salida (1) delde secador. GS: velocidad másica del aire. D: diámetro. U: Coeficiente volumétrico 6. APÉNDICE Cálculo de la humedad inicial del solido:
− = 11−10.6 = 10.6 = 0.038 Cálculo de la humedad final del solido:
− = 47.9−47.3 = 47.3 = 0.013 Determinación del tiempo de retención:
=−7. − =354 = 361.
5. NOMENCLATURA MsSeE: Masa del solido seco en la entrada de la estufa MsSsE: Masa del solido seco a la salida de la estufa MsHeE: Masa del solido húmedo en la entrada de la estufa
Determinación de la humedad del aire a la entrada y a la salida del secador: Para y para el valor de la humedad determinada por carta
= 72 ° = 35 °
psicométricas
fue
de
0.02 Para = 41 ° y = 28 ° el valor
para de la humedad determinada por carta psicométricas fue de
0.018
=
√
Determinando en las cartas psicométricas, a partir de los datos obtenidos el valor es de 1,02,
=
Determinación de la Eficiencia del proceso de secado.
= |−/ | ∗ = ,−, , ∗
= ∗ = ∗. = 0.038 )∗(0,980 .) = (1.3 . ∗ 0.038
= 0.048 . . . 0.048 . . = + = 1 + 0.02 = 0.047 .
= 10%
Determinación de las pérdidas de calor: Balance. Masa en el Secador
S. X + G. Y = G. Y + S . X Determinación del flujo de solido libre de humedad:
= +
= 0. 0 5 = 7. = 0.00714 . 0.0071 = 1 + 0.03. 8 = 0.0068 . Balance. Energía en el Secador
S . H + G. H = G. H + S . H + Qp
Determinación del flujo de aire libre de humedad:
= ∗∗ ∗ ∗ = = 1.3 . = , . = 1 = √ 1,08 . = 0,980 .
Determinación de las entalpias del solido:
= . + ∗ ∗ − = [0.136 . ∗° )] +(0.038 ∗0.26 . ∗° ∗ 33−0 ° . = .=+4.81404 ∗ ∗ − = [0.136 . ∗° )] +(0.013 ∗0.26 . ∗° ∗ 36−0 ° = 5.013 .
Determinación de las entalpias del aire: Las entalpias de entrada y salida del aire se buscan en las cartas psicométricas: Para y para el valor de la entalpia del aire determinada por carta psicométricas es de:
= 72° = 35°
= . = 130 . Para = 41° y = 28° el valor
para de la entalpia del aire determinada por carta psicométricas es de:
= 22.70 = 95 .
Despejando energía y pertinentes:
de la ecuación del balance de sustituyendo
los
valores
= . + . − . − . . ∗4.81404 ) = (0.0068 . . . +(0.047 . ∗22. .) −(0.70047.. ∗31.07 . ) − ( 0.0 068 . ∗ 5.013 . ) = −. .
Determinación de Q analíticamente Q=U*V*∆TLM U= 0,5* (Gs)0,67/D U= 0,5* (0,047)0,67/0,22 U=0,2929 Kcal/h.m3ºC V=∏*r2*L V= 0,053 m3
∆
− − ∆ = −− −
TLM= 22,94 °C
= 0,2929 Kcal/h.m ºC ∗ 0,053 * 22,94 3
°C)
Q= 0,3561 Kcal/h
