Secado de Aspersion Practica

2011 ESIQIE

Laboratorio de operaciones de separación IV Practica No. 3 “Secado por aspersión”

Fecha de entrega

24/10/20

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

Objetivos Observar las características y condiciones de operación de este tipo de secado. Obtener leche en polvo con una concentración máxima de 30% de sólidos. Determinar la cantidad de agua eliminada y aire necesario para el secado mediante un balance de materia.

Introducción Secado Se efectúa removiendo la humedad a temperaturas menores a la de ebullición del agua usando aire o gases calientes provenientes de una combustión. Existen varios tipos de operaciones de secado, que se diferencian entre sí por la metodología seguida en el procedimiento de secado; puede ser por eliminación de agua de una solución mediante el proceso de ebullición en ausencia de aire; también puede ser por eliminación de agua mediante adsorción de un sólido, y por reducción del contenido de líquido en un sólido, hasta un valor determinado mediante evaporación en presencia de un gas.

Clasificación de los secadores Los secadores se clasifican según: 1. El método de transmisión de calor a los sólidos húmedos 1. Secadores directos. 2. Secadores indirectos. 3. Secadores diversos. 4. Secadores discontinuos o por lote. 5. Secadores continuos. 6. Secadores para sólidos granulares o rígidos y pastas semisólidas. 7. Secadores que pueden aceptar alimentaciones líquidas o suspensiones.

El primer método de clasificación revela las diferencias en el diseño y el funcionamiento del secador, mientras que el segundo es más útil para seleccionar entre un grupo de secadores que se someten a una consideración preliminar en relación con un problema de desecación específico.

Laboratorio de operaciones de separación IV

2

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

Secador por aspersión Consta de tres etapas básicas, el secado por aspersión comienza con la atomización de una alimentación de un líquido en un espray o finas gotas, el espray entra en contacto y es suspendido por una corriente de gas caliente, permitiendo la evaporación del líquido y sacando el sólido seco, en esencial con el mismo tamaño y forma que las gotas atomizadas. Finalmente, de la corriente de gas, el polvo seco es separado y colectado. El gas de secado empleado es tratado para alcanzar los requerimientos ambientales y entonces ser emitido a la atmósfera o, en algunos casos, re circulado al sistema.

La atomización puede ser:

Atomización centrifuga: emplea una rueda o disco rotatorio para romper la corriente de líquido en pequeñas gotas, estos dispositivos funcionan normalmente en el rango de 5.000 a 25.000 RPM con diámetros de rueda de 5 a 50 cm. Atomización con boquilla neumática: Aquí el líquido es presurizado por medio de una bomba y forzado a pasar a través de un orificio para romper el líquido en finas gotas. El tamaño de los orificios está en el rango de 0.5 a 3 mm.

Atomización sónica: Aquí, energía ultrasónica es utilizada al hacer pasar el líquido sobre una superficie vibrando a frecuencias ultrasónicas. Estos sistemas son apropiados para producir gotitas muy finas a bajos flujos.

Componentes en un sistema de secado por aspersión.

Laboratorio de operaciones de separación IV

3

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

Productos más comúnmente secados Alimentos café (aire hasta 250ºC por ser termoestable) Leche (menos de 100°C) Huevo (menos de 100°C) Jugos Concentrados de frutas Sueros Quesos Mantequilla Proteínas Extracto de carnes

Químicos

Sulfato de zinc Hidróxido de aluminio Resina de urea Pigmentos

Arreglos de las corrientes en un secador por aspersión.

Laboratorio de operaciones de separación IV

4

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

Procedimiento experimental Colocar el atomizador en su posición, conectándolo a la alimentación y al aire,

colocar el frasco receptor de producto seco

Conectar el extractor de aire y encender el quemador hasta conseguir la temperatura deseada Alimentar aire a atomizador procurando que la presión sea de 4 Kg/cm2

Alimentar la suspensión cuidando que la alimentación sea constante (goteo rápido).

Al alcanzar el régimen permanente tomar temperaturas de bs y bh del aire en la descarga del extractor y del aire ambiente. Laboratorio de operaciones de separación IV

5

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

Al terminar la experimentación cerrar la válvula del gas y parar el equipo hasta que tenga una temperatura de 75°C .

Determinar la humedad residual del producto.

Lavar el equipo.

Dato Presión de atomización

4 Kg/cm2

Velocidad de goteo

180 gotas/min

Temperatura bs (operación)

62°C

Temperatura bh (operación)

24°C

Temperatura bs (aire)

25°C

Temperatura bh (aire)

18°C

Temperatura de entrada al equipo

110°C

Temperatura de salida del equipo

70 °C

Peso neto de la leche evaporada

378 gr.

Peso a la salida del secador

74.36 gr

Peso a la salida de la mufla

73.21 gr

Laboratorio de operaciones de separación IV

6

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

Cálculos (Método Analítico) Calculo de la humedad y % humedad relativa.

TBH  18 C  PS1  15 .481 mmHg   S1  587 .668 Y ' S 1  0.622

Y '1 

Kcal Kg

PSI 15 .481 mmHg  0.622  0.01690 585  PS 1 585 mmHg  15 .481 mmHg

Kgagua Kgas

Y 'SI *SI  Cp A * T SI  Cp AS * T

 Kcal  Kcal   0.24 0.0169 587.668 * 25  18C Kg  Kg C  Y '1   0.0139 Kgagua Kgas Kcal Kcal 25  18C 587.668  0.48 Kg Kg C

P1 

585 Y '1 0.622  Y '1

P1 

585 * 0.0139  12.7873mmHg 0.622  0.0139

Para la humedad relativa 1 tenemos que: Con

YR1 

TBS1  25 C  Pv1  23 .769 mmHg

P1 12 .7873 mmHg   0.5379 Pv1 23 .769 mmHg

%YR1  YR1 *100  0.5379 *100  53 .79 % Condiciones del aire a la salida del equipo. 2) TB 2  24 C  PBH 2  22 .389 mmHg   S 2  584 .298

Y ' S 2  0.622

Kcal Kg

PBH 2 22 .389 mmHg  0.622  0.0247 585  PBH 2 585 mmHg  22 .389 mmHg

Kgagua Kgas

Laboratorio de operaciones de separación IV

7

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

Y ' S 2 * S 2  Cp A * T  S 2  Cp AS * T

Y '2 

 Kcal  Kcal   0.24 0.0247 584.298 * 62  24C Kg  Kg C  Y '2   0.0088 Kgagua Kgas Kcal Kcal 584.289  0.48 62  24C Kg Kg C

P2 

585 Y ' 2 0.622  Y ' 2

P2 

585mmHg * 0.0088  8.1610mmHg 0.622  0.0088

Para la humedad relativa 2 tenemos que:

TBS 2  62 C  Pv 2  164 .833 mmHg

YR 2 

PS 2 8.1610 mmHg   0.0495 Pv 2 164 .833 mmHg

%YR 2  YR 2 *100  0.0495 *100  4.95 % Cantidad de aire seco

G AS 

W2  W3  Y ' 2 Y '1

W2  378 g  74 .36  303 .64 g W3  74 .36  73 .21  1.15 g

G AS 

303.64  1.15g  59311.76.77 g 0.0139  0.0088

1Kg Kg  59.31 h 1000g h

Volumen.

 1 Y ' 2  RT  1 0.0088 0.082 * 62  273.15K  m3 VH       1 . 2562   585mmHg 18  Kgas  PM B PM A  P  28.82 760mmHg Laboratorio de operaciones de separación IV

8

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

V  VH * G1 V  1.2562

m3 Kgas m3 * 59 .31  74 .51 Kgas h h

Calor.

H G1  0.24  0.45Y '1, 2 t G  t R   596 .42Y '1, 2 H G1  0.24  0.45 * 0.0139 25  0C  596 .42 0.0139   14 .4466

H G 2  20 .37

Kcal Kgaire

Kcal Kgaire

Qe lim  G1 H 2  H 1 

Qe lim  59.31

Kgas  Kcal Kcal  Kcal  20.37   351.71  14.4466 h  Kgaire Kgaire  Kg

MÉTODO GRÁFICO Con los datos experimentales Entrada Tbh=18°C

De la carta psicométrica

Tg=25°C

@ 585mmHg:

Y’= 0.014kga/kgas YR=53%

Salida Tbh=24°C

De la carta psicométrica

Tg=62°C

@ 585mmHg:

Y’= 0.009 Kga/kgas YR=5%

Laboratorio de operaciones de separación IV

9

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011 Lecturas de la carta psicométrica:

Cantidad de aire seco

G AS 

W2  W3  Y ' 2 Y '1

W2  378  74 .36  303 .64 g W2  74 .36  73 .21  1.15 g

G AS 

303.64  1.15g  60498 g 0.014  0.009

1Kg Kg  60.498 h 1000g h

Volumen.

 1 Y ' 2  RT  1 0.009  0.082 * 62  273.15K  m3 VH       1 . 2566   585mmHg 18  Kgas  PM B PM A  P  28.82 760mmHg

V  VH * G1 Laboratorio de operaciones de separación IV

10

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

m3 Kgas m3 V  1.2566 * 60 .498  76 .021 Kgas h h Calor.

H G1  0.24  0.45Y '1, 2 t G  t R   596 .42Y '1, 2 H G1  0.24  0.45 * 0.014 25  0C  596 .42 0.014   14 .507

H G 2  20 .4988

Kcal Kgaire

Kcal Kgaire

Qe lim  G1 H 2  H 1 

Qe lim  60.498

Kgas  Kcal Kcal  Kcal  20.4988   362.4919  14.507 h  Kgaire Kgaire  Kg

Humedad contenida en el producto %solidos=73.21/378=0.1936*100=19.36% en concentración de solidos

Datos

Método Analítico

Método Gráfico

% de error (E)

Y´1

0.0139 Kga/Kgas

0.014 Kga/Kgas

0.7143

Y´2

0.0088 Kga/Kgas

0.009 Kga/Kgas

2.22

G1

59.31Kg/h

60.498 Kg/h

1.9637

Vh

1.2562 m3/Kgas

1.2566 m3/Kgas

0.0318

V

74.51 m3/h

76.021 m3/h

1.9876

Q

351.71 Kcal/Kg

362.4919 Kcal/Kg

2.9744

%solidos

Obtenido= 19.36

Esperado= 30%

Laboratorio de operaciones de separación IV

11

[SECADO POR ASPERSIÓN] 24 de octubre de 2011

Conclusiones: Se consiguió obtener leche en polvo con una concentración de 19.36% a la salida de la mufla y a la salida del equipo de 19.67% las dos siendo menores que el valor esperado para la práctica que fue de un 30% con lo que podemos concluir que la operación del equipo fue eficiente y las condiciones de operación que se establecieron son correctas. En cuanto a la comparación que hacemos entre el método grafico y el analítico mostrada en la última tabla de esta práctica podemos comprobar una vez más que la operación del equipo se llevo a cabo satisfactoriamente ya que se obtuvieron porcentajes de error muy bajos todos menores del 3%. Además de que logramos comprender el fenómeno de secado y la composición del equipo.

Laboratorio de operaciones de separación IV

12