Secado de Solidos

 

Universidad Nacional Experimental “Francisco De Miranda” Área De Tecnología Programa De Ingeniería Química Departamento De Energética Laboratorio De Operaciones Unitarias II

PRÁCTICA 4: SECADO DE SÓLIDOS 1. OBJETIVO GENERAL   Evaluar las principales variables que controlan el proceso de secado en un secador rotatorio.

x 



OBJ ETIVOS ESPECÍFICOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS   Conocer el funcionamiento funcionamiento de un secador rotatorio.   Calcula la eficiencia de un secador rotatorio a diferentes condiciones de operación.   Evaluar la influencia de variables como: velocidad de flujo, temperatura y humedad relativa del aire y tiempo de residencia del sólido sobre la eficiencia del proceso de secado.   Conocer y manejar la carta psicrométrica.

-

 





2 EQUIPOS NECESARIOS -

    -  -  -  -  -  -  -  -  -

Psicrómetro Cronómetro. Termómetro de mercurio. Recipiente para producto seco. Balanza analítica. Espátula. 3 beaker de 250 ml. Secador rotatorio. Muestra sólida. Estufa. Anemómetro

3 DATOS EXPERIMENTALES -  Masa inicial y final de la muestra de sólido. sólido.   -  Temperatura de entrada y salida del aire. aire.   -  Temperatura de entrada y salida del sólido. sólido.   -  Humedad relativa del aire de secado. secado.   -

    -  -

-

Tiempo dedel residencia sólido.   Velocidad aire. aire.   del sólido. Diámetro del secador: 0,22 m (0,75 pie) pie)   Muestra: : Sílice Sílice  

4 MARCO TEÓRICO La operación de secado es una operación de transferencia de masa de contacto gas- sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado cesa. - Definiciones fundamentales. Contenido de humedad, base seca: x  x 

x

kghumedad   kgsólido sec o

Contenido de humedad, base húmeda: kghumedad kgsólidohúmedo



kghumedad   kghumedad   kgsólido sec o

Humedad de equilibrio: x*, Humedad del sólido cuando su presión de vapor se iguala a la presión de vapor del gas. Es decir, humedad del sólido cuando está en equilibrio con el gas. Humedad libre: x- x*, Es la humedad del sólido; que es la humedad que está en exceso con relación a la humedad de equilibrio. Es ésta la humedad que se puede evaporar y depende de la concentración de vapor en la corriente gaseosa. Existen otras definiciones como humedad límite; que es la humedad del sólido que ejerce una presión de vapor de equilibrio menos que aquella que ejerce el líquido puro a la misma temperatura y la humedad no límite que es la humedad del sólido que ejerce una presión de vapor igual a la del líquido puro a la misma temperatura. - Humedad absoluta del aire: kgagua   kgaire sec o Proceso de secado: Cuando un sólido húmedo es sometido a un proceso de secado se presentan dos subprocesos: - Transferencia de la humedad interna del sólido a la superficie de éste y su subsiguiente evaporación. El movimiento de la humedad dentro del sólido es una función de la naturaleza física, su temperatura y su contenido de humedad. - Transferencia de energía en forma de calor del ambiente que rodea al sólido para evaporar la humedad de la superficie. Este segundo subproceso depende las condiciones externas de temperatura, humedad y flujo de aire, presión, área de exposición y tipo de secador. En el proceso de secado, cualquiera de los dos subprocesos descritos puede ser el factor limitante que gobierne la velocidad del secado, a pesar de que ambos procesos ocurren simultáneamente durante el ciclo de secado

 

Secador Rotatorio En los secadores rotatorios, el secado se lleva a cabo en el período a velocidad constante y la temperatura de secado es la temperatura de saturación adiabática del aire entrante. En el sistema que se usa en la práctica, aire-agua, esta temperatura es la de bulbo húmedo. Con el objeto de facilitar su estudio, los secadores rotatorios se dividen en tres etapas. En la primera, el sólido se calienta hasta la temperatura de bulbo húmedo. No hay secado, sólo precalentamiento. En la segunda etapa se evapora toda la humedad de los sólidos a una temperatura constante igual a la del bulbo húmedo del aire entrante. En la tercera etapa se recalientan los sólidos, dicha etapa puede existir o no. La figura 1 muestra el perfil de temperaturas del aire y el sólido a lo largo del secador en la tres etapas descritas

GS, TG2, HG2,Y2 

GS, TG1, HG1,Y1  III

SS, TS2, HS2,X2 

II

I

SS, TS1, HS1,X1 

Balance de materia en un secador rotatorio SS * X1 GS * Y SS * X2 GS * Y1  2 masahumeda d   X 1   masasólido sec o masahumeda d   Y1   masaaire sec o Balance de energía en un secador rotatorio

S S * H S1

GS * HG 2

S  * H S 2

  S

H S1

(Cpsol

X 1 * CpA ) * (TS1

H S2

(Cpsol

X 2 * CpA ) * ( TS 2

G S * H G1

QP

TO )   TO )  

Donde: X1,X2= Humedad del sólido entrada y salida s alida Y2,Y1: Humedad absoluta de aire entrada y salida GS: Flujo de aire libre de humedad SS: Flujo de sólido libre de humedad hum edad HS1, HS2: entalpía del sólido de entrada y salida HG2, HG1: entalpía del aire de entrada y salida Cp sol= calor específico del sólido CpA= calor específico del la humedad líquida Qp= pérdidas de calor 5 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

º TG2 

TG1 

TS2  TS1  Longitud

Figura 1.Flujos entrada y salida del secador, Perfil de Temperatura

El equipo de secado (secador rotatorio) está constituido por un cilindro hueco que gira sobre su eje con una ligera inclinación hacia la salida (Figura 2). El sólido que se desea secar es ingresado por un embudo de alimentación y de allí pasa al interior del secador donde es puesto en contacto con el aire de secado. Debido a la inclinación del equipo el sólido gira y se va desplazando hacia la salida del equipo (descarga) donde es recogido en un contenedor. El flujo de aire es inducido mediante un ventilador que se encuentra en el extremo opuesto de la alimentación del sólido. A su entrada por el túnel, el aire es puesto en contacto con dos resistencias de calentamiento mediante las cuales se eleva su temperatura.

Figura 2. Esquema de secador rotatorio.

 

El equipo involucra dos termopares para la medición de la temperatura del aire al inicio y a la salida del secador. El sistema de control involucra una perilla para la regulación de la velocidad del ventilador, botones de encendido individuales para cada resistencia de calentamiento y botón de encendido para el giro del secador. 5.1 EXPERIMENTACIÓN Las principales variables a evaluar para el cálculo de la eficiencia del secador, serán: velocidad del aire, temperatura del aire. Velocidad del aire (va): es regulada mediante el ajuste en la perilla en máximo y mínimo. Resistencias de calentamiento (Rc): dos resistencias encendidas, una encendida 5.2 PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL   4.1. Encender el equipo a las condiciones especificadas anteriormente. Esperar hasta alcanzar una temperatura sugerida (condición de estado estable).   4.2. Pesar 50g de la muestra. Simultáneamente Simultáneamente pesar 10g de la muestra y colocar esta última en la estufa durante 30min a 130°C, luego pesar nuevamente.   4.3. Medir la temperatura de entrada de la muestra (50g) antes de introducirla a la tolva de alimentación.   4.4. Encender el sistema de rodamiento.   4.5. Determinar las revoluciones por minuto del secador rotatorio.   4.6. Medir la temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco del aire a la entrada del secador.   4.7. Introducir la muestra sólida (50g) a un flujo aproximadamente constante en la tolva de alimentación, medir el tiempo que transcurre desde que comienza a caer en el secador hasta que cae completamente la muestra. Sin detener el cronómetro, medir el tiempo que transcurre hasta que sale todo el sólido del secador.   4.8. Medir la temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco del aire a la salida del secador.   4.9. Medir la temperatura temperatura de salida de la muestra.   4.10. Apagar el equipo.

7. PRE-LABORATORIO Investigar: 1. Definición de presión de vap vapor or de un líquido y dependencia con la temperatura. 2. Definición de humedad absoluta y relativa. 3. Temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo. 4. Uso de la carta psicrométrica. 5. De que variables depe depende nde la capacidad de secado del aire. 6. Tiempo de residencia del sólido. 7. Secado en cocorriente y en contracorriente. 8. Eficiencia del secador. 9. Tipos de Secadores 10. Balance de eenergía nergía en un secador ro rotatorio tatorio 8. DATOS EXPERIMENTALES Experi ment o 1:____________ 1:__________________ ___________ ___________ _______ _









Condiciones del aire Tbulbo S(°C) Entrada Salida Velocidad del aire:___________

Tbulbo H(°C)

Tiempo en el secador Tiempo de alimentación: TA (seg) Tiempo Total: TT(min)













 

  4.11. Pesar la muestra.   4.12. Introducir el sólido seco en la estufa durante 30min, luego de transcurrido este tiempo pesar nuevamente la muestra.

6. TRABAJO A REALIZAR -  Determinar la humedad humedad inicial y ffinal inal del sólido. -  Determinar la humedad humedad del aire a la entrada y la salida del secador -  Estimar el el tie tiempo mpo de retención. -  Determinar la humedad absoluta absoluta del aire de secado a las diferentes condiciones de operación. -  Determinar la eficiencia del del proceso de secado y su variación a las diferentes condiciones experimentales de trabajo. -  Realizar balance de energía en el secador

Características del sólido Masa del sólido húmedo entrada Estufa: MsHeE (g) Masa del sólido húmedo salida Estufa: E stufa: MsHsE (g) Masa del sólido húmedo entrada al secador: MsHeS (g) Masa del sólido seco entrada Estufa: MsSeE (g) Masa del sólido seco salida Estufa: MsSsE (g) Temperatura de entrada del sólido húmedo: TesH(°C) Temperatura de salida del sólido seco: TssS(°C) Experi ment o 2:____________ 2:__________________ ___________ ___________ _________ ___ Condiciones del aire Tbulbo S(°C) Entrada Salida Velocidad del aire:___________

Tbulbo H(°C)

Tiempo en el secador Tiempo de alimentación: TA (seg) Tiempo Total: TT(min)

 

Características del sólido Masa del sólido húmedo entrada Estufa: MsHeE (g) Masa del sólido húmedo salida Estufa: MsHsE (g) Masa del sólido húmedo entrada al secador: s ecador: MsHeS (g) Masa del sólido seco entrada Estufa: MsSeE (g) Masa del sólido seco salida Estufa: MsSsE (g) Temperatura de entrada del sólido húmedo: TesH(°C) Temperatura de salida del sólido seco: TssS(°C) Experimento 3: _________________________________  _________________________________ Condiciones del aire Tbulbo S(°C) Entrada Salida Velocidad del aire:___________

Tbulbo H(°C)

Tiempo en el secador Tiempo de alimentación: TA (seg) Tiempo Total: TT(min) Características del sólido Masa del sólido húmedo entrada Estufa: MsHeE (g) Masa del sólido húmedo salida Estufa: Es tufa: MsHsE (g) Masa del sólido húmedo entrada al secador: MsHeS (g) Ma Masa sa del del só sólilido do seco seco entr entrad adaa E Est stuf ufa: a: Ms MsSe SeE E (g) (g) Masa del sólido seco salida Estufa: MsSsE (g) Temperatura de entrada del sólido húmedo: TesH(°C) Te Temp mper erat atur uraa ddee ssal alid idaa ddel el só sólilido do se seco co:: Tss TssS( S(°C °C))

Capacidad calo rífica del sílice: 0,136 cal/g.ºC cal/g.ºC Tomado de la Tabla 3-205 Perry Tomo I, pág. 3-176 Diámetro del secador: 0,22 m (0,75 pie) Longitud del secador: 1,4 m (4,6 pie)

 

REPORTE DE DATOS

Experimento 1:___________________________________________________ Experimento 2:___________________________________________________ Experimento 3:___________________________________________________  Condiciones del aire Experimento 1 Tbulbo Tbulbo S(°C) H(°C)

Experimento 2 Tbulbo Tbulbo S(°C) H(°C)

Experimento 3 Tbulbo Tbulbo S(°C) H(°C)

Entrada Salida Velocidad del aire ( ) Tiempo en el secador Experimento 1

Experimento 2

Experimento 3

Tiempo de alimentación: TA (seg) Tiempo Total: TT(min) Características del sólido Experimento Experimento Experimento 1 2 3 Masa del sólido húmedo entrada Estufa: MsHeE (g) Masa del sólido húmedo salida Estufa: MsHsE (g) Masa del sólido húmedo entrada al secador: MsHeS (g) Masa del sólido seco entrada Estufa: MsSeE (g) Masa del sólido seco salida Estufa: MsSsE (g) Temperatura de entrada del sólido húmedo: TesH(°C) Temperatura de salida del sólido seco: TssS(°C) Sección: _______

Grupo: _______ Fecha: _______________________  Integrantes:

Nombre y Apellido

C.I

Firma

 ____________  _______ ____________ __________ ___

___________ _______________ ____

____________ __________________ ________

 ____________  _______ ____________ __________ ___

___________ _______________ ____

____________ __________________ ________

 ____________  _______ ____________ __________ ___

___________ _______________ ____

____________ __________________ ________