Secadores Rotatorios OPll-Yajis

CÁLCULO DE SECADORES ROTATORIOS

(metodología para el análisis energético)

ZONA lll

ZONA ll

ZONA l

Curso de las temperaturas a lo largo del secador r

1. Balance de materia y energía para un secador rotatorio. Qp

X1 ts 1 Y2 TA2

X2

ts2 Y1 TA1

Donde: Ss : masa del sólido seco/tiempo X1= humedad del sólido (kg de agua/Kg de sólido) Y1= humedad del gas(kg de agua/Kg de sólido) *El signo – es en función de corriente directa y el + en función de contracorriente

Balance por humedad.

•Balance de materia. en donde: cantidad de aire sat. que dale del sistema de secado sustituyendo:

• Balance de energía

2. Cálculo del número de transferencia: NUT el número de elemento de transferencia de calor se viene dado por la sig. ecuación: ec.1.1 Para la sección central del secador, en que la temperatura permanece constante e igual a la temperatura húmeda del aire, el número de elementos de transferencia de calor es: ec.1.2 • • Donde el signo (+) corresponde al flujo contracorriente y el (-)corriente directo. • Para las secciones extremas del secador, el numero de elementos de transferencia de calor se puede calcular por la integración de la ec.1.1.

• Cuando los perfiles de temperatura para las corrientes gaseosas y sólidas son lineales: • • • • Siendo la media logarítmica de temperaturas entre el gas y el sólido. • Para calcular la altura, ocupamos la ecuación de Friedman y Marschall: • • Con lo que: *aplicable al intervalo de operación comprendido entre valores G de 100 y 50000 Kg/m^2*h

• Para calcular el diámetro del secador, puede efectuarse si se conoce la velocidad másica del aire. •

3. Calculo de calor necesario para secar la cantidad del agua presente en el producto.

Este cálculo se realiza cuando no se conoce el área de la sección normal de un secador rotatorio, pero se conoce la cantidad de masa a evaporar y el calor latente de evaporización a partir de la temperatura de bulbo húmedo . Donde: Wc= cantidad de masa evaporada (Kg de agua/ hr) λ= calor latente de vaporización a la temp. De bulbo húmedo(tw) (Kcal/kg)

4. Cálculo de la cantidad de aire requerido para secar la alimentación. Donde QE = cantidad de vapor necesario para evaporizar el producto que se alimenta

Mv= masa molecular del vapor Mg= masa molecular del gas Y=humedad absoluta Pv=presion parcial del vapor de agua (mmHg) Pt= presion total del sistema (mmHg) •

5.Cálculo del el área del equipo . Donde: Ga= cantidad de aire requerido en el equipo (Kg/min) G=velocidad másica del aire (Kg/m^2 min)

6. Cálculo de la longitud en un secador rotatorio Para el elemento de longitud del secador dz el balance calorífico conduce a: Calor recibido por el solido = calor cedido por el gas

Donde: An= área de sección normal del secador a = área de contacto por unidad de volumen c = calor específico del gas dt’ = la disminución de temperatura del gas. Despejando dz ..

Tomando en cuenta la constancia de Gc/Ua:

Hot = altura del elemento de transferencia de calor G= velocidad másica del aire

Siendo Hot la altura del elemento de transferencia de calor:

7. Cálculo de la humedad para el aire a la salida del secador De la ecuación de balance de materia:

Despejando:

8. Cálculo de entalpías para el sólido a la entrada y salida del sistema

Donde: Hs = Entalpía del sólido húmedo en ts con respecto al sólido y líquido a la temp. de referencia to Cs= capacidad calorífica del sólido seco Ca=capacidad calorífica de la humedad, como un líquido. ∆H= Calor integral de humificación con referencia al liquido y solido puro, en to.

9.Cantidad de calor que se pierde Donde: ho=coeficiente de tranferencia de película (W/m^2°k) Ao= área de transferencia To= temperatura promedio T∞= temperatura de referencia

10.Cálculo de las entalpías para el aire a la entrada y salida del sistema

• donde i = HA1= entalpía de entrada • Entalpía de salida = HA2 .. del balance de energía:

Despejando HA2

EJEMPLO APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA EN EL SISTEMA DE SECADO

• Dada la importancia que tienen los secadores en la industria del fertilizante a continuación se analiza el diseño de un secador rotatorio para obtener 250 kg/h de un producto granular(NH4SO4) con humedad del 2% (base húmeda) que entra en el sacador con una humedad del 30% base húmeda). El aire del secado entra en el secador a 110°C con tw=40°C y abandona el mismo a 50°C. La velocidad másica del aire no ha de ser superior a 50 Kg/m^2 min para evitar el arrastre de partículas y la temperatura de entrada y salida del sólido son 25 y 0°C.

Los parámetros que se analizan en este sistema son: • La cantidad de aire necesario, con un diámetro nominal de 0.5” • El área de la sección normal del secador, si la cedula del recipiente es 40. • La longitud del secador, si Ua= 100 kcal/m^2 ST= 250 kg de X1s=0.3 h°C producto/hr

Ts1=25°C X1h=0.7 S1

CED.40 ø NOMINAL ½

X2H=0.02 X2S=0.98 S2

SECADOR ROTATORIO GA

GA TA2=50°C

rE=ro= 0107m

TA1=110°C tw=40°C

SOLIDO

Ss=245 kg de NH4SO4

Ss=245 kg de NH4SO4

SH=5 kg de agua /hr

SH=105 kg de agua /hr

ST= 250 kg de producto/hr

ST=350 kg de producto granular/hr

X2H=0.02

X1s=0.3

X2S=0.98

X1h=0.7

Hs2 =126.9476 Kcal/Kg de NH4SO4

Hs1=235.5364 Kcal/Kg de NH4SO4 Ts1=25°C

CED.40

ø NOMINAL ½

Ts2=60°C

S1

S2 SECADOR ROTATORIO

GA

GA

rE=ro= 0107m

AIRE

TA2=50°C

TA1=110°C

Y2=0.0402 kg de agua/Kg aire

tw=40°C

HAsat=49.5049 kcal/Kg aire GAsat=3965.8061 Kg de aire/hr

Y1=0.0171 kg de agua/Kg aire HA1=37.4774 kcal/Kg aire GA=3865.8061 Kg de