Informe Final Secado

8/3/2019 Informe Final Secado

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICAMETROPOLITANA

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES, MATEMÁTICA Y DEL MEDIO AMBIENTE

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

SECADO

Trabajo realizado por: Jorge Acuña

Jonquera

Paz Alarcón

Portales



José ArredondoBravo

Fabián ArayaHernández

Profesor: Juan Voss

Santiago de 9 diciembre, 2008

INTRODUCCION

Para la Ingeniería Química, el estudio de secado se refiere a la eliminación

de agua de los materiales de procesos y otras sustancias. El término secado

se usa también con referencia a la eliminación de otros líquidos orgánicos,

tales como bencenos o disolventes orgánicos, de los materiales sólidos.

El secado significa la remoción de cantidades de agua relativamente

pequeñas de cierto material, y en el secado el agua casi siempre se elimina

en forma de vapor con aire.

Los métodos y procesos de secado se clasifican de diferentes maneras; se

dividen en procesos de lotes, cuando el material se introduce en el equipo

de secado y el proceso se verifica por un periodo; o continuos, si el material

se añade sin interrupción al equipo de secado y se obtiene material seco

con régimen continuo. Los procesos de secado se clasifican también de

acuerdo con las condiciones físicas usadas para adicionar calor y extraer

vapor de agua, cabe destacar que existen otras condiciones, pero no las

mencionaremos, para destacar solo la condición que ocupamos en nuestra

experiencia, y es la cual el calor se añade por contacto directo con aire

caliente a presión atmosférica, y el vapor de agua formado se elimina por

medio del mismo aire.

.

OBJETIVOS

• Determinar y analizar las curvas de secado para un trozo de madera,

manteniendo las condiciones de secado constantes (velocidad,

temperatura y humedad del aire).



• Determinar los coeficientes de transferencia de calor y masa

correspondientes a esta experiencia.

• Estudiar los mecanismos por los cuales la humedad interna del sólido

dirige hacia la superficie de este.

MARCO TEORICO

Al representar la humedad del sólido X ( kg de agua / kg SS) versus el

tiempo de secado, operando en condiciones constantes de secado, en tantocircula aire sobre el objeto a secar, se obtienen curvas características para



cada materia o sustancia a secar, en la que puede observarse que al

principio la humedad del sólido disminuye linealmente con el tiempo de

secado- porción recta de la gráfica-, o lo que es lo mismo durante este

período la velocidad de secado (-dX/dt ) permanece constante. Se efectúa el

secado a esta velocidad constante hasta que la humedad del sólido alcanzaun valor crítico Xc, a partir del cual la velocidad de secado disminuye,

anulándose cuando la humedad del sólido alcanza el valor de equilibrio X*,

con el aire en las condiciones constantes de operación, es decir cuando la

humedad libre es cero.

El período de velocidad constante va desde la humedad inicial X0 hasta la

humedad crítica Xc. El valor de la humedad crítica depende de las

condiciones del aire de secado y del espesor del material a secar.

El período de velocidad decreciente se extiende desde la humedad crítica

Xc hasta la humedad final del sólido Xf cuyo valor límite es X*.

Se denomina tiempo crítico de secado al tiempo de secado necesario para

que la humedad del sólido descienda desde su valor inicial al crítico- la

curva de velocidad de secado se separa del comportamiento

INSTRUMENTOS Y EQUIPOS

• Termómetro de bulbo seco

• Termómetro de bulbo húmedo

• Balanza digital

• Rejilla sostenedora – Madera

• Equipo de secado

• Cronómetros



Figura del equipo utilizado

PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTAL

• El equipo estando en marcha y con la configuración de operación quefue dispuesta por el profesor:

• Se procedió a colocar la madera en la superficie de la rejilla ocupando

toda el área de ella .

• Posteriormente estando estables las temperaturas del bulbo seco y

húmedo en : introducimos la rejilla con el sólido en el

equipo, enganchándola en la balanza empezando así el proceso desecado, y a la vez el tiempo cero para nuestra experiencia.

• Procedemos a registrar las variaciones de masa, en intervalos de tiemporegulares de la siguiente forma: cada x minutos durante un tiempo de xminutos, para luego medir cada x minutos, hasta que no registramosuna variación de masa considerable, siendo la última lectura de nuestraexperiencia a los x minutos, donde asumimos que la madera seencontraba completamente seca.



DATOS Y RESULTADOS:

Gráfico #1: Humedad

o sólido

agua

Kg

Kg

sec

v/s tiempo [ ]min

Tiempo [ ]min Humedad

o sólido

agua

Kg

Kg

sec

0.00000 0.286333333

1.00000 0.268222222

2.00000 0.256000000

3.00000 0.243333333

4.00000 0.233777778

5.00000 0.221333333

6.00000 0.211888889

7.00000 0.204444444

8.00000 0.196777778

9.00000 0.188000000

10.00000 0.182888889

15.00000 0.154777778

20.00000 0.133333333

25.00000 0.114444444

30.00000 0.0966666667

40.00000 0.0722222222

50.00000 0.0555555556





Gráfico #2: Humedad media

o sólido

agua

Kg

Kg

sec

v/s Velocidad media

2

*mhr

Kg agua

Vel. media transferencia de masa

2

*mhr

Kg agua

Humedad media

o sólido

agua

Kg

Kg

sec

2.01000 0.208166667

2.07000 0.200611111

2.37000 0.192388889

1.38000 0.185444444

1.15800 0.144055556

1.02000 0.123888889

0.96000 0.105555556

0.66000 0.084444444

0.45000 0.063888889



Tiempo[hr] Peso Total [gr] Humedad Media ∆X ∆t Velocidad [Kg de H20/hr*m2]



0 115,77000

0,277277778 -0,01811111 0,01666667 4,89

0,01666667 114,14000

0,262111111 -0,01222222 0,01666667 3,3

0,03333333 113,04000

0,249666667 -0,01266667 0,01666667 3,42

0,05 111,90000

0,238555556 -0,00955556 0,01666667 2,58

0,06666667 111,04000

0,227555556 -0,01244444 0,01666667 3,36

0,08333333 109,92000

0,216611111 -0,00944444 0,01666667 2,55

0,1 109,07000

0,208166667 -0,00744444 0,01666667 2,01

0,11666667 108,40000

0,200611111 -0,00766667 0,01666667 2,07

0,13333333 107,71000

0,192388889 -0,00877778 0,01666667 2,37

0,15 106,92000

0,185444444 -0,00511111 0,01666667 1,38

0,16666667 106,46000

0,168833333 -0,02811111 0,08333333 1,518

0,25 103,93000

0,144055556 -0,02144444 0,08333333 1,158

0,33333333 102,00000

0,123888889 -0,01888889 0,08333333 1,02

0,41666667 100,30000

0,105555556 -0,01777778 0,08333333 0,96

0,5 98,70000

0,084444444 -0,02444444 0,16666667 0,66

0,66666667 96,50000

0,063888889 -0,01666667 0,16666667 0,45



0,83333333 95,00000

Del primer gráfico se puede apreciar que el tramo en donde la velocidad de secadoes constante corresponde desde el punto (6, 0.211888889) hasta (8,0.196777778), por lo tanto es ahí donde se calcula Rc

Rc = - ∆ X * S = 0.211888889 – 0.196777778 * 0.09 = 2.04[Kg / m2 hr]

∆ t A 0.133333333 – 0.1 0.02

Masa de sólido seco = 90 [gr] = 0.009[Kg]

Área de contacto = 0.02 [m2]

Tº BS = 76.68 ºC = 175 [ºF]

Tº BH = 49.78 ºC = 122 [ºF]

λ = 569.3152 [Kcal/Kg]

Xsaturación = 0.086

Xaire = 0.0714

P sat (psi). T (ºF) T(ºC) △H = hfg (BTU/lb) △H = hfg ( Kcal/Kg)

1,6924 120 48,89 1025,8 569,8319

1,7774 121,604 49,78 1024,8699 569,3152

2,2225 130 54,44 1020,0 566,61

Para efectos de cálculo, la velocidad de transferencia de masa promedio será de:

2.04

2

*mhr

Kg agua

=

=

=

2

2

403.1161

04.2*3152.569

*

mhr

Kcal

mhr

Kg

Kg

Kcal

A

q

R

Acλ



[ ]

=

=

hr

Kcal q

mmhr

Kcal q

22806.23

02.0*403.11612

2

( ) [ ]

=

−

=

−=

C mhr

Kcal h

C

mhr

Kcal

h

T T

A

q

h BH BS

º17483.43

º78.4968.76

403.1161

2

2

( )

( )

[ ]

=

=

=

=

−=

=

−==

hr

Kg K

mmhr

Kg K

mhr

Kg

A

K

Kg

Kg K

mhr

Kg

Kg

Kg K

Kg

Kcal

mhr

Kcal

R

X X K A

q R

oaire

v

oaire

v

oairev

oaire

agua

v

agua

oaire

agua

v

agua

c

aire saturaciónc

sec

2

2

sec

2

sec

sec

2

sec

2

79452.2

02.0*72603.139

72603.139

0146.0*04.2

0714.0086.0*

3152.569

403.1161

**λ



DISCUSION:

El calculo de la tabla de resultados no presento mayores problemas, el realproblema es el calculo de los coeficientes de calor tanto como el de masa, porsobre todo el de masa, el cual en un principio nos daba dimensionalmenteincorrecto. Esto fue por la intoduccion de unidades a los valores de presionesparciales, que son adimensionales. Finalmente se opto por calcular el coeficientede transferencia de masa en factor de las humedades relativas, que al tener masclaro que eran adimensionales no nos dio error en las dimensiones.

La construcción de los gráficos también es un reto, no por el hecho de

construirlos en si, sino por la cantidad de criterios que hay que tener para dibujarlas curvas, como por ejemplo tomar por tramos la velocidad media de transferenciade masa en donde se mantenga semi constante para la construcción del gráficohumedad media v/s velocidad media. La eliminación de algunos puntos en laconstruccion de los graficos fue necesaria para ajustar la curva y ver mejor elcomportamiento constante de la velocidad.

Los problemas no estuvieron ausentes en el practico de este laboratorio,aproximadamente despues de una hora del funcionamiento del secador, la balanzaencargada de pesar el solido humedo fallo por razones desconocidas dando uncambio positivo en la diferencia de masa, lo que causo que el tiempo de recepcion

de datos fuera muy corto lo que a su vez causo la suposicion de la masa de solidoseco y una pobre cantidad de datos para la construcción de tablas.



CONCLUSION:

El secado constituye uno de los métodos que permite separar un líquido de

un sólido. Consiste en la separación de la humedad de los sólidos (o de los

líquidos) por evaporación en una corriente gaseosa.

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. La Humedad de un sólido es el peso de agua que acompaña a la unidad de

peso de sólido seco.

La Humedad de equilibrio: x*, es la humedad del sólido cuando su presión de vaporse iguala a la presión de vapor del gas. Es decir, humedad del sólido cuando estáen equilibrio con el gas

NOMENCLATURA

Fracción Humedad Base Húmeda (XH TH)

Fracción Humedad Base Seca (XH TS)

Velocidad de secado

Peso del sólido seco

Área de la superficie expuesta

http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml


http://www.monografias.com/trabajos/tomadecisiones/tomadecisiones.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE


http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml




http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE




Coeficiente diferencial, velocidad de secado

Intensidad de paso de calor

Velocidad de secado constante

Calor latente de vaporización

Coeficiente de transferencia de calor

Temperatura bulbo seco

Temperatura bulbo húmedo

Coeficiente de masa

Humedad de saturación a la temperatura del sólido –

Temperatura de bulbo húmedo TBH (Xs)

Humedad del fluido gaseoso-aire de secado (X)

APENDICE

El peso total en la grafica corresponde a la medicion hecha de lamadera en el secador.

La humedad total corresponde al peso en gramos del agua en lamadera, se obtiene restando el peso de la madera seca al peso total. Elpeso de la madera seca es 90 gramos.

Como ejemplo ocupare el primer dato en la tabla.

A tiempo = 0 , el peso de la madera humeda fue de 115,77 gramos, como elpeso de la madera es constante e igual a 90 gramos, la humedad total seobtiene:



Humedad total (gr) = 115,77 – 90 = 25,77 gramos de agua

El valor de la Humedad (Quinta columna), esta expresada enKilogramos de agua por Kilogramos de solido seco (Kg agua / Kg solidoseco). Este valor se obtiene dividiendo el valor de humedad total por el pesode la madera seca.

Como ejemplo el primer dato de la tabla.

A tiempo = 0 , la humedad total es de 25,77 gramos, el peso de la maderaseca es de 90 gramos,

La humedad se obtiene;

Humedad = 25,77 (gr de agua) / 90 (gr de madera seca) = 0,28633 (gr deagua / gr de madera seca)

Humedad = 0,28633 (Kg de agua / Kg de madera seca)

La humedad media corresponde a la humedad encontrada promedioencontrada en un intervalo de tiempo, tambien esta expresada enKilogramos de agua por Kilogramos de solido seco. Como se presenta en unintervalo de tiempo, los datos se presentan intercalados contra los demas.

Se calcula como la media aritmetica entre dos valores de humedad y solotiene validez entre los valores de tiempo a los cuales corresponden losvalores iniciales de humedad.

Como ejemplo el primer dato de la columna de humedad media.

A tiempo = 0 (min) la humedad tiene un valor de 0,28633 (Kg agua / Kgsolido)

A tiempo = 1 (min) la humedad tiene un valor de 0,26822 (Kg agua / Kgsolido)

Humedad media = (0,28633+0,26822) / 2 = 0,277275 (Kg agua / Kgsolido)

Y este valor solo tiene validez entre 0 y 1 minuto.

∆X corresponde al diferencial de humedad, se entiende como cuanta aguafue eliminada del solido en un determinado intervalo de tiempo. Se obtienede dos valores de humedad y solo tiene validez en el intervalo de tiempocorrespondiente.

Como ejemplo el primer dato de la columna ∆X.

A tiempo = 0 (Hr), la humedad tiene un valor de 0,28633 (Kg agua / Kgsolido)

A tiempo = 0,01666 (Hr), la humedad tiene un valor de 0,26822

∆X = 0,26822 – 0,28633 = -0,01811 (Kg agua / Kg solido)



El valor resultante es negativo, lo cual tiene sentido ya que esta ocurriendouna perdida de agua por parte de la madera

∆t corresponde al diferencial de tiempo al cual corresponde el valorobtenido anteriormente de ∆X.

Como ejemplo el primer dato de ∆t.

∆t1 = 0,01666 – 0 = 0,01666 (Hr)

La velocidad media de trransferencia de masa se presenta en el graficocomo Kg de agua por metro cuadrado por hora y se obtiene mediante lasiguiente formula:

W = Velocidad media = -(S / A) * (∆X / ∆t)

Donde:

S = Masa del solido seco = 90 gr = 0,09 Kg

A = Area del solido expuesta a la corriente de aire.

El solido tenia 10 cm de largo y 10 cm de ancho, por lo tanto el area de lamadera es de 100 centimetros cuadrados o 0,01 metros cuadrados, perocomo dos caras de la madera estaban expuestas, el Area Expuesta es iguala 0,02 metros cuadrados.

Como ejemplo el primer dato de la tabla de velocidad.

W = Velocidad media = -(S / A) * (∆X / ∆t)

S = 0,09 Kg

A= 0,02 metros cuadrados

∆X = -0,01811 (Kg agua / Kg solido seco)

∆t = 0,01666 (Hr)

W = - (0,09 / 0,02) * ( - 0,01811 / 0,01666) (Kg agua / Hr*m2)

W = 4,8916 (Kg agua / Hr*m2)



BIBLIOGRAFIA

• Título: Problemas de Ingeniería en Química volumen 1 y 2

Autor: Ocón y Tojo

• Titulo: Operaciones de transferencia de masa

Autor: R. Treybal

• Titulo: Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias

Autor: C.J Geankoplis

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