OPERACIONES DE PROCESOS UNITARIOSSECADO-PSICROMETRIA

Prof. Ing. José Huiman Sandoval

2014-IILIMA-PERU

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREALFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

Estudia las propiedades de las mezclas aire-vapor de agua, y también por analogía, los principios que determinan las propiedades y el comportamiento de las mezclas formadas por los llamados gases permanentes y los vapores condensables.

Estudia las propiedades termodinámicas del aire. AIRE: 21% de Oxigeno, 78% de Nitrógeno y otros

gases 1%. INTERES DEL ESTUDIO: Conocer las propiedades

de secado del aire.

OPERACIONES UNITARIASPSICROMETRIAProf. Ing. José Huiman Sandoval

PRESION DE VAPOR DE AGUA: Es la presión ejercida por el vapor de agua en el aire húmedo.

HUMEDAD RELATIVA(HR): Es la relación de la fracción molar(o presión de vapor) de agua en el aire a la fracción molar(o presión de vapor saturado) en el aire saturado a la misma tº y presión atmosférica. P/E En Chosica HR 78%.

RELACION O RAZON DE HUMEDAD(w): Es la masa de vapor de agua contenido en el aire húmedo por unidad de masa de aire seco. w= w aire húmedo -agua/w aire seco

TEMPERATURA DE BULBO SECO(Tbs): La tº del aire húmedo indicado por un termómetro ordinario.

DEFINICION DE TERMINOS

PUNTO DE ROCIO O TEMPERATURA DE SATURACION(Ts): Es la tº a la cual la humedad del aire se condensa, cuando se enfría a presión y humedad constantes.

ENTALPIA(H) DE UNA MEZCLA DE AIRE Y AGUA: Es el calor contenido en al aire húmedo por unidad de masa de aire seco por encima de cierta tº de referencia.

VOLUMEN ESPECIFICO(V)DE AIRE HUMEDO: Es el volumen por unidad de masa de aire seco.

V= V aire húmedo/w aire seco

DEFINICION DE TERMINOS

PRESIONES PARCIALES: LEY DE DALTON Ptotal= PO2 + PN2 + Potros vapor PO2 + PN2= Presión del aire seco Aplicando la Ley General de los gases ideales,

considerando el aire como gas ideal PV = RTm PaVa = maRaTabs Haciendo lo mismo para el vapor de agua

PvVv = mvRvTabs La ecuación de Clausius Clapeyron expresa el

cambio de la presión de vapor con la tº que puede usarse para calcular la presión de vapor de agua del aire húmedo dPv/dTabs = hfg/TabsVv

RELACIONES DE LOS GASES PERFECTOS DE LAS PROPIEDADES DE AIRE HUMEDO

CARTA PSICROMETRICA O DIAGRAMA PSICROMETRICO

1. HUMIDIFICACION 2. ENFRIAMIENTO 3. CALENTAMIENTO 4. OPERACIONES MIXTAS 5. DESHUMIDIFICACION

USO DE LA TABLA PSICROMETRICA O DIAGRAMA PSICROMETRICO: CALCULOS

1. Determine de la carta psicrometrica las propiedades del aire húmedo a Tbs= 29,4ºC y Tbh= 21,1ºC

2. El grano(caliente) de un silo va a ser enfriado con aire de 100% de HR, una Tbs= 4,4ºC y un caudal volumétrico de aire o velocidad de aire V= 1 699,2 m3/h. Si las condiciones del aire ambiental son de Tbs= 29,4ºC Tbh= 21,1ºC, determine la cantidad de calor y humedad que tiene que eliminarse por hora del silo.

PROBLEMAS

CALOR SENSIBLE: Es aquel que recibe un cuerpo sin cambiar su estado físico mientras sube su tº.Una sustancia recibe o cede CALOR LATENTE cuando cambia de estado físico y permanece la tº constante. Los calores latentes varían con la tº, con la sustancia y con el estado físico de los cuerpos.Al sumar calor sensible y calor latente se obtiene calor o sea el CAMBIO DE ENTALPIA(H) o de energía interna de una sustancia al pasarla de una tº a otra.DATOS:1J= 9,484 x 10-4 Btu 1kJ= 0,9478 Btu 1 kJ/s= 1 kW= 3 412 Btu/h= 1,341 HPCalor especifico (Ce) Ce= 1 kJ/kg.ºK =0,2388 Btu/lb.ºFConductividad térmica K= 1 kW/m.ºK = 577,7 Btu/pie.h.ºFCoeficiente de transferencia calorífica(h) h= 1 kW/m2.ºK= 176,1 Btu/pie2.h.ºfDensidad(d) d= 1 kg/m3 = 0,06243 lb/pie3

CALOR SENSIBLE Y CALOR LATENTE

3. El grano de un silo va a ser deshidratado con aire a una Tbs= 43,3ºC y una V= 1699,2 m3/h(velocidad del aire). Si las condiciones del aire ambiental son: Tbs= 29,4ºC Tbh= 21,1ºCDeterminar la cantidad de calor sensible requerido por hora para calentar el aire , si la humedad promedio del aire, después del secado es del 85%. Calcule la cantidad de humedad eliminada del grano por hora.4. En un secador de grano a contracorriente al flujo de aire húmedo que sale de la sección de enfriamiento.Aire que sale: 1 699,2 m3/h Tbs= 35ºC Tbh= 31,1ºCSe mezcla con aire ambiental: V= 1 699,2 m3/h Tbs= 12,8ºC Tbh= 10ºC . Antes de que la mezcla se dirija al quemador: Determine las Tbs Tbh de la mezcla(antes de que llegue al quemador).

PROBLEMAS

5. En una Región tropical de Perú se instala una Planta Agroindustrial y se desea proporcionar condiciones de aire de procesamiento de 15ºC(Tbs) y 80% de HR. El aire del ambiente esta a 31,5ºC y 90% de HR. Si el método elegido consiste en enfriar el aire hasta que condense suficiente agua para reducir su contenido en el aire y si es necesario, recalentarlo. Determine:a. La tº a la cual debe se enfriado el aire(Tbh)b. La cantidad de agua eliminada por horac. El recalentamiento necesario.La sala de procesamiento tiene a acondicionar tiene un V= 1 650 m3 y se necesitan 6 cambios de aire/h.

PROBLEMAS

6. Se insufla aire a 50ºC y 8% de HR a través de un secador continuo , del cual sale a tº= 35ºC. Estime la cantidad de agua eliminada por kg de aire( wagua/wkg de aire=) y el volumen de aire de secado requerido para eliminar 20 kg de agua/h.

7. Un silo con grano (maíz)va a ser deshidratado con aire a una Tbs= 43,3ºC y V= 28,3 m3/min. Si las condiciones del aire ambiental son: Tbs= 29,4ºC Tbh= 21,1ºC HR promedio del aire en la salida del proceso de secado es 85%.. Determine la cantidad de calor sensible requerido por hora para calentar el aire. También calcule la cantidad de humedad eliminada del grano por hora.

PROBLEMAS

8. Aire a 20ºC y 80% de HR es enfriado hasta una Tbh de saturación de 11ºC, si la velocidad másica o flujo másico es 1 275 kg/h, encuentre:a. La humedad eliminada del aire/h.b. El calor eliminado para condensar la humedad.c. El calor sensible eliminado.d. La cantidad total de calor(Q) eliminada.9. En un secador de contraflujo se mezclan 142 m3/min de aire que proviene de la sección de enfriamiento con 227 m3/min de aire de la sección de secado. El aire de la sección de enfriamiento esta a 27ºC y 70% de HR; el aire de la sección de secado esta a 46ºC y 60% de HR. Calcule:e. La entalpia b. Humedad absoluta c. Tbs d. Tbh de la

mezcla.

PROBLEMAS

Es uno de los métodos mas antiguos para conservar alimentos.

Se entiende por secado de los alimentos la extracción deliberada del agua que contienen, operación que se lleva a cabo en la mayoría de los casos evaporando el agua por adición de su calor latente de vaporización(Lv)

Intervienen dos factores importantes: a. Transmisión de calor, para suministrar el calor latente de vaporización necesario. b. Movimiento del agua o del vapor de agua a través de producto alimenticio y su separación del mismo.

SECADOProf. Ing José Huiman Sandoval

PROCESOS DE SECADO: A. Secado por contacto con aire a presión atmosférica en el que se transmite calor a la sust. alimenticia bien por medio de aire caliente o bien por superficies calientes, y se extrae el vapor de agua juntamente con el aire. B. Secado a vacío: Utiliza la propiedad de que la evaporación del agua tiene lugar mas fácilmente a presiones reducidas. La transmisión de calor se produce casi siempre por conducción y raras veces por radiación. C. Liofilización: El vapor de agua se extrae por sublimación desde el alimento congelado; la estructura de la sust. alimenticia se conserva mejor, siendo necesario mantener en el secador las temperaturas y presiones adecuadas para asegurarse de que tiene lugar la sublimación.

SECADO