practica 2 secado de solidos informe

PRACTICA N 2SECADO DE SLIDOS

Williams Sanquiz C.I.: 20.254.136; Wileyma Jurez C.I.: 20.553.416; Asdrubal lvarez C.I.: 21.155.239; rea de Tecnologa, Departamento de Energtica, Laboratorio de Operaciones Unitarias II. Prof. Johemar Almera. Programa de Ingeniera Qumica. Seccin #53. Fecha: 13-02-13

Resumen: El secado de slidos es un proceso donde ocurre un intercambio simultneo de trasferencia y masa, entre el aire suministrado y el slido, hay transferencia de energa de los alrededores para evaporar la humedad de la superficie, para que el secado pueda iniciar es necesario que la humedad gane calor de sus alrededores para que pueda evaporarse. En esta prctica se utilizo un secador rotatorio el cual consta de un cilindro hueco que gira sobre su eje, con una ligera inclinacin a la salida. Donde la alimentacin (en este caso granos de slice) entra por la parte superior y se deslazan por el cilindro a medida que este gira, el calentamiento se lleva a cabo por contacto directo de gases calientes mediante a un flujo en contra corriente. Se realizaron 3 experimentos que varan en temperatura y velocidad de flujo( experimento 1: una resistencia encendida-baja velocidad, experimento 2: dos resistencias encendidas-baja velocidad, experimento 3: dos resistencias encendidas-alta velocidad) obteniendo as humedades relativas de 0.06 para los 3 experimentos, el tiempo de retencin calculado fue de 5 minutos, 4,5 minutos y 4,22 minutos respectivamente verificando que a mayor velocidad hay una menor retencin dentro del equipo, al igual se identifico que en el experimento 3 hay menor cantidad de calor perdido.

1.- INTRODUCCIN.

El secado de slidos consiste en separar pequeas cantidades de agua u otro lquido de un material slido con el fin de reducir el contenido de lquido residual hasta un valor aceptablemente bajo, estos lquidos o agua pueden separarse de forma mecnica mediante prensas o centrifugas o bien de modo trmico mediante la evaporizacin, en la prctica se utilizo el secado por vaporizacin trmica, siendo el secador rotatorio el equipo utilizado.

Un secador rotatorio consiste en una carcasa cilndrica giratoria, dispuesta de forma horizontal o ligeramente inclinada hacia la salida.

La alimentacin hmeda entra por un extremo del cilindro, el producto seco se descarga por el otro, al girar la carcasa cilndrica unas pestaas internas levantan los slidos para dejarlos caer en forma de lluvia en el interior de la carcasa.

Los secadores rotatorios se calientan por un contacto directo del gas con los slidos, por gas caliente que pasa por un encamisado interno, o por vapor de agua que condensa en un conjunto de tubos colocados sobre la superficie interior de la carcasa (este ltimo es llamado secador rotatorio con tubos de vapor de agua).

Por lo general es ms econmico secar slidos con mtodos mecnicos que con los mtodos trmicos, por lo tanto es aconsejable reducir el contenido de lquido tanto como sea posible antes de alimentar el material a un secador trmico. La prctica que lleva por nombre Secado de Slidos presenta como objetivo general evaluar las principales variables que controlan el proceso de secado de un secador de slidos.

El cumplimiento de dicho objetivo se llevar a cabo observando el funcionamiento de un secador rotatorio y evaluando la influencia de las variables tales como: velocidad de flujo, temperatura, humedad relativa del aire, tiempo de resistencia, velocidad de transferencia de calor, inclinacin del secador, sobre la eficiencia del proceso de secado, 2.- DATOS EXPERIMENTALES.

Tabla 1. Datos del experimento usando dos resistencias y mxima velocidad del aire.

Tbs (C)Tbh (C)

Entrada4331

Salida3727

Velocidad del aire (m/s)1,2

Tiempo de alimentacin (s)2

Tiempo de salida primera particula (s)10

Tiempo total (min)5,15

MsHeE (g)10

MsHsE (g)9,5

MsHeS (g)30

MsSeE (g)29

MsSsE (g)28,5

Temperatura de entrada del solido (C)30

Temperatura de salida del solido (C)35

Tabla 2. Datos del experimento usando una resistencia y baja velocidad del aire.

Tbs (C)Tbh (C)

Entrada5431

Salida3829





MsHeE (g)10

MsHsE (g)9,6

MsHeS (g)30

MsSeE (g)27

MsSsE (g)26,9



Tabla 3. Datos del experimento usando dos resistencias y minima velocidad del aire.

Tbs (C)Tbh (C)

Entrada6032

Salida3430





MsHeE (g)10

MsHsE (g)9,4

MsHeS (g)30

MsSeE (g)26,1

MsSsE (g)25,8



3.- RESULTADOS.

Tabla 5. Resultados obtenidos en el experimento usando dos resistencias y maxima velocidad del aire.

EntradaSalida

Humedad del slido0,050,017

Humedad absoluta del aire0,024

Humedad relativa del aire41%45%

Tiempo de retencin (min)

Calor perdido (Kj/s*m2)

Coeficiente volumtrico (BTU/h*F*pie3)

Calor utilizado para secar (Kcal/h)

Tabla 6. Resultados obtenidos en el experimento usando una resistencia y baja velocidad del aire.

EntradaSalida


Humedad absoluta del aire0,022






Tabla 7. Resultados obtenidos en el experimento usando dos resistencias y minima velocidad del aire.

EntradaSalida


Humedad absoluta del aire






4.- ANLISIS DE RESULTADOS.

Se realizaron tres experimentos durante la prctica de secado de slidos, los cuales consistieron en una resistencia encendida-baja velocidad; dos resistencias encendidas-baja velocidad y dos resistencias encendidas-alta velocidad.

Para cada uno de ellos el tiempo de retencin calculado fue de 5 minutos, 4,5 minutos y 4,22 minutos, respectivamente verificando que a mayor velocidad y a mayor temperatura hay una menor retencin dentro del equipo ya que al aumentar estas variables, el peso de los granos de slice disminuye rpidamente por la prdida de humedad, lo cual facilita la salida del slido al estar ms ligero.

En cada uno de los experimentos se report un secado del slido, debido a que la humedad en la salida es menor a la humedad en la entrada. Sin embargo, se report la misma consecuencia para la humedad del aire.Hay que recordar que muchos slidos exhiben diferentes caractersticas de humedad en el equilibrio, segn que el equilibrio se alcance por condensacin (adsorcin) o evaporacin (desercin) de la humedad. (Treybal)

Si se alcanza por condensacin de la humedad, el slido (ms seco que el aire) gana humedad, y el aire pierde humedad. Caso contrario a si se alcanza por evaporacin de la humedad.

Debido a que (segn los resultados obtenidos) el slido sale con menor contenido de humedad del secador, por teora, el aire debera de presentar mayor contenido de humedad en la salida ya que ste esta ganando dicha humedad.

Pero esto no ocurre, es decir, el aire est saliendo ligeramente ms seco. Para que esto suceda, el slido debera de haber sido capaz de condensar parte de esa humedad y ganarla, lo cual no concuerda con los datos numricos obtenidos, ya que como se mencion anteriormente, si se evidencia un secado del slido.

Ahora bien, la humedad del aire en la entrada y salida del secador se determina por medio de diagramas psicomtricos, empleando la temperatura de bulbo seco y bulbo hmedo, por lo que se puede deducir que el inconveniente puede deberse a que estas temperaturas no fueron ledas o medidas correctamente al momento del secado.

5.- CONCLUSIONES.

Se observ el funcionamiento de un secador rotatorio.

Se determin el coeficiente volumtrico.

Se determin la eficiencia de un secador rotatorio a diferentes condiciones de operacin (Variando temperatura del aire y la velocidad del flujo del aire).

6.- RECOMENDACIONES.

Al momento de medir las temperaturas de bulbo hmedo y bulbo seco, quien realiza la operacin debe tomar la lectura sin descuidar el contacto entre el termmetro y el aire que fluye dentro del secador. Como consecuencia a esto, se podran llegar a obtener lecturas equivocadas. 6.- BIBLIOGRAFA.

Himmelblau D. Principios Bsicos y Clculos en Ingeniera Qumica. Prentice Hall. 6ta Edicin. 1997. Pg. 493.

McCabe W. Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. McGraw Hill. 7ma Edicion. 2007. Pgs.: 833, 857.

Henley E. & Rosen E. Clculo de Balances de Materia y Energa. Revert, S.A. Reimpreso 2002. Pg. 512.

Colaboradores de Wikipedia.Calor especfico[en lnea]. Wikipedia, La enciclopedia libre, 2013 [fecha de consulta: 11 de febrero del 2013]. Disponible en .

7.- APNDICE.

7.1.- CON LOS DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS EN LA PRCTICA.

Determinando la humedad de entrada y salida del slido del secador.

Para determinar la humedad de entrada del slido se usa la siguiente ecuacin:

Donde: Humedad del slido en la entrada. Masa del solido hmedo entrada de la estufa. Masa del solido hmedo salida de la estufa.

Para el experimento 1:

Sustituyendo:



Para determinar la humedad de salida del slido se usa la siguiente ecuacin:

Donde: Humedad del slido en la salida. Masa del solido seco entrada de la estufa. Masa del solido seco salida de la estufa.


Sustituyendo:



Determinando la humedad absoluta y relativa de entrada y salida del aire del secador y propiedades necesarias utilizando el diagrama psicomtrico.

Donde: Humedad absoluta del aire a la entrada y salida, respectivamente. Humedad relativa del aire a la entrada y salida, respectivamente. Temperatura de bulbo seco a la entrada y salida, respectivamente. Temperatura de bulbo hmedo a la entrada y salida, respectivamente. Entalpia del aire a la entrada y salida del secador, respectivamente. Volumen especifico del aire.

Con la intercepcin de dos propiedades (las temperaturas de bulbo hmedo y seco) se ubican en el diagrama psicomtrico los dems parmetros a determinar.


Entrada:

Leyendo en el diagrama psicomtrico, se determina:

Humedad absoluta:

Humedad relativa:

Entalpia:

Volumen especifica:

Salida:

Leyendo en el diagrama psicomtrico, se determina:

Humedad absoluta:

Humedad relativa:

Entalpia:

Volumen especifica:


Entrada:

Salida:


Entrada:

Salida:

Estimando el tiempo de retencin del slido dentro del secador para cada experimento.

Donde: Tiempo de retencin. (s) Tiempo total del secado. (s) Tiempo de alimentacin del slido. (s)

Para el experimento 1: ;

Sustituyendo:



Determinando el calor perdido por el secador.


El calor perdido de calcula despejndolo de un balance de energa aplicado al secador, el cual queda de la siguiente manera:

Despejando a nos queda que:

Donde: Flujo de slido libre de humedad. Entalpia del slido a la entrada y salida del secador, respectivamente. Flujo de aire libre de humedad. Entalpa del aire a la entrada y salida del secador, respectivamente. Calor perdido en el secador.

Primeramente se deben calcular las entalpas del slido a la entrada y salida, para ello se usan las siguientes ecuaciones:

Donde: Capacidad calorfica del slido (gel de slice). Capacidad calorfica de la humedad lquida. Humedad del slido a la entrada. Temperatura del slido a la entrada y salida del secador, respectivamente. Temperatura tomada como referencia.

Con: ; ;

Como la temperatura tomada como referencia es igual a la temperatura de entrada del slido, automticamente la entalpia del solido a la entrada del secador es cero:

Para la entalpa del solido a la salida del secador, se sustituyen los valores correspondientes y se calcula:

El flujo de slido libre de humedad se determina mediante la siguiente expresin:

A su vez:

Donde: Flujo de slido en la entrada. Masa del slido alimentado. Tiempo de alimentacin. rea del secador.

Cuyos valores corresponden a:

Sustituyendo los valores en la ecuacin del flujo de solido libre de humedad nos queda lo siguiente:

Por medio de un balance de materia en el secador se obtiene el flujo de aire libre de humedad, el cual se expresa de la siguiente forma:

Despejando a

Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene:

Finalmente, sustituyendo todos los valores en la ecuacin del calor perdido, nos queda:

El signo negativo indica que, efectivamente, esa es la cantidad de calor perdido durante el secado.

Para el experimento 2:Con: ; ;

Para el experimento 3:Con: ; ;

Determinando el coeficiente volumtrico de calor experimental y el calor utilizado para secar.


Para ello se utiliza la correlacin de Friedman y Marshal, cuya expresin es la siguiente:

Donde: Coeficiente volumtrico en BTU/h*F*pie3 Flujo de aire seco en lb/pie2*h Dimetro en pies.

Realizando las conversiones correspondientes se tiene:

Sustituyendo los valores en la expresin del coeficiente volumtrico nos queda:

El cual equivale a:

Para determinar el calor utilizado para secar, se emplea la siguiente ecuacin:

Donde: Calor utilizado para secar, Kcal/h Coeficiente volumtrico de transferencia de calor, Kcal/h*m3*C Volumen del secador, m3 Diferencia media de temperatura.

Dentro de lo cual:

Sustituyendo los valores en la ecuacin del calor utilizada para secar:


El cual equivale a:


El cual equivale a:

Adicionalmente, para estos datos experimentales, es posible determinar la eficiencia trmica global y evaporativa del proceso de secado.

Para la eficiencia termina global se usa la siguiente expresin:

Donde: Eficiencia trmica global. Temperatura de bulbo seco en la entrada Temperatura de salida de los gases como si la operacin fuese verdaderamente adiabtica. Temperatura ambiente.

Por medio del diagrama psicomtrico se determina , cuyo valor obtenido fue:

Tomando como , la temperatura a la que se encontraba el slido antes de entrar al secador, sustituimos y obtenemos:

Para la eficiencia evaporativa, la expresin es:

Donde: Eficiencia evaporativa. Temperatura de saturacin.

La temperatura de saturacin se determina mediante el uso del diagrama psicrometrico. Este valor es de:

Sustituyendo los valores correspondientes:

practica 2 secado de solidos informe

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