Secadores rotatorios

CLCULO DE SECADORES ROTATORIOS
(metodologa para el anlisis energtico)

Curso de las temperaturas a lo largo del secador rotativo

ZONA ll

ZONA l

ZONA lll

X1

Y2

X2

Y1

ts1

ts2

TA2

TA1

Qp

1. Balance de materia y energa para un secador rotatorio.

Donde:

Ss : masa del slido seco/tiempo

X1= humedad del slido (kg de agua/Kg de slido)

Y1= humedad del gas(kg de agua/Kg de slido)

*El signo es en funcin de corriente directa y el + en funcin de

contracorriente

Balance por humedad.

Balance de materia.

en donde: cantidad de aire sat. que dale del sistema de secado

sustituyendo:

Balance de energa

2. Clculo del nmero de transferencia:

NUT el nmero de elemento de transferencia de calor se viene dado por la sig. ecuacin:

ec.1.1

Para la seccin central del secador, en que la temperatura permanece constante e igual a la temperatura hmeda del aire, el nmero 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 integracin de la ec.1.1.

Cuando los perfiles de temperatura para las corrientes gaseosas y slidas son lineales:

Siendo la media logartmica de temperaturas entre el gas y el slido.

Para calcular la altura, ocupamos la ecuacin de Friedman y Marschall:

Con lo que:

*aplicable al intervalo de operacin comprendido entre valores G de 100 y 50000 Kg/m^2*h

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

Para calcular el dimetro del secador, puede efectuarse si se conoce la velocidad msica del aire.

Este clculo se realiza cuando no se conoce el rea de la seccin normal de un secador rotatorio, pero se conoce la cantidad de masa a evaporar y el calor latente de evaporizacin a partir de la temperatura de bulbo hmedo .

Donde:

Wc= cantidad de masa evaporada (Kg de agua/ hr)

= calor latente de vaporizacin a la temp. De bulbo hmedo(tw) (Kcal/kg)

4. Clculo de la cantidad de aire requerido para secar la alimentacin.

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.Clculo del el rea del equipo

.

Donde:

Ga= cantidad de aire requerido en el equipo (Kg/min)

G=velocidad msica del aire (Kg/m^2 min)

Para el elemento de longitud del secador dz el balance

calorfico conduce a:

Calor recibido por el solido = calor cedido por el gas

6. Clculo de la longitud en un secador rotatorio

Donde:

An= rea de seccin normal del secador

a = rea de contacto por unidad de volumen

c = calor especfico del gas

dt = la disminucin de temperatura del gas.

Despejando dz ..

Tomando en cuenta la constancia de Gc/Ua:

Hot = altura del elemento de transferencia de calorG= velocidad msica del aire7. Clculo de la humedad para el aire a la salida del secador

Siendo Hot la altura del elemento de transferencia de calor:

De la ecuacin de balance de materia:

Despejando:

8. Clculo de entalpas para el slido a la entrada y salida del sistema

Donde:

Hs = Entalpa del slido hmedo en ts con respectoal slido y lquido a la temp. de referencia toCs= capacidad calorfica del slido secoCa=capacidad calorfica de la humedad, como un lquido. H= Calor integral de humificacin con referencia al liquido y solido puro, en to.

9.Cantidad de calor que se pierdeDonde:ho=coeficiente de tranferencia de pelcula (W/m^2k)Ao= rea de transferencia To= temperatura promedioT= temperatura de referencia

10.Clculo de las entalpas para el aire a la entrada y salida del sistema

donde i = HA1= entalpa de entrada

Entalpa de salida = HA2 .. del balance de energa:

Despejando HA2

EJEMPLO

APLICACIN DE LA METODOLOGA EN EL SISTEMA DE SECADO

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

Los parmetros que se analizan en este sistema son:

La cantidad de aire necesario, con un dimetro nominal de 0.5

El rea de la seccin normal del secador, si la cedula del recipiente es 40.

La longitud del secador, si Ua= 100 kcal/m^2 hC

SECADOR ROTATORIOS1

GA

S2

GA

CED.40 NOMINAL

rE=ro= 0107m

X1s=0.3Ts1=25CX1h=0.7

ST= 250 kg de producto/hrX2H=0.02X2S=0.98TA1=110Ctw=40CTA2=50CAIRE

TA1=110C

tw=40C

Y1=0.0171 kg de agua/Kg aire

HA1=37.4774 kcal/Kg aire

GA=3865.8061 Kg de aire/hr

Ss=245 kg de NH4SO4SH=5 kg de agua /hrST= 250 kg de producto/hrX2H=0.02X2S=0.98Hs2 =126.9476 Kcal/Kg de NH4SO4Ts2=60C

SOLIDOSs=245 kg de NH4SO4SH=105 kg de agua /hrST=350 kg de producto granular/hrX1s=0.3X1h=0.7Hs1=235.5364 Kcal/Kg de NH4SO4Ts1=25C

TA2=50CY2=0.0402 kg de agua/Kg aireHAsat=49.5049 kcal/Kg aireGAsat=3965.8061 Kg de aire/hrSE=100 kg de agua Eva./hr

SECADOR ROTATORIOS1

GA

S2

GA

CED.40 NOMINAL

rE=ro= 0107m

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