Anallisis de un sistema de secado

ANÁLISIS DE UN SISTEMA DE SECADO

1. OBJETIVOS

1.  DETERMINAR LA VELOCIDAD DE SECADO DE UN SÓLIDO HÚMEDO

1.  DETERMINAR EL TIEMPO DE SECADO DE UN SÓLIDO HÚMEDO

1. RESUMEN (Elaborado por el(la) alumno(a) o el equipo de trabajo después de realizar el experimento)
2. HIPÓTESIS (Propuesta por el(la) alumno(a) o el equipo de trabajo antes de realizar el experimento)
3. MARCO CONCEPTUAL DE REFERENCIA

El secado de sólidos es un método que permite separar un líquido de un sólido húmedo. Esta separación generalmente se consigue evaporando el líquido en una corriente gaseosa, por lo que en una operación de secado deben considerarse mecanismos tanto de transmisión de calor como de transferencia de masa.

El secado puede llevarse a cabo por contacto indirecto o directo. En el contacto directo, el calor requerido para la vaporización del líquido lo proporciona la corriente gaseosa, en tanto que en el contacto indirecto, el calor es proporcionado por una fuente a través de una pared metálica que está en contacto con el material a secar.

La humedad del sólido puede expresarse en base húmeda o base seca, siendo ésta última la que generalmente se emplea debido a que permanece constante durante el periodo de secado.

Es conveniente definir las siguientes cantidades:

X:         Humedad. Es el peso del líquido por unidad de peso del sólido seco (kg líquido / kg sólido seco).

Xe:        Humedad de equilibrio.  Es la humedad alcanzada por el sólido en equilibrio con el vapor del líquido, a determinadas condiciones; en otras palabras, es el límite al que puede llevarse al contenido de humedad de un sólido por contacto con un vapor a cierta temperatura y humedad. En el caso en el que el líquido contenido en el sólido húmedo es agua, se alcanzan las condiciones de equilibrio cuando la presión parcial del agua que acompaña al sólido húmedo es igual a la presión de vapor del vapor de agua del aire. Ahora bien, para un vapor a determinadas condiciones, la humedad de equilibrio es función de la naturaleza del cuerpo, del tipo de superficie y de la temperatura.

Xc:         Humedad crítica. Es la humedad a la cual la velocidad de secado del sólido deja de ser constante.

En la figura 1 se presenta la variación de la humedad con respecto al tiempo en un sólido húmedo sometido al proceso de secado; y en la figura 2 se presenta la variación de la velocidad de secado con respecto a la humedad.[pic 1]

[pic 2]

La velocidad de secado por unidad de área de superficie de secado está dada por:

[pic 3]                                                                        (1)

En donde:

W:         Velocidad de secado del sólido húmedo (kg líquido / m2 ∙h)

M:         Peso del sólido seco (kg sólido seco)

s:         Area de secado (m2)

X:         Humedad del sólido (kg líquido / kg sólido seco)

t:         Tiempo de secado (hr)

A partir de la ecuación (1) es posible determinar una relación entre el contenido de humedad de  un sólido y el tiempo necesario para reducir dicho contenido de humedad hasta algún valor deseado. De la ecuación (1) se obtiene:

[pic 4]                                                                         (2)

C.I. @  t = 0 = Tiempo inicial,  X = X0 = Contenido inicial de humedad

Para obtener el tiempo necesario para disminuir la humedad a un valor X, se integra la ecuación (2), esto es:

[pic 5]                                                                                   (3)

ó

   [pic 6]                                                                                   (4)

La integración de (3) ó (4) implica el conocimiento de W en términos de X, esto es, W(X).

De la figura 2 se observa que, en el periodo en que la humedad del sólido disminuye linealmente con el tiempo de secado, W = constante, (periodo antecrítico). Integrando la ec. (4) con esta condición, desde la humedad inicial hasta la humedad crítica, se tiene:

[pic 7]        [pic 8]

En el periodo de velocidad decreciente (periodo postcrítico), si no se conoce la relación analítica [pic 9], la integración de la ecuación (4) puede hacerse representando a X frente 1/W. El valor de la integral será el área limitada por la curva, entre la humedad crítica y la humedad final o de equilibrio. Así, la ec. (4) tendrá nuevos límites:

[pic 10]

Si la variación de X es de la forma mostrada en la figura 2, la integración de las ecuaciones (3) y/o (4) se puede llevar a cabo en forma numérica utilizando, por ejemplo, la regla de Simpson:

[pic 11]                                     (5)

 Siendo:

h:         intervalo de integración entre punto y punto

n:         número par

f0:         f(a) = valor de la función en el límite inferior

fn:         f(b) = valor de la función en el límite superior

1. REACTIVOS, MATERIALES Y EQUIPO

1.  MATERIALES

12         Vasos de secado (acero inoxidable de 250 ml)

  2         Espátulas medianas

  1         Cronómetro

  2         Vidrios de reloj grandes.

1. REACTIVOS

   1         litro de agua destilada

500 g         de jalilita (recuperable) sólido de propiedades conocidas (poroso, no poroso, granular, etc.)

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