PREPARACION DE UN GRANULADO POR EL METODO DE SECADO POR CONVECCION

1. Definición del producto.

• Granulado: Se puede definir granulado al material formado por un conjunto de múltiple partículas sólidas de cualquier tamaño. El material granular es una de las formas más comunes en las que se presentan los sólidos en la industria mundial. En peso, actualmente se calcula que aproximadamente el 75% de la materia prima y el 50% de los productos de la industria química se manipulan en esta forma (Nedderman 1992). Las industrias química, farmacéutica, agro-alimentaria, minera, metalúrgica y construcción hacen uso de material granular en sus procesos y aplicaciones.1Hasta hace tan sólo una década, los diseños industriales relacionados con material granular, como silos, tolvas y cangilones se basaban en simples estudios experimentales de bajo rendimiento y sin apenas soporte teórico. Los medios actuales permiten un acercamiento más eficaz hacia la optimización de estas estructuras, basándose en resultados más rigurosos y más precisos.(1)

2. Propuesta de un proceso de obtención del producto bajo estudio:

 Obtención de granulados:

3. Definición de la operación unitaria asignada

Secado:

“El secado se refiere generalmente a la remoción de líquido en un sólido por evaporación.”2

El secado es el proceso más antiguo utilizado para la preservación de alimentos, siendo uno de los métodos más comunes vigentes de mayor importancia en todos los sectores de producción de sólidos.

La deshidratación de productos sólidos es un proceso que involucra la transferencia de masa y energía. El entendimiento de esos dos mecanismos, el producto a secar y el aire o gas de secado, así como las propiedades físico- químicas de equilibrio y transporte en ambos sistemas, son de vital importancia para modelar el proceso y diseñar el secador.

Secado por convección

En el secado por convección, el sólido húmedo se seca al pasar sobre o a través de una corriente de gas caliente. El gas caliente sirve para transferir calor al solido y eliminar el vapor formado. Si el gas caliente es suministrado al sistema a temperatura y humedad constante y al alcanzar un cierto grado de humedad, la velocidad comienza a disminuir progresivamente hasta ser nula cuando el material está completamente seco.

El fenómeno que ocurre cuando el contenido de humedad empieza a disminuir al aumentar la velocidad se conoce como humedad critica, pero generalmente el cambio tiende a ocurrir de forma gradual, dentro de un intervalo de humedad como se muestra en esta curva, que es una curva típica de secado por convección.

Figura 1.Tomada de “El secado de sólidos en la industria química”. pág. 9-23. Editorial Reverte S.A.

En algunos casos, el contenido de humedad inicial, puede estar por debajo del valor crítico y el secado transcurrirá completamente con velocidad decreciente sin periodo de velocidad constante.

4. Fenómenos que se asocian a la operación bajo estudio

El elemento fundamental en esta operación es el estudio de la intensidad de transferencia de masa. Esto depende de varios factores tales como condiciones externas, las cuales en definidas por la resistencia a la trasferencia de calor y masa de la capa liquida del gas; condiciones internas las cuales están definidas por la transferencia de calor y masa a través del sólido, en esta última ocurren don procesos simultáneamente locales son fundamentales: transmisión del calor para evaporación del líquido y transferencia de masa en humedad interna y liquido evaporado. Independiente del mecanismo de trasmisión de calor que se utilice el calor debe pasar desde la superficie exterior de contacto hasta el interior del solido; para nuestro caso (secado por convección) el calor necesario para la evaporación del líquido es transmitido por un gas el cual pasa por encima del sólido y lo atraviesa.

5. Fuerza impulsora en el fenómeno

Diferencial en la concentración: Se da una diferencia de concentración del líquido que está presente en el granulo por que la masa inicial del granulado es mayor que la masa del granulado al final del proceso. Esto se da gracias a que hay una transferencia de masa y porque el gas circulante recoge el líquido; la concentración del líquido en el granulo al finalizar la operación es menor que la inicial.

Diferencial en la energía (temperatura): La transferencia del calor se da por medio del gas que va a pasar para poder retirar la humedad del granulado. Este gas contiene diferentes temperaturas al inicio y al final del proceso; este cambio se debe a que el gas recoge moléculas del líquido y por lo tanto su temperatura baja, también porque este trasfiere energía al granulado y esto conlleva a una disminución de la temperatura.

6. Ecuaciones características

La operación de secado por convección es una operación de trasferencia de masa. Esta la podemos expresar mediante la ley de Fick, la cual nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superficie es proporcional al gradiente de su concentración. (3)

En un sistema con dos cámaras separadas por una membrana tenemos la ecuación:

J= D * ∆c/ δ

En donde Dc es la diferencia de concentraciones molares y δ el espesor de la membrana.

En el mismo sistema (dos cámaras separadas por una membrana), el soluto de una cámara irá pasando hacia la otra en función de su gradiente de concentración; la diferencia de concentración entre las cámaras se mide usando el potencial de membrana. Este potencial de cámara está relacionado con la Ley de Nerst:

Donde es la diferencia potencial entre las dos cámaras separadas por la membrana y t+ es número de transporte, relacionado con la carga

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