Secado por aspersión - LOU II

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

Departamento Académico de Ingeniería Química

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 PI 136 B - Laboratorio de Operaciones Unitarias II

Secado por aspersión

Profesor:

Ing. Enrique Filiberto Neira Montoya

Realizado por:

Mendoza Sullón Diego Alexis.                   20151375H

Revilla Torres, Javier Jason                          20151099K

Soncco Hancco, Alexis John                         20110257K

Lima - 18/06/2020

INDICE

Introducción        3

1.        Objetivos        3

2.        Fundamento Teórico        4

3.        Datos        10

4.        Resultados        12

5.        Discusión de Resultados        13

6.        Conclusiones        14

7.        Bibliografía        15

Anexos        16

Introducción

“Secado generalmente se refiere a la remoción de líquido de un sólido por evaporación” (Perry, 1984).

El secado es el proceso más antiguo usado para la preservación y conservación de alimentos, siendo uno de los métodos comunes vigentes de mayor importancia en todos los sectores de la industria manufacturera para la producción de productos sólidos.

El secado de alimentos es un proceso que involucra la transferencia simultánea de masa y energía. El entendimiento de estos dos mecanismos en el alimento a secar y el aire o gas de secado, así como de las propiedades fisicoquímicas, de equilibrio y transporte de ambos sistemas, son de vital importancia para modelar el proceso y realizar el diseño de un equipo de secado. (Crapiste, 1997).

Las operaciones de secado y deshidratación son importantes en la industria de química y de alimentos. Por ejemplo, en el secado de frutas el objetivo principal es remover agua del sólido hasta un nivel en donde el crecimiento microbiológico y la deterioración por reacciones químicas sean minimizadas.

Uno de los métodos de secado más comúnmente utilizado en esta operación es el secado por aspersión. Usa un dispositivo conocido como aspersor o atomizador, el cual transforma o “pulveriza” la mezcla líquida de alimentación para lograr una mayor velocidad y eficiencia en el proceso. Es necesario conocer el esquema general que representa un secador por aspersión a nivel de laboratorio, así como los parámetros que se manejan y controlan en los procesos realizados por esta operación.

1. Objetivos

1.1.  Objetivo general

Estudiar el equipo de secado por aspersión, así como los fenómenos y las variables involucrados en dicho proceso.

1.2.  Objetivos específicos

Realizar el balance de masa y energía en el equipo de secado por aspersión en procesos adiabáticos y no adiabáticos.

Realizar el cálculo de las eficiencias térmicas para el equipo de secado por aspersión en procesos adiabáticos y no adiabáticos.

Determinar el valor del calor perdido Qp para cada uno de tres juegos de datos asumiendo un proceso no adiabático.

1. Fundamento Teórico

Conceptos generales

Humedad: Referido a la cantidad de agua presente en un sólido.

Contenido de humedad en base seca o humedad absoluta : Referido a la cantidad de agua presente en una muestra respecto a la cantidad de materia seca. Se representa por la relación de pesos, ya sea de forma numérica decimal o porcentual. [pic 2]

Contenido de humedad en base húmeda: Referido a la cantidad de agua presente en una muestra respecto a la cantidad de materia total (agua + materia seca). Se representa por la relación de pesos, ya sea de forma numérica o porcentual. Se relaciona con la humedad en base seca mediante la siguiente forma:

Humedad en equilibrio : Referido al valor de humedad presente en un sólido cuando se encuentra en equilibrio dinámico humedad del vapor. Es decir, la cantidad de agua que se vaporiza del sólido es la misma a la cantidad de agua que ingresa, para un mismo tiempo dado.[pic 3]

Humedad ligada: Referido a la cantidad de agua presente en un sólido siempre y cuando esta cantidad se encuentre por debajo del valor de humedad en equilibrio. Es decir, es la humedad que no se puede liberar en forma de vapor de manera espontánea.

Humedad libre: Referido a la cantidad de humedad en un sólido que se encuentra en exceso a la cantidad de humedad en equilibrio.

Humedad retenida: Es la máxima cantidad de humedad que puede retener un sólido.

Humedad no retenida: Es cantidad de agua en exceso que un sólido ya no puede retener.

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Figura 1 Tipos de humedad / Fuente: (Treybal, R., 1988)

Psicrometría

La psicometría permite determinar las propiedades termodinámicas de las mezclas entre gases y vapores. Su uso más frecuente se da en la mezcla aire y vapor de agua, debido a la gran cantidad de aplicaciones industriales. Las cartas psicométricas están dadas para una misma presión, motivo por el cual solo es necesario conocer 2 parámetros más para poder determinar todas las demás propiedades. Las propiedades que se relacionan en una carta psicométrica, son:

Temperatura de bulbo húmedo [pic 5]

Temperatura de bulbo seco [pic 6]

Humedad relativa [pic 7]

Humedad absoluta [pic 8]

Entalpía de saturación [pic 9]

Volumen Específico [pic 10]

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Figura 2 Carta psicométrica / Fuente: (Perry, R., 2018)

Secado

El secado es una operación unitaria destinada a la remoción del contenido líquido volátil de una mezcla sólido-líquido mediante su evaporación, empleando una corriente gaseosa como fluido separador. Esta operación se realiza bajo condiciones controladas de presión y especialmente de temperatura. Durante la operación, se llevan a cabo fenómenos de transferencia de masa y calor, simultáneamente, y que favorecen al éxito de la operación.

El sistema más comúnmente tratado es el de agua-sólido y como fluido separador, el aire. En la vida cotidiana, es común observar procesos de secado como por ejemplo: el secado de la ropa al aire libre, secado del cabello mediante una secadora de mano, secado de materiales húmedos en una estufa, el secado espontáneo de la arena de mar, etc. La remoción de humedad libre es el objetivo de estos fenómenos de secado. Este tipo de humedad, a condiciones normales, siempre se encuentra presente en todos los materiales del ambiente, cuya cantidad depende de la naturaleza química del material, la cantidad de vapor de agua contenida en la atmósfera y las condiciones de presión y temperatura de la misma.

La importancia y utilidad de la operación de secado reside en lo siguiente:

Incremento de la vida útil del producto.

Mejor manejo en el embarque y/o transporte.

Reducción de costos de almacenamiento y ahorro de espacios.

Existe diferentes equipos que se usan industrialmente para la operación de secado, entre ellos se encuentran: secadores de rotatorios, secadores de tambor, secador de túnel, secadores de banda continua y secadores de aspersión. Este último es el método de secado a tratar en el presente informe.

Secado por aspersión. La operación de secado por aspersión (spray dryer) es un método de secado que consiste en la transformación física de una corriente de alimentación (mezcla líquida) a un producto sólido y seco. Esto es favorecido por la pre-reducción a partículas diminutas mediante un aspersor, con el fin de acelerar el proceso mediante el incremento de su área de transferencia. Un esquema general de un secador por aspersión es el siguiente:

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Figura 3  Secado por aspersión (Nichols Engineering and Research Corp.) / Fuente: (Treybal, R., 1988)

La Figura 3 esquematiza los componentes y flujos presentes en un sistema de secado por aspersión continuo. La corriente  denota el flujo de alimentación hacia la cámara de secado, esta corriente en la práctica de laboratorio de  es la mezcla de leche con humedad retenida a secar. La corriente  es el flujo de sólido con bajo porcentaje de humedad, dependiendo de la eficiencia de secado. El flujo  es la corriente de aire húmedo usada para el secado de la mezcla de leche con agua retenida. Esta corriente de gas es tomada directamente de la atmósfera para luego ser precalentado una temperatura de una temperatura  a    por unas resistencias para ingresar a la cámara de secado, con el fin de reducir su humedad relativa y lograr un mayor nivel de secado del producto. La corriente  es la misma corriente de aire seco pero con un nivel de humedad relativa mucho mayor, debido a que remueve gran parte de la humedad contenida en el flujo de alimentación de leche. [pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]

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