Secado de Soliddsos_ OPII_2015

TEMA I (PARTE 2)

SECADO DE SÓLIDOS

SECADO DE SÓLIDOS

Definición

Secar un sólido significa eliminar cantidades relativamente pequeñas

de agua, o de cualquier otro líquido con el fin de reducir el contenido

de humedad. En general, esto ocurre por evaporación de la humedad

del sólido en una corriente gaseosa. Por lo tanto, se deben tener en

cuenta los mecanismos de transmisión de calor y transporte de

materia.

En la mayoría de los procesos de secado, la humedad (o líquido a

separar) suele ser vapor de agua, y el gas empleado para el secado

suele ser aire.

MECANISMOS DE SECADO

Mecanismo de secado

Secado directo o adiabáticos

El calor lo proporciona el aire

Continuo

El aire y el sólido entran continuamente en el secadero,

variando a través del mismo las condiciones de ambos

Discontinuo

Una vez cargado el secadero se hace circular aire y se supone que

las condiciones permanecen constantes con el tiempo

Secado indirecto o no adiabáticos

El calor se suministra por una fuente térmica a través de una superficie metálica en contacto con el objeto a

secar

a) Flujo de gas sobre un

lecho estático de

sólidos

b) Flujo de gas a través

de un lecho de sólidos

c) Acción en un

secadero rotatorio

d) Lecho fluidizado de

sólidos

e) Flujo en paralelo gas-

sólido en un secadero

flash de transporte

neumático

SECADEROS DIRECTOS O ADIABÁTICOS

a) Secadero discontinuo

b) Secadero continuo en contracorriente

MODELOS DE TEMPERATURA EN SECADEROS

Fuente: Mc Cabe

EQUILIBRIO ENTRE FASES

Las relaciones de equilibrio importantes en secado son las

correspondientes a la humedad contenida en el sólido y a la del aire

húmedo.

Fuente: Ocon Tojo



Fuente: Treybal

Humedad del sólido (X)

El contenido de humedad del sólido puede expresarse en base seca o

en base húmeda. Para los cálculos de secado resulta más

conveniente referir la humedad en base seca, debido a que esta

permanece constante a lo largo del tiempo.

Base seca

X= masa de agua/masa de sólido seco

Base húmeda

X= masa de agua/ (masa de sólido seco + masa de agua)

Humedad de equilibrio (X*)E

Es el contenido de humedad en un sólido que está en equilibrio con la

presión parcial dada del vapor. Es el límite al que puede llevarse el

contenido de humedad de una sustancia por contacto con aire de

humedad y temperatura determinadas.

Si X > X* se evaporará el agua del sólido hasta X = X*

Si X < X* el sólido absorberá el agua del aire hasta X = X*

DEFINICIONES

DEFINICIONES

.

Humedad de libre

Es la diferencia entre el contenido total de agua del sólido y el

contenido de agua en el equilibrio

F= X – X*

Humedad ligada o agua ligada

Es el valor de la humedad de equilibrio del sólido en contacto con

aire saturado, es decir, la humedad contenida en un sólido que

ejerce una presión de vapor en el equilibrio menor que la del líquido

puro a la misma temperatura.

Humedad no ligada o agua no ligada: Es la diferencia entre la

humedad del sólido y la humedad ligada; o bien la humedad libre del

sólido en contacto con aire saturado. En función de las presiones de

vapor, se refiere a la humedad no ligada como aquella que ejerce

una presión de vapor en el equilibrio igual a la del líquido puro a la

misma temperatura.

La humedad ligada y no ligada depende del

material

La humedad libre y la de equilibrio depende de

las condiciones de secado

OBSERVACIÓN!!

CINÉTICA DEL SECADO

Se define como la pérdida de humedad del sólido húmedo en la

unidad de tiempo operando en condiciones constante de secado

PERÍODOS DE SECADO

1. Humedad del sólido disminuye linealmente con el

tiempo. Periodo de velocidad constante.

2. En el punto crítico w disminuye hasta X* (F=0). Periodo

de velocidad decreciente.

HUMEDAD Y TIEMPO CRÍTICO

Humedad crítica

Es el valor de la humedad a partir del cual la velocidad de secado

disminuye y deja de permanecer constante.

Tiempo crítico

Es el tiempo de secado necesario para que la humedad del sólido

descienda desde su valor inicial hasta el crítico.

PRUEBAS DE SECADO-

DATOS EXPERIMENTALES

Tiempo Masa de sólido húmedo

- -

- -

- -

Cuando la cantidad de

sólido seco es

constante, la variación

de humedad con el

tiempo ha de ser igual

a la variación de masa

total con el tiempo. Por

tanto, es lo mismo

representar la masa

total frente al tiempo

que la humedad total.

PRUEBAS DE SECADO- CURVA DE

VELOCIDAD DE SECADO

Humedad, X Velocidad, W

- -

- -

- -

Tramo AB: representa el periodo de

velocidad constante.

Tramo B0: representa el periodo de

velocidad decreciente

SECADO DE SOLIDOS EJEMPLO 9.2 DEL OCON

TOJO

min h

0 0,00 0,532

10 0,17 0,514

20 0,33 0,496

30 0,50 0,483

40 0,67 0,47

50 0,83 0,462

60 1,00 0,454

70 1,17 0,449

80 1,33 0,443

90 1,50 0,44

100 1,67 0,436

110 1,83 0,434

120 2,00 0,431

Tiempo Valor

medio de XΔT -ΔX/ΔT WX

Agua en

solidoPeso total ΔX

SECADO DE SOLIDOS EJEMPLO

min h

0 0.00 0.532 0.182 0.520

10 0.17 0.514 0.164 0.469 0.49428571 -0.051 0.17 0.308571 0.9

20 0.33 0.496 0.146 0.417 0.44285714 -0.051 0.17 0.308571 0.9

30 0.50 0.483 0.133 0.380 0.39857143 -0.037 0.17 0.222857 0.65

40 0.67 0.47 0.12 0.343 0.36142857 -0.037 0.17 0.222857 0.65

50 0.83 0.462 0.112 0.320 0.33142857 -0.023 0.17 0.137143 0.4

60 1.00 0.454 0.104 0.297 0.30857143 -0.023 0.17 0.137143 0.4

70 1.17 0.449 0.099 0.283 0.29 -0.014 0.17 0.085714 0.25

80 1.33 0.443 0.093 0.266 0.27428571 -0.017 0.17 0.102857 0.3

90 1.50 0.44 0.09 0.257 0.26142857 -0.009 0.17 0.051429 0.15

100 1.67 0.436 0.086 0.246 0.25142857 -0.011 0.17 0.068571 0.2

110 1.83 0.434 0.084 0.240 0.24285714 -0.006 0.17 0.034286 0.1

120 2.00 0.431 0.081 0.231 0.23571429 -0.009 0.17 0.051429 0.15

Tiempo Valor

medio de XΔT -ΔX/ΔT WX

Agua en

solidoPeso total ΔX

CÁLCULO DEL TIEMPO DE SECADO

Duración de secado en condiciones constantes

Se distinguen dos períodos: antecrítico, poscrítico


Periodo antecrítico

Durante este periodo W = constante

Si la humedad final, Xf,es mayor a la humedad crítica ha de

sustituirse Xc por Xf.

S

A

Xi Xc

Wc=


Periodo poscritico

Método gráfico

Si no se conoce la relación analítica W = f(X)

Se grafica 1/W en función de X, el valor de la integral será el área

limitada por la curva, como límites de integración Xc y Xf

Métodos analíticos

Si la velocidad de secado varía linealmente con la humedad desde la

humedad crítica hasta la humedad final. La integración resulta en


Periodo poscritico

Si no conocemos la variación de la velocidad de secado en función

de la humedad, se podría suponer que la variación es lineal desde

la humedad crítica hasta la de equilibrio

Si Xi < Xc, Xi sustituye a Xc.

CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADO

Periodo antecrítico o velocidad de secado constante

La velocidad de difusión a través del sólido es igual a la

velocidad de secado



U: coeficiente integral de transmisión de calor

λi: calor latente de vaporización a la temperatura de interfase

ti: temperatura en la interfase

t: temperatura en el seno del aire

a) Si es por convección del aire a la superficie húmeda

U = hc

Es mas utilizada

hc: coeficiente de convección en las condiciones de trabajo



Para flujo de aire perpendicular a la superficie, con los valores de

G comprendidos entre 4000 y 20000 kg/m2*h puede emplearse la

ecuación



b) Si la transmisión del calor se efectúa por convección y radiación,

el coeficiente integral viene dado por

Para el caso particular de secaderos de bandejas

L: el espesor del material

Húmedo

K: Conductividad calorífica



Condiciones de interfase (Ti, Yi)

Depende del mecanismo de Transmisión de calor

a) Si el calor llega solo por convección a la superficie húmeda, la

condiciones de interfase son prácticamente las mismas que las

de la temperatura húmeda del aire

En realidad siempre hay transmisión de calor por radiación y

conducción y la temperatura de la superficie será un poco

mayor que la temperatura húmeda del aire (del orden de 2 °C)



b) Si la superficie húmeda recibe calor por radiación y conducción

además de la convección, la temperatura de la superficie estará

comprendida entre la temperatura húmeda y la temperatura de

ebullición del agua o líquido a evaporar

c) Si es principalmente por conducción a través del material desde

un foco de temperatura elevada, el agua se separa principalmente

por ebullición

CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADOQ


Cuando el Coeficiente Global de transmisión de calor corresponde

realmente al paso de calor a través de la capa límite se tiene

Se puede resolver por tanteo

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