Carrero L. Greyson RNorley A. Arellano RMara A. Rodrguez S

Facultad de Ingeniera.Escuela de Ingeniera Qumica.Universidad de los Andes.Mrida. Venezuela.

ResumenSe realiz el secado de un slido granular (arroz) mediante un sistema neumtico con fase gaseosa de aire caliente, de tal manera que se formara un lecho fluidizado que permite la transferencia de agua presente en el slido hacia el gas por medio de la difusin. Las variables manipuladas en esta experiencia del laboratorio fueron la temperatura y velocidad del aire que entra al proceso, manteniendo constante el flujo de entrada del slido. A partir de las temperaturas de bulbo seco y hmedo del aire a la entrada y a la salida del secador, as como de las humedades del slido inicial y final se logr caracterizar el proceso determinado porcentaje de rendimiento y finalmente la longitud y dimetro promedio del mismo. Concluyndose que a mayor flujo de aire mayor rendimiento, dimetro y longitud del equipo, y que al desearse mejorar el proceso la influencia del flujo de aire es mayor que la del cambio de temperatura.

Marco tericoLos slidos granulares, fluidizados mediante algn medio de secado como aire caliente, se pueden secar y enfriar en lechos fluidizados. Las caractersticas principales de estos lechos incluyen el flujo tangencial del slido y el gas de secado, un tiempo de residencia controlable de los slidos de segundos a horas y la posibilidad de cualquier temperatura del gas. Es necesario que los slidos fluyan libremente y que tengan un tamao de (0.1 - 36) mm . Puesto que el flujo de masa del gas para los requerimientos trmicos es bsicamente menor que la requerida para la fluidizacin, el lecho se opera en forma ms econmica a la velocidad mnima para la fluidizacin.Los slidos gruesos, demasiado grandes para ser fluidizados fcilmente, pueden manejarse en un lecho de borboteo*. En este caso, el fluido se introduce en el fondo cnico del recipiente para los slidos y no en forma uniforme sobre la seccin transversal. Fluye ascendentemente a travs del centro del lecho en una columna y provoca una especie de surtidor de una fuente de slidos en la parte superior.Los slidos circulan en forma descendente alrededor de la columna de fluido. Este lecho se ha utilizado especialmente en el secado de trigo, guisantes.Si la velocidad del gas en un lecho fluidizado se incrementa hasta la velocidad Terminal de las partculas slidas individuales, estas son levantada del lecho y acarreada junto con el gas fluidizante. Estas mezclas de partculas de slido y gas son caractersticas de los secadores instantneos o neumticos. Los slidos granulares, al fluir libremente, se dispersan en una corriente de gas caliente que fluye con rapidez. Estos tiempos breves de secado limitan el mtodo a los casos en que slo se tiene humedad superficial, en donde no es importante la difusin interna de la humedad dentro del slido. Aunque ya se empezaron a sistematizar los parmetros de rapidez de secado y se prepar un procedimiento de diseo. (Treybal,2003).El secador neumtico se basa en el principio de secado instantneo, el cual es de particular utilidad cuando un slido hmedo se va a secar parcialmente usando un tiempo de contacto muy corto. En este tipo de secador el gas y el slido a secar entran en contacto de tal manera que el slido existe en condicin fluidizada, es decir, que sus partculas se encuentran suspendidas parcialmente en la corriente de aire corriente arriba. Aqu el contacto slido-gas es excelente y resulta en un mejor calentamiento y transferencia de masa que los secadores de lecho esttico y mvil. Este tipo de secado es muy eficiente porque cada partcula es rodeada por una columna de aire produciendo uniformidad de la temperatura, composicin y distribucin del tamao de partcula. El material a secar no debe estar muy hmedo (porque puede hacer que se peguen an ms), ni tampoco ser demasiado friable (porque generara muchas partculas finas) (PERRY,1992).Los secadores neumticos son apropiados para materiales granulados y de movimiento libre cuando se encuentran dispersos en la corriente de gas, de manera que no se adhieren a las paredes del transportador ni se aglomeren; presentan dos caractersticas relevantes: La retencin de una partcula en el sistema es muy breve (dura poco segundos) Posee suficiente energa para completar el trabajo en todos los slidos (o gas) presentes en un instante (McCABE, 2002). La experiencia tiene como objetivo principal estudiar los procesos que se llevan a cabo en el secado de slidos granulados en un secador neumtico. Adems determinar el dimetro del secador, la velocidad terminal de las partculas, coeficiente de transferencia de calor, la longitud del secador y rendimiento del proceso.DIAGRAMA DEL EQUIPO

Figura 2. Secador Neumtico

Torre de SecadoResistencia para el calentamiento del airePanel de controlCicln para la recoleccin del slidoTornillo sin fin Tolva de alimentacinFigura 1. Secador Neumtico

Resultados y discusin

Para la experiencia del uso del secador neumtico se trabajaron dos variables operatorias, el flujo de aire y la temperatura, determinndose la prdida de agua del slido hmedo por diferencia de peso entre la alimentacin y slido a la salida del secador, para analizar el efecto sobre la eficiencia de secado del equipo.

En la tabla 1 se observa las humedades iniciales y finales el proceso adems las temperaturas de bulbo hmedo y seco de entrada y salida con el porcentaje de rendimiento para cada experiencia, siendo las primeras dos con un flujo de aire menor que las ultimas.

Tabla 1 Rendimiento experimental del secador neumtico al variar la temperatura y el flujo de aire de entrada al equipo.

En la tabla1 se visualiza que el proceso de secado se llevo a cabo, en la cual la humedad en el slido disminuyo (X) y la del aire (Y) aumento evidenciando la transferencia de masa desde el slido hacia el aire. Las dos primeras experiencias se utilizo una velocidad del aire de entrada de 6 m/s y en las ltimas dos una velocidad de 7,5 m/s. Evidenciando que para el proceso llevado a cabo en el equipo en cuestin el rendimiento es muy sensible al flujo del aire en comparacin de la temperatura utilizada.

Al comparar las experiencias tres y cuatros llevadas al mismo flujo de aire pero a distintas temperaturas se observa que la variacin del rendimiento no supera cinco unidades. La gran diferencia en el rendimiento de la primera y la segunda experiencia puede ser debido a errores sistemticos ocurridos con la estabilizacin inicial del equipo o tomar las medidas antes que el equipo estabilizara en las condiciones de operacin. Pero sus rendimientos deberan ser cercanos.

En cambio al comparar los rendimientos del proceso a la misma temperatura pero a distintos flujo de aire (experiencia dos y tres o una y cuatro), se observa claramente el aumento exponencial de dicho rendimiento.

Esto es debido que a diferencia del secador rotatorio donde el slido es movido gracias a movimientos circulares y al grado de inclinacin del equipo, por accin de la gravedad. En el secador neumtico el slido debe vencer dicha fuerza por medio del empuje ascendente del aire, es por ello que esta es la variable fundamental que domina el proceso.

Con el uso de balance de energa es posible determinar caractersticas del proceso y predecir un dimetro y longitud del equipo para llevarlo a cabo. En la tabla 2 se observa dichas determinaciones para cada una de las experiencias realizadas, adems los distintos dimetros en funcin de la velocidad del gas utilizando la velocidad terminal calculada (Vt) ms 2,5 m/s. y utilizando la velocidad promedio aportada por un anemmetro.

Tabla 2 Dimetro (D) y longitud (L) del secador neumtico al variar la temperatura y el flujo de aire del equipo.

En la tabla 2 se aprecia que las velocidades encontradas tericamente no discrepan demasiado de los valores reales utilizados por ende los dimetros del equipo estimados no varan en gran magnitud. Adems se observa que a mayor flujo de aire mayor tendr que ser el dimetro del equipo, y que el coeficiente de transferencia de calor se mantiene cuasi constante.

El tiempo de residencia para las experiencias vario de 4segundos para la de menor flujo de gas y 3segundos para el de mayor. Por ende si el tiempo de residencia disminuye el equipo deber ser ms largo para compensar dicho tiempo, es por eso que la tercera y cuarta experiencia las longitudes mas grande.

En consecuencia las mejores condiciones de operacin son a grandes flujos de aire y a temperatura intermedias. Como en la ltima experiencia realizada.

Conclusiones El secado neumtico es satisfactorio para retirar agua de slidos granulares como el arroz. Las velocidades de operacin del aire calculadas fueron cercanas a las reales por lo que se recomiendo el uso del mtodo terico cuando no se disponga de algn dispositivo para medirla. La longitud del secador es inversamente proporcional del tiempo de residencia. El dimetro del secador aumenta con el flujo de aire. El secado neumtico es regido con mayor intensidad por la velocidad del aire que por la temperatura utilizada.

BIBLIOGRAFIA:

Treybal R. Operaciones de transferencia de masa. Mc Graw Hill. Mxico 2003

PERRY, Robert H. Manual del Ingeniero Qumico. Tomo V. Sexta Edicin. McGraw-Hill. New York, 1992. Pg. 20-4 - 20-59.

McCABE; SMITH; HARRIOTT. Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. Sexta Edicin.McGraw-Hill.Mexico, 2002. Pg. 435 873.

AnexosMuestra de Clculo:

1. Humedad en base seca del slido:

2. Clculo del flujo de slido hmedo:

3. Clculo del slido seco:

4. Clculo de la humedad a la salida:

5. Clculo del slido hmedo a la salida:

6. Clculo del rendimiento:

7. Determinacin de la humedad en base seca del aire de entrada y salida (Y1 y Y2):

Donde: Pv = Presin parcial del vapor en el gas (mmHg) P = Presin total (680 mmHg), tomada del laboratorio

Las presiones de vapor se calcularon a partir de la siguiente ecuacin:

Donde: P*= Presin de vapor del liquido a la temperatura de bulbo hmedo (mmHg)

La P* se calculo por la ecuacin de Antoine:

8. Clculo del flujo msico de aire seco (G): Por balance en agua se tiene:

9. Clculo del flujo de aire a la entrada (G1) y a la salida (G2):

10. Determinacin de la densidad del aire (aire): Para ello se calculo un promedio entre la densidad del aire a la entrada y a la salida.

11. Clculo de la viscosidad del aire: Se determin un promedio entre la viscosidad del aire de entrada y a la salida, empleando una relacin polinomial de las viscosidades.

12. /Clculo de la velocidad terminal de las partculas: Se llev a cabo por medio de un tanteo.

a. Suponer un valor de la velocidad terminal de las partculas.b. Calcular el Reynold.

c. Calcular la porosidad.

d. Calcular la velocidad terminal, compara con el supuesto y si es igual al valor supuesto, se cierra el tanteo.

Donde: g = aceleracin de gravedad = 9,81 m/s2solido = densidad del slido = 897 Kgm3

13. Clculo del dimetro del secador:

Donde: Vg = velocidad del aire (asumida como 2,5 m/s superior a la velocidad terminal calculada)G = Flujo masico de aire seco