1. Defina la operación unitaria de secado

El secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo. El secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones y con frecuencia, el producto que se extrae de un secador para empaquetado

Existen varios tipos de operaciones de secado, que se diferencian entre sí por la metodología seguida en el procedimiento de secado; puede ser por eliminación de agua de una solución mediante el proceso de ebullición en ausencia de aire; también puede ser por eliminación de agua mediante adsorción de un sólido, y por reducción del contenido de líquido en un sólido, hasta un valor determinado mediante evaporación en presencia de un gas.

2. En el secado ¿hay transferencia de calor y masa simultaneo y si es asi como ocurre?

Si ocurre la transferencia de calor como la de materia.

Se transfiere calor para aumentar la temperatura del solido mojado para evaporar el agua, y es asi que hay un cambio de masa (masa húmeda y masa seca).

%LOD= PESO DE AGUA EN LA MUESTRAPESO DE LA MUESTRA HUMEDA

X 100=¿

La transferencia de calor ocurre a través del flujo de calor como resultado de convección conducción y en ciertos casos como el resultado de la combinación de cualquier de esos efectos.

La transferencia de masa en el secado de un sólido mojado dependerá de dos mecanismos el movimiento interno de la humedad en el sólido que es una función de la naturaleza física interna del sólido y de su contenido de humedad y del movimiento de vapor de agua de la superficie del material como resultado de condiciones externas de temperatura humedad de aire y fluido, área de exposición y presión flotante.

3. Mencione algunas razones para aplicar la operación de secado

Las razones para realizar el secado de un material son tan amplias como la variedad de materiales que necesitan o pueden ser secados. Por ejemplo, algunos polvos necesitan perder humedad antes de ser prensados, asunto que es de importancia en la industria farmacéutica. El secado también puede disminuir los costos de trasportación, pero debe hacerse un balance económico entre el costo de secar una parte de la humedad y el de transporte del resto. Es importante evitar hacerlo en exceso ya que implica el gasto de más energía y en ocasiones, la degradación del producto.

Tenemos el ejemplo de la madera; el secado de la madera se efectúa con el fin de protegerla contra el ataque de los hongos de pudrición, facilitar su trabajabilidad y el encolado, dar a la madera una humedad de estabilización que corresponda al ambiente en la que va a dar servicio y de incrementar sus características de resistencia mecánica.

4. Enuncie las formas de expresar el contenido de humedad de un solido

El contenido de humedad de un sólido se expresa comúnmente como el contenido de agua en Kg por unidad de peso del solido seco o mojado.

Contenido de humedad, base seca: x

Contenido de humedad, base húmeda:

5. Que es la humedad libre ,la humedad equilibrio y la humedad crítica Humedad de equilibrio (X*) : Cuando un sólido húmedo se pone en contacto, con

aire de temperatura y humedad determinadas y constantes, se alcanzaran las condiciones de equilibrio entre el aire y el sólido húmedo. Se logran las condiciones de equilibrio cuando la presión parcial del agua que acompaña al sólido húmedo es igual a la presión de vapor del agua en el aire.

seco sólido Kg

humedadKgX

seco sólido Kg humedadKg

humedadKg húmedosólido Kg

humedadKg

Curvas de equilibrio a 25°C para diferentes sustancias

Humedad libre : Es la diferencia entre la humedad del sólido y la humedad de equilibrio con el aire en las condiciones dadas: F=X - X*. Es la humedad que puede perder el sólido después de un tiempo de contacto con el aire en las condiciones dadas y constantes.

Humedad crítica : La humedad crítica de un sólido es el punto que separa los dos períodos de secado antecrítico y poscrítico.

Período antecrítico: Es el período de tiempo en el que la velocidad de secado es constante, desde la humedad inicial hasta la humedad crítica.

Período poscrítico: Es el período de tiempo en el que la velocidad de secado disminuye hasta llegar a un valor de cero. Este período empieza con la humedad crítica hasta la humedad de equilibrio.

6. Como se obtendría gráficamente la humedad crítica y la humedad de equilibrio

7. De que depende la humedad critica en una operación de secado

El valor de la humedad critica depende de las condiciones del aire de secado y del espesor del material a secar (en la tabla 9-1 se dan las humedades críticas para el secado de algunos materiales en las condiciones usuales de secado); para la mayor parte de las sustancias este valor ha de determinarse experimentalmente.

8. Tipos de curvas que se obtienen de un operación de secado

Un proceso de secado es usualmente descrito por diagramas construidos con las siguientes coordenadas.

Contenido de humedad del material contra tiempo de secado(curva de secado)

Velocidad de secado contra contenido de humedad del material (curva de velocidad de secado)

Figura 3. Curva de velocidad de secado vs humedad.Generalmente se pueden apreciar dos partes notorias de la curva de régimen de secado: un período de régimen constante y uno de caída de régimen, aunque teóricamente existen o se pueden apreciar tres etapas del proceso o períodos de secado.Etapa A-B: Es una etapa de calentamiento (o enfriamiento) inicial del sólido normalmente de poca duración en la cual la evaporación no es significativa por su intensidad ni por su cantidad. En esta etapa el sólido se calienta desde la temperatura ambiente hasta que se alcance el equilibrio entre el enfriamiento por evaporación y la absorción de calor de los gases. Este equilibrio se alcanza a la temperatura de bulbo húmedo del gas.Etapa B-C: Es el llamado primer período de secado o período de velocidad de secado constante; donde se evapora la humedad libre o no ligada del material y predominan las condiciones externas. En este período el sólido tiene un comportamiento no higroscópico. La velocidad de secado se mantiene constante si el gas tiene un estado estacionario y en general depende solo de las propiedades y velocidad del mismo. Si durante el proceso, el gas se enfría, la velocidad de secado decrece pero sigue en esta zona dependiendo de factores externos al sólido. Durante este período la temperatura del sólido se mantiene igual a la de bulbo húmedo del gas, ya que se mantiene el equilibrio alcanzado al final de la etapa de calentamiento.Etapa C-E: Es el segundo período de secado o período de velocidad de secado decreciente; donde se evapora la humedad ligada del material y predominan las condiciones internas o las características internas y externas simultáneamente. En estas condiciones el sólido tiene un comportamiento higroscópico. Durante el período, la temperatura del material sobrepasa la de bulbo húmedo debido a que el descenso de la velocidad de secado rompe el equilibrio térmico que mantiene estable la temperatura y una parte considerable del calor se emplea en un calentamiento del sólido. Ahora la

humedad deberá ser extraída del interior del material con el consiguiente incremento de la resistencia a la evaporación.Este período de velocidad decreciente puede dividirse en dos partes, con diferentes comportamientos de la velocidad de secado, la cual decrece cada vez mas al diminuir la humedad del sólido. Esto implica dos modelo de secado diferente en dicha zona.Un parámetro muy importante a determinar en los materiales a secar es la humedad a la cual se cambia del primero al segundo período, llamada humedad crítica. Esta depende del tipo del material y de la relación de secado en el primer período.

Temperatura de material contra contenido de humedad (curva de temperatura)

Estas curvas son obtenidas bajo condiciones de laboratorio donde se mide el cambio de masa y temperatura con el tiempo a base de muestreo. El proceso de secado es obtenido con estado estable teniendo Tg , ug y Y como constantes. Usando aire caliente como el agente de secado. La letra Yes el contenido de humedad absoluta de masa de aire.Esto quiere decir el peso de masa de vapor de agua por peso de masa de aire seco.

9. Que periodos de secado se observan en una curva de secado

CURVA DE SECADO: ESTE Tipo de curva nos muestra el contenido de humedad a través tiempo en el proceso de secado. En el periodo inicial de secado, el cambio de humedad en el material está ilustrado en la curva A-B. Al terminar este periodo de secado toma una forma lineal del tipo X= f(t) en este periodo la velocidad de secado es constante (recta B-C).El se mantiene igual hasta que llega a un punto crítico(punto C),donde la línea recta tiene que curvearse y formar una asíntota con el contenido de humedad Xeq donde es el valor mínimo de humedad del proceso de secado esto quiere decir que el punto E jamás es tocado.La recta B-C es llamado el periodo de velocidad de secado constante, y al siguiente periodo de secado se conoce como el periodo de caída de velocidad del secado.

10. Que operaciones utilizarías para el tiempo de secado

De esta forma el modelo que permite realizar el ajuste a las curvas y estimar el tiempo de secado es el siguiente:

Este método ha sido probado en la práctica para el estudio de la cinética de secado de sólidos porosos y capiloporosos.Novoa (1995) estima el coeficiente de transferencia de masa mediante la expresión:Kg = ms·k·( xi - xeq)/Adonde:k = coeficiente de velocidad de secado (min-1)Kg = coeficiente de transferencia de masa (kg/m2 · min)ms = peso del material seco( kg)xi = humedad del material en un instante de tiempo ( kg/kg)xeq = humedad de equilibrio ( kg/kg)x1eq = contenido de humedad del material durante el período inicial de secado o humedad crítica ( kg/kg)x0 = humedad inicial del material ( kg/kg)

11. Describa algunos tipos de secadores y como se clasifican.

Tipos de Secaderos

Directo (Aire)

ContinuoDiscontinuo

Indirecto (fuente térmica)

Secaderos de calentamiento directo

Secaderos de bandejas Secaderos de lecho fluidizado Secaderos de túnel. Secaderos de cama vibratoria. Secaderos sprays. Secaderos rotatorios.

Secaderos de calentamiento indirecto

Secaderos de bandejas al vacío. Secaderos de bandejas a presión

atmosférica. Secaderos por congelación. Secaderos de tambor. Secaderos con circulación a través

del lecho.

Clasificación

Secaderos de calentamiento directo

Secadero de flujo transversalLa corriente de aire caliente fluye desde los costados del túnel. Los hay que proveen calor desde un solo lateral, no son los más convenientes, y los que suministran calor desde ambos lados del túnel y a lo largo del recorrido.

Secadero de lecho fluidizadoLa suspensión, introducida por medio de la tobera de pulverización en la cámara de producto, da lugar a la formación de las partículas fluidizadas hasta que se vuelven a caer en el lecho fluidificado debido a su peso.

Secadores RotatoriosConsiste en una coraza cilíndrica sostenida sobre engranes, de manera que pueda girar sobre su propio eje. Tiene una tubería que impulsa a los sólidos alimentados para que fluyan hasta la salida del secador al mismo tiempo que los remueve para lograr un mejor secado de los mismos.

Secaderos de calentamiento indirecto

Secador de tambor rotatorioConsta de un tambor de metal calentado, en las paredes se evapora el líquido, mientras una cuchilla metálica, raspa lentamente el sólido, para que descienda por el tambor, hasta la salida.Este tipo de secadores son típicos del trabajo con pastas, suspensiones, y soluciones. El tambor resulta como un híbrido entre un secador y un evaporador.

Secador al vacíoSecado por lotes, funciona de manera similar al secador de bandejas. Formado por un gabinete de hierro con puertas herméticas, para trabajar al vacío y de anaqueles dónde se colocan las bandejas con los materiales húmedos. Estos secadores pueden ser utilizados para secar materias termolábiles, como lo son algunos materiales biológicos y en ocasiones los farmacéuticos.La conducción de calor en este tipo de secadores es por radiación desde las paredes metálicas del secador. La humedad extraída del material es recogida por un condensador dispuesto en el interior.

12. ¿Cómo opera el secador que se usara en la práctica?

Secado por microondas

Las microondas son parte del espectro electromagnético y en consecuencia, se componen de campos magnéticos y eléctricos. En el calentamiento de alimentos por microondas, los campos eléctricos interaccionan con las moléculas de agua e iones en el alimento, generando calor en forma volumétrica en el interior del mismo. La estructura de la molécula está constituida por un átomo de oxígeno, cargado negativamente y dos átomos de hidrógeno, cargados positivamente. La molécula de agua es un dipolo eléctrico que, cuando se lo somete a un campo eléctrico oscilante de elevada frecuencia, los dipolos se reorientan con cada cambio de polaridad. Así se produce la fricción dentro del alimento que hace posible que el mismo se caliente. La diferencia principal entre las microondas y la radiación infrarroja es que las microondas inducen una fricción entre las moléculas de agua, que provoca calor; en cambio, la energía infrarroja es simplemente absorbida y convertida en calor. El calor generado por las microondas no es uniforme. En el interior de los alimentos, se producen gradientes de temperatura que ocasionan la difusión del agua y provocan 35cambios en las propiedades de éstos que a su vez tienen efecto sobre la generación de calor.

13 ¿Cómo funciona una bomba Nash o de vacío?

La bomba de vacío, es una bomba de tipo desplazamiento centrífugo que consiste en un rotor redondo con múltiples aspas curvadas hacia adelante, dispuestas entre bridas que giran alrededor de un eje hueco que presenta cuatro orificios dispuestos en los cuatro cuadrantes, dos de los cuales funcionan como orificios de admisión y los otros dos como de descarga; los orificios comunican por el citado eje con las correspondientes tuberías de aspiración y de impulsión.

El rotor gira dentro de una caja de sección elíptica y no toca a la superficie interna en ningún punto. El cierre hidráulico se mantiene mediante un líquido que gira arrastrado por las aspas, adaptándose a la forma geométrica de la caja a causa de la fuerza centrífuga, por lo cual se separa y se acerca dos veces al eje durante una revolución completa.

Este movimiento del líquido actúa a modo de pistón en los espacios libres entre las aspas, provocando la aspiración del gas y descargándolo en el cuarto de revolución siguiente a una presión mayor.Todos los cierres de esta bomba son seguros, eliminándose en ella, prácticamente, todo rozamiento entre metales. El aparato puede trabajar sin dificultad con gases húmedos o que arrastren salpicaduras de líquido.

A la bomba se le agrega una pequeña cantidad de líquido continuamente para compensar el calentamiento producido por el calor de compresión. El residuo se descarga de la bomba en el aire y es retirado por un simple deflector separador.

14. Describa la forma como utilizara el equipo de secado en la práctica.

Pondremos la muestra húmeda en placas Petri para realizar el secado de esta en el microondas.

Se utilizara 10 muestras enumeradas que primeramente fueron pesadas luego se colocaran todas en el microondas y se irán sacando estas del microondas cada 15 segundos por orden.

Al final se dejara la muestra 10 hasta que se obtengan un dato constante de esta.

SECADOR ROTATORIO

1 ¿Qué tipo de materiales se secan en los secadores rotatorios?

En la industria química su mayor uso es el secado de:

Sales fertilizantes: como el sulfato nitrato y fosfato de amonio, sales potásicas y fertilizantes.

Productos granulares.

Minerales en polvo en plantas de chancado, concentración y fundición.

Materiales inorgánicos: criolita, carbonato de calcio ultra fino, dióxido de teluro, dióxido de manganeso, fluoruro de sodio, caolín, silicato de circonio, silicato de aluminio, zinc.

Polímeros: PE, polvo de caucho estireno-butadieno, resinas sulfatadas fenólicas, resinas de cloruro de polivinilo, acetato de polivinilo.

Colorantes y pigmentos: índigo, cromato de plomo, cromato de estroncio, rojo reactivo X-3B, azul brillante reactivo KN-R, Amarillo.

2 ¿Cómo opera un secador rotatorio y cuales son sus partes de fundamentales?

Funcionamiento

El secador consiste de un tambor que gira sobre su eje central por el que circula el material a secar. Por el interior del tambor se introduce una corriente de aire caliente que será simultáneamente el medio de transmisión de calor y vehículo para el transporte de humedad.

Por el interior del tambor puede hacerse circular aire o gases de combustión ya sea en paralelo o a contracorriente con el flujo del material que se quiere secar.

El sólido se transporta de un extremo a otro del tambor mediante un pequeño desnivel del cilindro que desplaza al producto por deslizamiento sobre la superficie interior del tambor.

Los secadores también están provistos de unas aletas interiores que levantan el material y lo dejan caer por gravedad al girar el tambor. Parte del material, los finos, son arrastrados por la corriente de aire de la que se eliminan mediante un separador ciclónico que se encuentra a la salida del aire.

Partes Fundamentales

3 ¿Que medios emplean estos secadores para llevar acabo el secado?

Existen algunos tipos, en los cuales el calentamiento se provee por medio de una camisa exterior al tambor, por la cual se hace circular el vapor o algún otro medio de calentamiento. Estos últimos secadores favorecen el sobrecalentamiento que puede afectar al material a secar, si éste no es estable a temperaturas mayores que la del secado.

4 ¿Que variables afectan el secado en estos secadores?

Las variables que afectan al secado en un secador de este tipo son: temperatura; humedad y velocidad del aire; permanencia del material dentro del secador, que dependerá de la rapidez de giro del cilindro y de la inclinación del mismo; número de aletas que tenga el tambor y de las características particulares del material a secar, tamaño, porosidad, densidad, etc.

5 ¿A qué temperatura se efectúa el secado en un secador rotatorio?

En los secadores rotatorios, la temperatura de secado es la temperatura de saturación adiabática del aire entrante.

6 ¿En qué periodo se lleva acabo el secado en estos secadores?

En los secadores rotatorios, el secado se lleva a cabo en el período a velocidad constante.

PARTE DE CESAR

4. Aparte de funcionar como secador, ¿qué otras aplicaciones podría tener?

También puede ser utilizado en muchas aplicaciones industriales de los sectores cerámico, químico, alimentario, farmacéutico.

Deshidratar leche, levaduras, alimentos infantiles, cerveza, suero o tofu, entre otros; para micronizar lactosa o almidón de maíz o para microencapsular aceite de soja utilizando maltodextrinas como matriz.

Por ejemplo, en industria farmacéutica se desea producir gránulos huecos y porosos que actúen como portadores de fármacos. Por el contrario, para optimizar el proceso de proyección por plasma de materiales, es necesario hacer uso de gránulos de elevada densidad y compacidad.

En el caso de la industria de detergentes, la microestructura interna y la porosidad de los gránulos también debe ser la adecuada para permitir la retención de agentes activos en su interior.

5. ¿Qué dispositivos se utilizan en estos equipos para llevar a cabo la pulverización?

El fluido es atomizado en millones de micro gotas individuales mediante un disco rotativo o boquilla de pulverización. A través de este proceso el área de la superficie de contacto del

producto pulverizado se aumenta enormemente y cuando se encuentra dentro de la cámara con la corriente de aire caliente de secado produce la vaporización rápida del solvente del producto, generalmente agua, provocando frigorias en el centro de cada micro gota donde se encuentra el sólido, que seca suavemente sin gran choque térmico, transformándose en polvo y terminando el proceso con la colecta del mismo.

6. De que variables depende el comportamiento de un secador por atomización

Dentro de las variables que influyen en el proceso se puede distinguir entre aquellas propias de la suspensión:

densidad de la suspensión contenido en sólidos viscosidad tensión superficial temperatura de la suspensión estado de desfloculación distribución de tamaños de partícula de las materias primas

Y las del equipo de secado:

Temperatura de entrada. Caudal del aire. Caudal de la bomba dosadora. humedad relativa del aire de secado presión de inyección Concentración del producto a secar. diámetro de salida del inyector

7. ¿A qué temperatura se lleva a cabo el secado?

El proceso de secado puede considerarse cuando la diferencia entre el valor obtenido por el contenido de humedad del material en dos medidas consecutivas no exceda + 0.05ºC. La literatura indica que este proceso es más rápido cuando se lleva a cabo a 130 -150ºC.

8. ¿En estos equipos la velocidad de transferencia de masa se ve controlada por la resistencia en la fase gaseosa o por la resistencia en la fase liquida?

El primer sistema de proceso (SdePI) está constituido por la fase líquida, que corresponde a la solución a secar que entra a la torre (corriente 1). Dicha solución, contiene los sólidos a secar, encapsulados en una matriz. De éste sistema de proceso salen dos corrientes: la primera corriente corresponde a la transferencia de masa hacia el SdePIII (corriente 3) y la segunda corriente representa los sólidos secos que salen de la cámara. Estos últimos se denominan sólidos secos pero aún conservan cierta humedad.

El segundo sistema de proceso (SdePII) constituye la fase gaseosa, contiene toda la información respecto a la evolución del aire del sistema. A éste sistema de proceso ingresan dos corrientes; la primera corriente corresponde al aire con el cual se va a secar la solución (corriente 2) y la segunda corriente (corriente 3) proviene del SdePI, del sistema de proceso dos, sale la corriente 5 la cual corresponde al aire húmedo luego de realizar el secado.

El tercer sistema de proceso (SdePIII) representa la mezcla entre las corrientes de sólidos secos (corriente 4) y aire húmedo (corriente 5) provenientes de los SdePI y SdePII respectivamente; la transferencia de masa que da lugar a la desecación de los sólidos y la humidificación del aire toma lugar en un sólo espacio físico con una sola corriente de salida (corriente 6).

La dinámica del primer sistema de proceso se da por el intercambio en la humedad entre la solución entrante y el aire.

9. El tiempo que pasan las gotas en la cámara de secado ¿afecta la transferencia de masa?

A medida que transcurre el proceso de secado y se modifica la humedad de la gota, tienen lugar una serie de transformaciones que confieren al gránulo unas determinadas características morfológicas y micro estructurales. Durante el primer periodo de secado, debido a que la energía superficial de la interfase sólido-vapor es mayor que la correspondiente a la interfase líquido-vapor, las partículas se desplazan hacia el interior de la gota para minimizar la energía superficial. Esta migración de sólido favorece que la superficie de la gota se encuentre saturada de humedad prolongándose el primer periodo de secado. Si la velocidad de reordenación de partículas hacia el centro de la gota es mucho más lenta que el secado, se alcanzará una situación en la que la superficie no puede conservar la condición de saturación y las partículas colapsan formando una

costra. A partir de ese instante el gránulo deja de contraer, se inicia el segundo periodo de secado y la humedad presente en el gránulo corresponde a la humedad crítica.

A medida que la costra empieza a formarse se genera una fuerza capilar debido a los meniscos de líquido entre partículas que hacen que éstas se aproximen y se mantengan unidas en la superficie. Por otra parte, cuando una cantidad pequeña de agua se evapora se transmite un flujo de calor desde la superficie de la gota hasta el aire. En la superficie se crean gradientes locales de temperatura que causan el desplazamiento termoforético de las partículas hacia la interfase líquido-vapor debido al enfriamiento por evaporación, provocando la acumulación de partículas en la interfase. De esta forma, durante el segundo periodo de secado el retroceso del plano de evaporación provoca un aumento de la densidad de partículas en la superficie, y la costra crece progresivamente desde la superficie del gránulo hacia el interior como resultado de la incorporación progresiva de partículas a la costra.

La formación de gránulos huecos con poro central o gránulos compactos depende de que las partículas tengan la capacidad y el tiempo necesario para reordenarse.

10. Aparte del aire caliente, ¿qué otros medios se utilizan para secar?

La calefacción del aire puede realizarse por combustión directa de un gas o fuel-oil en el seno de la corriente de aire, que si bien proporciona el máximo rendimiento no se utiliza en alimentación, pues los productos pueden contaminarse o adquirir sabores y colores extraños.

11. El secado a operar trabaja en ¿corriente paralela o a contracorriente?Contracorriente: el producto es atomizado únicamente a través de la boquilla del pulverizador y siempre en dirección opuesta al flujo de aire del secado, que sale de abajo para arriba encontrándose con el producto pulverizado. Una vez seca la partícula sólida, ella se eleva conjuntamente con el aire del secado y vapores del solvente perdiendo humedad y saliendo por el techo de la cámara. Este modo es apto para productos que requieren

temperatura o tratamiento térmico durante el secado las temperaturas en la descarga de producto del secador son usualmente más altas que las de aire de salida.

12. ¿Qué pasaría si el líquido que está saliendo por la esprea chocara contra las paredes del secador?

Algunos productos son altamente higroscópicos, lo que hace que las partículas se aglomeren, para ello de utiliza aditivos que absorben humedad. En el caso de jugo de frutas se encuentran problemas como adhesión de partículas en las paredes del secador, lo cual se disminuye por enfriamiento, colocando una atmosfera de aire en el fondo de secador y transfiriendo a una atmosfera de baja humedad.