curvas velocidad secado

Universidad Austral de Chile Instituto de Ciencia y Tecnologa de los Alimentos (ICYTAL) Asignatura: Operaciones Unitarias (ITCL 238) Prof. : Elton F. Morales Blancas

SECADO DE SLIDOS POR LOTES CURVAS DE VELOCIDAD DE SECADO

1. CINTICA DE SECADO

Se define la velocidad de secado por la prdida de humedad del slido hmedo en la unidad de tiempo, y ms exactamente por el cociente diferencial (-dX/dt) operando en condiciones constantes de secado, es decir con aire cuyas condiciones (temperatura, presin, humedad y velocidad) permanecen constantes con el tiempo.

Analticamente, la velocidad de secado se refiere a la cantidad de rea de superficie de secado, de acuerdo con la ecuacin:

R SA

dxdt

=

siendo:

S = peso de slido seco

A = rea de la superficie expuesta

R = velocidad de secado

2. CURVA DE LA VELOCIDAD DE SECADO -GRFICA En la Figura 1b empezando con un tiempo cero, el contenido inicial de humedad libre corresponde al punto A. Al principio, el slido suele estar a una temperatura inferior a la que tendrn al final, y la velocidad de evaporacin ir en aumento. Al llegar al punto B, la temperatura de la superficie alcanza su valor de equilibrio. Por otra parte, si el slido est bastante caliente al principiar la operacin, la velocidad de secado puede iniciarse en el punto A. Este periodo inicial de ajuste con estado inestable suele ser bastante corto y generalmente se ignora en el anlisis de los tiempos de secado.

La curva de la Fig. 1a es recta entre los puntos B y C por lo que la pendiente y la velocidad son constantes durante este periodo. Este periodo de velocidad constante de secado corresponde a la lnea BC en la Fig. 1b.

En el punto C de ambas grficas, la velocidad de secado comienza a disminuir durante el perodo de velocidad decreciente, hasta llegar al punto D. En este primer periodo de velocidad decreciente, la velocidad corresponde a la lnea CD en la Fig. 1b y por lo general es lneal.

En el punto D, la velocidad de secado disminuye con ms rapidez an, hasta que llega al punto E, donde el contenido de humedad de equilibrio es X*, y X= X*-X* = 0. En el secado de algunos materiales, la regin CD puede no existir o bien constituir la totalidad del perodo de velocidad decreciente.


3. SECADO DURANTE EL PERIODO DE VELOCIDAD CONSTANTE El secado de diversos slidos bajo diferentes condiciones constantes de secado casi siempre produce curvas de formas variables en el periodo de velocidad decreciente, peso en general siempre estn presentes las dos zonas principales de la curva de VELOCIDAD DE SECADO: El PERIODO DE VELOCIDAD CONSTANTE y el PERIODO DE VELOCIDAD DECRECIENTE. Durante el primer periodo, la superficie del slido est al principio muy mojada y sobre ella existe una pelcula de agua contnua. Esta capa de agua est siempre sin combinar y acta como si el slido no estuviera presente. La velocidad de evaporacin con las condiciones establecidas para el proceso, es independiente del slido y es esencialmente igual a la velocidad que tendra una superficie lquida pura. Sin embargo, las ondulaciones y hendiduras sobre la superficie del slido ayudan a obtener una velocidad ms alta que la que tendra una superficie completamente plana. Si el slido es poroso, la mayor parte del agua que se evapora durante el perodo de velocidad constante proviene del interior del slido. Este periodo continuar mientras el agua contine llegando a la superficie con la misma rapidez con la que se evapora. La evaporacin durante este perodo es similar a la que existe cuando se determina la temperatura de bulbo hmedo, y en ausencia de transferencia de calor por radiacin o conduccin, la temperatura de la superficie equivale en forma aproximada a la temperatura de bulbo hmedo.

4. SECADO DURANTE EL PERIODO DE VELOCIDAD DECRECIENTE En el punto C de la Fig. 1b corresponde al contenido crtico de humedad libre, Xc. En este punto no hay suficiente agua en la superficie para mantener una pelcula continua. La superficie ya no est totalmente mojada, y la porcin mojada comienza a disminuir durante este periodo de velocidad decreciente, hasta que su superficie queda seca en su totalidad en el punto D de la Fig. 1b. El segundo periodo de velocidad decreciente empieza en el punto D cuando la superficie est seca en su totalidad. El plano de evaporacin comienza a desplazarse con lentitud por debajo de la superficie. El calor para la evaporacin se transfiere a travs del slido hasta la zona de vaporizacin. El agua vaporizada atraviesa el slido para llegar hasta la corriente de aire. En algunos casos no hay una discontinuidad definida en el punto D, y el cambio de condiciones de secado de una superficie con humedad parcial a una superficie completamente seca, es tan gradual que no se detecta un punto de inflexin. Es posible que la cantidad de humedad que se elimina durante el periodo de velocidad decreciente sea bastante pequea, no obstante, el tiempo requerido puede ser bastante largo. En la Fig 1 se ilustra este efecto. El perodo BC para un periodo de velocidad constante dura unas 3.0

Universidad Austral de Chile Instituto de Ciencia y Tecnologa de los Alimentos (ICYTAL) Asignatura: Operaciones Unitarias (ITCL 238) Prof. : Elton F. Morales Blancas hrs. y hace que X disminuya de 0,40 a 0,19, esto es una reduccin de 0,21 kg H2O/kg sl. seco. El periodo de velocidad decreciente CE continua unas 9,0 hr. y X dismunuye de 0,19 a 0.

Efecto de la contraccin Un factor que afecta con frecuencia a la velocidad de secado es la concentracin del slido al eliminarse la humedad.

Los slidos rgidos no se contraen de manera apreciable Los materiales fibrosos, como vegetales y otros productos alimenticios si se contraen. El efecto ms prominente es que puede desarrollarse una capa dura en la superficie del slido, que resulta impermeable al flujo de lquido o de vapor y disminuye la velocidad de secado; entre los ejemplos estn la arcilla y el jabn.

En muchos alimentos, si el secado se realiza a temperaturas muy altas, se forma en la superficie una capa de celdillas contradas que se adhieren unas a otras formando un sello. Esto representa una barrera a la migracin de la humedad, y se conoce con el nombre de endurecimiento superficial. Otro efecto de la contraccin es la causa de que el material se deforme y cambie su estructura. Esto puede suceder, por ejemplo, en el secado de madera.

Algunas veces, para disminuir estos efectos del secado, resulta aconsejable secar con aire hmedo. As se disminuye la velocidad de secado de tal manera que los efectos de la contraccin, evidenciados por deformacin o endurecimiento de la superficie, se reducen notablemente.


CONSTRUCCIN DE UNA CURVA DE VELOCIDAD DE SECADO

EJEMPLO: En las experiencias de secado efectuadas en condiciones constantes de secado

sobre un material dispuesto en planchas de dimensiones 30x20x1 cm, se han obtenido los datos mostrados en la siguiente pgina. El peso de los slidos secos es 350 g.

a) Construir la curva de velocidad de secado en las condiciones de experimentacin, si el secado se efecta por ambas caras.

b) Calcular las humedades crtica y de equilibrio. SOLUCIN: En la figura adjunta se presenta el Peso total versus el tiempo. Para cualquier punto de la curva, la pendiente en ese punto dar el valor de dX/dt. Como la cantidad de slido seco es constante, la variacin de humedad con el tiempo ha de ser igual a la variacin de peso total con el tiempo. Por lo tanto, es lo mismo representar el peso total frente al tiempo que la humedad total frente al tiempo.


CINTICA DE SECADOCURVA DE LA VELOCIDAD DE SECADO -GRFICASECADO DURANTE EL PERIODO DE VELOCIDAD CONSTANTESECADO DURANTE EL PERIODO DE VELOCIDAD DECRECIENTEEfecto de la contraccin

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