LAB. OPERACIONES DE

SEPARACION IV

PRACTICA No. 2 SECADOR ROTATORIO

ESTUDIANTE: WONG ONTIVEROS

YANG-LI

PROFESOR: HECTOR ZAMORANO

GARCÍA

BOLETA: 2010320253

GRUPO: 9IV5

Turno Vespertino

Practica No. 2 Secador Rotatorio

Objetivo

En esta práctica se determinara en forma teórica y experimental el tiempo de residencia

en un secador rotatorio operado en flujo paralelo, así como la eficiencia de secado y el

costo por kilogramo de producto. La operación de secado se efectúa con grava húmeda

en contacto directo con el medio secante (aire calentado a fuego directo). Se determina

el contenido de humedad y la temperaturas de bulbo seco y húmedo del medio ambiente

y de la corriente secante (a la salida del secador), también se calculan la cantidad de

agua evaporada, el volumen de los gases de secado y el calor suministrado por el gas

usado.

Marco Teórico

Secado: Operación Unitaria de transferencia simultánea de masa y energía.

Constituye uno de los métodos que permite separar un líquido de un sólido.

Entendiéndose por secado la separación de la humedad de los sólidos (o de los

líquidos) por evaporación en una corriente gaseosa.

El uso de este equipo constituye uno de los procesos mas utilizados para el secado de

una amplia gama de materiales a nivel industrial, esto por que es un método rápido y de

bajo costo unitario cuando se trata de grandes cantidades de material.

En el secador rotatorio, el flujo de aire puede ser tanto en paralelo como a

contracorriente, el material húmedo esta en continuo movimiento gracias a la rotación

del secador, dejándolo caer a través de una corriente de aire caliente que circula a lo

largo del tambor del secador.

Estos equipos son muy adecuados para el secado de productos granulares, la acción de

volcado es beneficiosa, ya que se forma una cortina de arena expuesta perpendicular en

contacto directo con el aire caliente, con lo cual se facilita la salida de la humedad desde

el interior de las partículas.

Este tipo de secadores se pueden diseñar para tiempos de secado desde unos pocos

cientos de kilogramos por hora hasta alcanzar las 200 t/h.

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, Arenas, cemento, azúcar etc.

Secador Roatorio

Tabla datos experimentales

θo=tiempo de operación (min) 20 min

L=longitud del secador (m) 1.877

S=inclinación o pendiente del secador (m/m) 0.085

N=Velocidad de rotación del tambor (rpm) 2.8

D=diámetro del secador (m) 0.252

β=constante que depende del material 29.881

Dp=tamaño de particula de la grava (micras) 0.030 λs=calor latente de vaporización del agua a la temperatura de

bulbo húmedo (kcal/kg) 583.7

Ps=presión de vapor del agua a la temperatura ts (mm Hg) 19.827

Mi=peso de grava alimentada (kg) 5.5 kg

Ms=peso de producto seco (kg) 5.2 kg

Lg=lectura promedio del rotámetro de gas (% flujo) 50 ρg=densidad del gas del combustible a las condiciones de entrada

(g/litro) 2.1

P.C=poder calorífico del gas combustible (kcal/kg) 10986.91

Cps=capacidad calorífica de la grava solida (kcal/kg °C) 0.19 tg1=temperatura del bulbo seco del gas de secado a la entrada del

tambor (°C) 22 tw1=temperatura de bulbo húmedo del gas de secado a la entrada

del tambor (°C) 16 Tg2=temperatura de bulbo seco del gas de secado a la salida del

tambor (°C) 135 tw2=temperatura de bulbo húmedo del gas de secado a la salida

del tambor (°C) 60

ta=temperatura de bulbo seco del aire ambiente (°C) 26 Hv=entalpia de vapor de agua a t2 (kcal/kg) 642. 85

Ha=entalpia de agua a ta(kcal/kg) 26.51

Cg=costo del gas combustible ($/kg) 6.18

Ce=costo de la energía eléctrica ($/Kw h) 1.45

KW=potencia empleada en la transmisión del secador (Kw) 5.5

Desarrollo experimental-analítico

1. Se parte del supuesto que de la práctica “Introducción”, se realizó carta

psicométrica aire-vapor de agua 585 mm de Hg.

2. Cantidad de agua evaporada

3. Cantidad de aire necesario para el secado.

Presión de vapor a 22 °C = 19.827 mmHg

Y2=0.1706

4. Masa velocidad del aire

5. Tiempo de residencia

6. Volumen de gas de secado

7. Calor suministrado por el gas combustible

8. Calor absorbido por la grava

9. Calor absorbido por el gas de secado

10. Calor absorbido por el agua evaporada

Hv y Ha obtenido de tablas 642. 85 kcal/kg y 26.51 kcal/kg

11. Eficiencia térmica

12. Eficiencia de secado

13. Costo de secado por kilogramo de producto

Desarrollo gráfico

Analíticamente se realizan los cálculos a partir de datos gráficos.

Los valores son de Y’1 = 0.16 (de gráfico); referente al valor de Y’2 = no existe dato

puesto que la gráfica no maneja temperaturas arriba de 100°C.

Para el caso de Y2 se utilizó:

Y’w leído de gráfica a 60 °C, λs = 563.4 kcal/kg y hG/kya para un sistema de aire –

vapor de agua es equivalente a 0.227

1. Masa velocidad del aire

2. Tiempo de residencia

3. Volumen de gas de secado

4. Calor suministrado por el gas combustible

5. Calor absorbido por la grava

6. Calor absorbido por el gas de secado

7. Calor absorbido por el agua evaporada

Hv y Ha obtenido de tablas 642. 85 kcal/kg y 26.51 kcal/kg

8. Eficiencia térmica

9. Eficiencia de secado

10. Costo de secado por kilogramo de producto

Tabla de resultados

Gráfico Analítico F=masa de velocidad de alimentación al secador (kg de grava/h

m2 de sección transversal) 330.82 330.82

G=masa de velocidad del aire (kg de aire seco/h m2 de sección

transversal) 162.61 119.3

θ=tiempo de residencia (min) 34.61 27.51

Wi=cantidad de grava humedad alimentada (kg/h) 16.50 5.95

Ws=cantidad de grava seca obtenida (kg/h) 15.6 15.6

We=cantidad de agua evaporada (kg/h) 0.9 0.9

Wa=W2=W1=aire necesario para el secado (kg/h) 8.11 8.11

A=área transversal del secador (m2) 0.0499 0.0499

V2=volumen de gas de secado (m3 de aire de salida/h) 14.64 10.74

Qg=calor suministrado por el gas combustible (kcal/kg) 11766.98 11766.98

Qs=calor absorbido por la grava seca (kcal/h) 17.78 17.78

Qa=calor absorbido por el gas de secado (°C) 213.67 156.76

Qw=calor absorbido por el agua evaporada (kcal/h) 554.71 554.71

ηt=eficiencia térmica (%) 6.68 6.19

ηs=eficiencia de secado (%) 70.56 76.07

Cs=costo de secado ($/kg producto seco) 1.8 2.45

Balance de calor

Qg=Qs+Qa+Qw

Gráfico

11766.98=17.78+213.67+554.71

Perdida=10980.82 kcal/h

Analítico

11766.98=17.78+156.76+554.71

Perdida=11037.73 kcal/h

Análisis de resultados

Tanto en el método analítico como el grafico son muy similares los resultados, puesto

que el cambio es en obtener la “Y” ya que para el método gráfico no se alcanza a

obtener debido a la alta temperatura, en cambio en el método analítico obtenemos

directamente mediante fórmulas “Y1 y Y2”

Nomenclatura

θo=tiempo de operación (min)

L=longitud del secador (m)

S=inclinación o pendiente del secador (m/m)

N=Velocidad de rotación del tambor (rpm)

D=diámetro del secador (m)

β=constante que depende del material

Dp=tamaño de partícula de la grava (micras)

F=masa de velocidad de alimentación al secador (kg de grava/h m2 de sección

transversal)

G=masa de velocidad del aire (kg de aire seco/h m2 de sección transversal)

Ys=humedad absoluta del aire a saturación (kg de agua/kg de aire seco)

Yr=humedad relativa del aire a saturación (%)

tg=temperatura de bulbo seco (°C)

tw=temperatura de bulbo húmedo (°C)

λs=calor latente de vaporización del agua a la temperatura de bulbo húmedo (kcal/kg)

P=presión de vapor del agua a la temperatura tg (mm Hg)

Pw=presión de vapor del agua a la temperatura tw (mm Hg)

Mi=peso de grava alimentada (kg)

Ms=peso de producto seco (kg)

Y=humedad absoluta del aire (kg de agua/kg de aire seco)

θ=tiempo de residencia (min)

Wi=cantidad de grava humedad alimentada (kg/h)

Ws=cantidad de grava seca obtenida (kg/h)

We=cantidad de agua evaporada (kg/h)

Wa=W2=W1=aire necesario para el secado (kg/h)

A=área transversal del secador (m2)

V2=volumen de gas de secado (m3 de aire de salida/h)

R=constante de los gases ideales (m3 atm/kg mol aire seco °K)

P=presión barométrica del lugar (atm)

T2=temperatura absoluta de bulbo seco del gas de secado, a la salida del equipo (°K)

Lg=lectura promedio del rotámetro de gas (% flujo)

Wg=flujo del gas del combustible combustible utilizado (kg/h)

Qg=calor suministrado por el gas combustible (kcal/kg)

ρg=densidad del gas del combustible a las condiciones de entrada (g/litro)

P.C=poder calorífico del gas combustible (kcal/kg)

Qs=calor absorbido por la grava seca (kcal/h)

Cps=capacidad calorífica de la grava solida (kcal/kg °C)

ti=temperatura de la grava humedad (°C)

tf=temperatura de la grava seca (°C)

Qa=calor absorbido por el gas de secado (°C)

Ya=humedad absoluta del aire a la entrada (kg de agua/kg aire seco)

Cpa=capacidad calorífica del aire ambiente (kcal/kg gas °C)

t1=temperatura del bulbo seco del gas de secado a la entrada del tambor (°C)

t1g=temperatura de bulbo húmedo del gas de secado a la entrada del tambor (°C)

t2=temperatura de bulbo seco del gas de secado a la salida del tambor (°C)

t2s=temperatura de bulbo húmedo del gas de secado a la salida del tambor (°C)

ta=temperatura de bulbo seco del aire ambiente (°C)

tas=temperatura de bulbo húmedo del (°C)

Qw=calor absorbido por el agua evaporada (kcal/h)

Hv=entalpia de vapor de agua a t2 (kcal/kg)

Ha=entalpia de agua a ta(kcal/kg)

ηt=eficiencia térmica (%)

ηs=eficiencia de secado (%)

Cs=costo de secado ($/kg producto seco)

Cg=costo del gas combustible ($/kg)

Ce=costo de la energía eléctrica ($/Kw h)

KW=potencia empleada en la transmisión del secador (Kw)

Observaciones

Tomar en cuenta el gramaje de la grava.

La alimentación de la grava debe ser lenta y ligera al rotatorio, puesto que en la

experimentación se tapó y se perdió tiempo para destaparlo.

Debemos de tener la grava sumergida en agua por al menos 1 hora para que se tenga

mejor experimentación.

Saber tomar bien los tiempos, así como los pesos.

Se tomó la potencia de transmisión del secador de 5.5KW

Conclusiones

Se determinó de forma gráfica y experimental el tiempo de residencia, y el grafico es

10% mayor al analítico, puesto que se supuso para este una “y2”.

La eficiencia del secado aparentemente es muy buena 76%, cabe mencionar que a la

salida del secador el tezontle o grava aun salía con un cierto porciento de humedad, lo

que hace pensar que no tenía mucha área de contacto en el secador, es decir solo pasaba

muy rápido en el filtro sin un buen proceso de secado.

Respecto al balance de calor se suministra mucho más que lo que se absorbe dentro del

secador, lo que hace pensar que son perdidas de calor y no hay un buen rendimiento.