proyecto final de secadores
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7/26/2019 Proyecto Final de Secadores
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UNIVERSIDAD TCNICA DE MACHALA
UNIDAD ACADMICA DE CIENCIAS
QUMICAS Y DE LA SALUD
CARRERA DE INGENIERA QUMICA
PROYECTO DE OPERACIONES UNITARIAS II
TEMA
DISEO DE UN SECADOR DE TAMBOR ROTATORIO
AUTORES
BRAVO CARRERA ANDRES RICARDO
RIOS COELLO GARY BRYAN
CURSO
SEXTO SEMESTRE DE INGENIERIA QUIMICA
DOCENTE
ING.QUIM. WILSON LEN CUEVA
MACHALA, 11 DE FEBRERO DEL !1"
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DEDICATORIA
Dedicamos con infinito amor este trabajo a DIOS a nuestros padres quienescon su sacrificio, amor y sabios consejos nos ensearon a enfrentar losobstculos, para llegar a la meta. Depositando su entera confianza en cada retoque se nos presente sin dudar ni un solo momento en nuestra inteligencia ycapacidad haciendo realidad el sueo de obtener el ttulo profesional.
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AGRADECIMIENTO
!uestra gratitud, a nuestros padres por su apoyo econ"mico y moral, a nuestrosfamiliares y amigos, que sir#en como fuente de moti#aci"n, en los diferentes
obstculos que se nos presentan, para as culminar con muchos $%itos nuestracarrera.
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RESUMEN
&l trabajo detallado a continuaci"n se fundamenta en el diseo y construcci"n deun secador de tambor rotatorio , siendo el punto de partida la trasferencia decalor y la necesidad de solucionar el problema de alto contenido de humedad enlas diferentes clases de alimentos en este caso las habas , con esto se pretendi"mejorar el proceso de secado por medio de un secador 'otatorio. Se realiz" eldiseo mecnico del secador para posteriormente comenzar con su construcci"n.&fectuando un debido proceso para que realice las operaciones necesarias. (araun buen funcionamiento de la mquina secadora, se implement" un blo)uer elcual ser el encargado de realizar el proceso de secado en la mquina. *l tenerun control automtico de la mquina secadora, se logra reducir la humedad a
ni#eles que estn dentro del rango permitido para el almacenamiento adecuadomejorando la calidad del producto.
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INDICE
DEDICATORIA................................................................................................. 2
AGRADECIMIENTO..........................................................................................3
RESUMEN.......................................................................................................4INTRODUCCION..............................................................................................6
OBJETIVOS.....................................................................................................7
OBJETIVO GENERAL....................................................................................7
OBJETIVOS ESPECIFICOS............................................................................8
CAPITULO I.MARCO TEORICO.........................................................................8
ANTECEDENTES..........................................................................................8
METODOLOGA............................................................................................ 8
CARACTERSTICAS Y ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO.........................9IMPORTANCIA DEL SECADO EN GENERAL...................................................9
SECADO DE SLIDOS................................................................................10
PARMETROS INVOLUCRADOS EN EL SECADO.........................................10
TRANSFERENCIA DE CALOR......................................................................11
Mecanis!s "e #$ans%e$encia "e ca&!$......................................................11
C!n"'cci(n............................................................................................12
C!n)ecci(n.............................................................................................13
*'e"a" &i+$e......................................................................................15
*'e"a" &i,a"a....................................................................................15
*'e"a" "es&i,a"a...............................................................................16
FACTORES -UE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE SECADO.....................16
Tee$a#'$a "e& ai$e................................................................................16
C!n#eni"! "e /'e"a" en &!s ,$an!s......................................................16
Ve&!ci"a" "e& ai$e....................................................................................16
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Tee$a#'$a "e seca"!............................................................................16
C'$)as "e seca"!....................................................................................16
SELECCIN DEL SECADOR........................................................................17
Seca"!$es R!#a#!$i!s..............................................................................17
Seca"! Di$ec#!........................................................................................17Seca"!$ R!#a#!$i! Di$ec#! en %&'0! a$a&e&!...............................................18
CAPITULO II. DISE1O....................................................................................18
DETALLE DEL PROCESO DE SECADO........................................................18
COSTOS DE CONSTRUCCION DEL SECADOR DE TAMBOR ROTATORIO......19
DIAGRAMA.................................................................................................20
CAPITULO III. CALCULOS Y RESULTADOS.....................................................20
CONCLUSIONES............................................................................................21
'&+O&!D*+I-!.........................................................................................23
I/IO0'*1I*............................................................................................... 24
ANE2OS........................................................................................................25
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INTRODUCCION
&l secador rotatorio constituye una de las formas ms ampliamente utilizadas
para el secado, de una amplia gama de materiales, a ni#el industrial, en forma
rpida y con bajo costo unitario cuando se trata de grandes cantidades. &n este
tipo de secador, el material h2medo es continuamente ele#ado por la rotaci"n del
secador, dejndolo caer a tra#$s de una corriente de aire caliente que circula a lo
largo de la carcasa del secador. &l flujo de aire puede ser tanto en paralelo como
en contracorriente. /os secadores de gran tamao poseen, a continuaci"n, un
enfriador del producto, que opera en base al mismo principio y con aire en
contracorriente o un enfriador en lecho fluidizado. &stos secadores se pueden
disear para tiempos de secado comprendidos entre 3 y 45 minutos y capacidad
de secado desde unos pocos cientos de 6ilogramos por hora hasta alcanzar las
755 t8h.
Son muy adecuados para el secado de productos granulares, con buenas
caractersticas de flujo que requieren tiempos de secado moderados. (ueden ser
adaptados para manipular materiales algo pegajosos mediante dispositi#os
especiales que disgreguen las costras s"lidas formadas. De hecho, la acci"n de
#olcado es beneficiosa dentro de ciertos lmites para todos los productos, pues se
rompe la corteza semipermeable que se forma en la superficie de las partculas
que se secan, con lo cual se facilita la salida de la humedad desde el interior de
las partculas. *dems se adecuan bastante bien para materiales termo
sensibles, en los casos en que una restricci"n en la temperatura de secado no
implique que el tiempo de secado tenga que ser muy prolongado. Sin embargo,
no son adecuados para las siguientes aplicaciones9 secado de barros,
suspensiones, materiales muy pegajosos y materiales que requieran ms de una
hora para el secado. *dems, presentan limitaciones en el secado de materiales
pol#orientos o li#ianos, los cuales son arrastrados fcilmente por la corriente
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gaseosa. &n estos casos deben tomarse en consideraci"n los secadores
rotatorios indirectos, como los ms adecuados.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
+onstruir un secador de tambor rotatorio y #alidar su funcionamiento mediante la
deshidrataci"n de habas, obteniendo un producto deshidratado
homog$neamente y con una apariencia aceptable.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Diseo de un secador de tambor rotatorio con los materiales apropiados
para su mejor funcionamiento y, con un sistema electr"nico confiable para
el control de las #ariables :temperatura y #elocidad de flujo de aire; Desarrollar pruebas de funcionamiento del equipo para alcanzar los
parmetros de estandarizaci"n deseados y obtener un resultado de
calidad. 1uncionamiento y puesta a punto del equipo para demostrar los resultados
alcanzados.
CAPITULO I.MARCO TEORICO
ANTECEDENTES
&n el &cuador actualmente e%isten una #ariedad de m$todos de secado dealimentos, esto es debido a la e%istencia de diferentes formas de industria
alimenticia y agropecuaria diferencindose principalmente en los recursos
econ"micos que $stas manejan, de tal modo que la utilizaci"n de tecnologas
ms a#anzadas representan por lo general una in#ersi"n mayor, cosa que no
todas las industrias pequeas poseen. +on estos antecedentes se plantea
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integrar el diseo y construcci"n de un secador de tambor rotatorio para el
secado de habas.
METODOLOGA
&l secador de habas constar de un cilindro rotatorio, un blo)uer el cual ser el
encargado de realizar el proceso de secado. /a implementaci"n del secador
giratorio para cacao contempla las siguientes fases9
para cualesquier caso siempre se deber hacer
una comparaci"n costo?beneficio entre los procesos a fin de apro#echar al
m%imo los recursos disponibles. @$cnicamente, se deben considerar los
parmetros del proceso de secado como tiempos de secado, cur#as de
#elocidad, temperatura, humedad, radiaci"n solar etc. A lle#arlos a condiciones
controladas para obtener datos estadsticos que nos permitirn determinar la
eficiencia del m$todo de secado.
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IMPORTANCIA DEL SECADO EN GENERAL
/a importancia del secado de los productos radica en que algunos productos que
en la mayora son agrcolas, preser#en y mejoren sus propiedades, dndoles
mayor #alor si $stos son para la e%portaci"n, o tambi$n mejorando la
prolongaci"n del tiempo de almacenamiento que necesitan, y reduciendo las
p$rdidas durante el mismo. &l proceso de secado se lle#a a cabo desde hace
miles de aos. &l prop"sito principal del secado, en el caso especfico de los
alimentos, es el de preser#arlos de la manera ms natural posible. &l secado
conlle#a a la deshidrataci"n en los alimentos, los cuales al no tener un contenido
de humedad significati#o inhibe el crecimiento bacteriano. /os alimentos
deshidratados adecuadamente pueden durar meses sin que su almacenamiento
refrigerado sea necesario. /os tratamientos de los productos son importantes,
como es el secado que es un tema de gran importancia, $ste se lo realiza en
alimentos, plantas, granos, etc., para e#itar la descomposici"n por enzimas o
fermentos, disminuir el #olumen, poder realizar el almacenamiento de granos,
facilitar el transporte, como parte de un proceso de producci"n, para lograr
homogeneidad de un producto, impide el desarrollo de microorganismos y
reacciones de o%idaci"n y de hidr"lisis. &n la cadena de transformaci"n y
conser#aci"n de productos el secado ocupa un lugar importante ya que se realizasobre un gran n2mero de productos. &l objeti#o de secar los productos es
conseguir un producto en las condiciones "ptimas de estabilidad, y mejorar sus
propiedades nutricionales y organol$pticas.
SECADO DE SLIDOS
+onsiste en separar pequeas cantidades de agua u otro lquido de un materials"lido con el fin de reducir el contenido de lquido residual hasta un #alor
aceptablemente mediante el aporte de calor. &l secado es habitualmente la etapa
final de una serie de operaciones. &s necesario conocer el proceso de secado
para as determinar las condiciones "ptimas del secado. &l secado es muy
importante en muchas industrias, las razones pueden ser una de $stas9
1acilitar el manejo posterior del producto
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(ermitir el empleo satisfactorio del mismo
'educir el costo del embarque
(reser#ar los productos durante el almacenamiento y transporte
*umentar el #alor o utilidad de productos residuales
PARMETROS INVOLUCRADOS EN EL SECADO
&l tiempo total de secado depende cantidad de humedad que tiene al principio los
pellets, la #elocidad de secado y el porcentaje de humedad deseado. * su #ez la
#elocidad de secado depende de la intensidad de la corriente del aire, de latemperatura del mismo y de la cantidad de pellets a secar, es ms rpida al inicio
pero luego #a disminuyendo a medida que a#anza el proceso. Se supone que un
buen conocimiento de factores que inter#ienen en el proceso de secado y su
control, se podr realizar un mejor manejo y utilizaci"n de las instalaciones para
obtener un proceso completamente eficiente. &s importante mencionar que en el
secado interact2an #arios factores que hacen posible que $ste proceso se lle#e a
cabo, la importancia de cada uno de ellos depende del material que se est
secando, tales como9
@ransferencia de calor
(rocesos psicom$tricos
*tm"sfera de secado
+ondiciones e%ternas
@ipos de grano
TRANSFERENCIA DE CALOR
@ransferencia de calor, en fsica, proceso por el que se intercambia energa en
forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo
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cuerpo que estn a distinta temperatura. &l calor se transfiere mediante
con#ecci"n, radiaci"n o conducci"n. *unque estos tres procesos pueden tener
lugar simultneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine
sobre los otros dos.
Mecanis!s "e #$ans%e$encia "e ca&!$
/a transferencia de calor siempre se produce del sistema de temperatura ms
ele#ada hacia el de temperatura ms baja. /a transferencia de calor se detiene
cuando los dos sistemas alcanzan la misma temperatura. /a energa no se
transfiere de un sistema de temperatura baja a otro de temperatura ms alta si no
se realiza trabajo.
Ca&!$.&l calor se define como la energa cin$tica total de todos los tomos o
mol$culas de una sustancia.
Tee$a#'$a./a temperatura es una medida de la energa cin$tica promedio
de los tomos y mol$culas indi#iduales de una sustancia.
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Fi,'$a 34 &squema de los mecanismos de transferencia de calor
/os mecanismos de transferencia de calor pueden ser9
@ransferencia de calor por conducci"n.
@ransferencia de calor por con#ecci"n
@ransferencia de calor por radiaci"n
C!n"'cci(n
&s un mecanismo de transferencia de calor, que se presenta a ni#el molecular y
por contacto de $ste, donde las mol$culas con mayor energa :mayortemperatura; ceden calor a los de menor energa :menor temperatura;, tal como
muestra la figura 7.
Fi,'$a 54 ecanismo de conducci"n
qB C ? dt
dx
Donde9
C +oeficiente de transferencia de calor por con#ecci"n en EF 8 m 6G
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dt
dx C 0radiente de temperatura en la direcci"n %
qBC 1lujo de calor por unidad de rea : ) 8 m7;
C!n)ecci(n
&s un mecanismo de transferencia de calor, que se presenta entre una superficie
y un fluido en mo#imiento, los que se encuentran a diferentes temperaturas.
&%isten dos tipos de con#ecci"n9
C!n)ecci(n na#'$a&4+uando el mo#imiento es producido por el cambio de
densidad que e%perimenta por las diferencia de temperaturas.
C!n)ecci(n %!$6a"a4+uando el mo#imiento es pro#ocado por un agentee%terno al sistema, lo cual pro#oca el mo#imiento del fluido.
Hste mecanismo se muestra en la figura =.
Fi,'$a 74 ecanismo de con#ecci"n
Tee$a#'$a "e +'&+! /8e"! 9#+/:
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&l mecanismo del secado a #elocidad constante est dado por la e#aporaci"n
desde una superficie liquida y la presencia del s"lido no afecta a este
mecanismo., Sin embargo, el s"lido puede alterar las propiedades de la
superficie liquida y con ello la #elocidad de e#aporaci"n es a #eces distinta a la
obtenida con el lquido puro. &ste efecto del s"lido es relati#amente pequeo y
habitualmente la reducci"n en la #elocidad de e#aporaci"n no es mayor del 75.
/a #elocidad de secado est determinada por la #elocidad de difusi"n del #apor a
tra#$s de la pelcula gaseosa que recubre la superficie del secado hacia la
corriente de gas, y una #ez alcanzado el equilibrio, con la presencia de una
cantidad relati#amente grande de gas de secado, las condiciones son
apro%imadamente las que definen la temperatura de bulbo h2medo. +ualquier
punto de la superficie tiende entonces a adquirir la temperatura del bulbo h2medo
correspondiente a la temperatura, humedad y cantidad del gas de secado. Si la
cantidad de gas y sus caractersticas en el punto dado permanecen constantes,
la temperatura superficial o de bulbo h2medo tambi$n es constante. De acuerdo
con ello la presi"n parcial y humedad en la superficie es tambi$n la presi"n
parcial de saturaci"n y la humedad de saturaci"n a la temperatura de bulbo
h2medo
Tee$a#'$a "e +'&+! sec! 9#+s:
&s la temperatura que marca un term"metro cuando se lo e%pone al aire
ambiente, siendo $ste una mezcla de aire y #apor de agua.
P'n#! "e $!c;! ! #ee$a#'$a "e sa#'$aci(n
&l punto de roco o temperatura de roco es la temperatura a la que empieza acondensarse el #apor de agua contenido en el aire, produciendo roco, neblina o,
en caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja, escarcha.
*'e"a" "e 'n s(&i"!
&s el peso de agua que acompaa a la unidad de peso de s"lido seco.
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*'e"a" "e e
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C!n#eni"! "e /'e"a" en &!s ,$an!s
&s la temperatura de la superficie de la especie a secar. &sta temperatura en el
secado y en sistemas considerados como aire?agua se lo considera igual a la
temperatura de bulbo h2medo del aire.
Ve&!ci"a" "e& ai$e
Otro factor muy importante es la #elocidad con la que ingrese el aire caliente, ya
que de esta tambi$n depender el tiempo de secado, el menos tiempo de
e%posici"n, es decir, mayor #elocidad, disminuye la eficacia del secado.
Tee$a#'$a "e seca"!
&n el secado de productos es importante realizar el estudio de los elementos
que componen estos productos y su comportamiento a diferentes temperaturaspara poder determinar la temperatura m%ima admisible para el secado sin que
$sta afecte en una mayor parte a sus componentes.
C'$)as "e seca"!
Son cur#as construidas a partir de datos e%perimentales que dan informaci"n
sobre la #elocidad de secado de un alimento bajo determinadas condiciones. Se
obtienen preferiblemente en un equipo que reproduzca lo ms fielmente posible
el equipo de proceso usando condiciones de aire que se asemejen a las que se
usan en el mismo. /a informaci"n obtenida de estas cur#as es 2til para
prop"sitos de9
&stimar el tamao del secador
&stablecer las condiciones de operaci"n
+alcular, estimar o a2n predecir el tiempo de secado
SELECCIN DEL SECADOR
Seca"!$es R!#a#!$i!s
/os secadores rotatorios al usados en su mayora para productos que no sean
frgiles sensibles al calor, es por ello que son los ms usados en la industria.
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+onsta de una coraza cilndrica, usualmente construida de plancha de acero,
dentro de la cual el material a secar ingresa por un lado y se descarga JsecoK del
otro, ya que poseen una cierta inclinaci"n que hace el desalojo ms fcil.
@ambi$n consta de una configuraci"n de aletas que le#antan el material para
secarlo como cascada. Di#ersos fabricantes de secadores tienen su propio
diseo patentado de aletas, aunque ya e%isten di#ersos grficos en donde se
obser#an dichas configuraciones. &l Secado puede ser directo o indirecto9
Seca"! Di$ec#!
&n este los gases calientes estn en flujo paralelo o contraflujo con respecto al
sentido de direcci"n del material. /a transferencia de calor es por con#ecci"n.
Fi,'$a =4 (artes de la coraza de un secador 'otatorio directo :+&
'aymond#arlletSno)+o.;
Seca"!$ R!#a#!$i! Di$ec#! en %&'0! a$a&e&!
&n este tipo de secador el material a secar a#anza paralelamente a los gases y
se lo utiliza principalmente para minerales, fertilizantes, pulpa de remolacha, los
concentrados de flotaci"n, el carb"n 8 coque, fosfatos, alimentos para animales,
el germen
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Fi,'$a >.
Secador
'otatorio en flujo paralelo
CAPITULO II. DISE1O
DETALLE DEL PROCESO DE SECADO
&l secado se produce por la energa entregada de los gases al producto y por el
arrastre de #apor e%trado, para luego obtener el material seco. (ara el
dimensionamiento de los sistemas que conforman el secador se los di#ide en9
Sistema motriz
&structura mecnica
Sistema t$rmico
* continuaci"n se hace un estudio de cada uno de los elementos mecnicos aseleccionar o dimensionar.
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COSTOS DE CONSTRUCCION DEL SECADOR DE TAMBOR ROTATORIO
MATERILES COSTO
(lancha1
16 gal#anizada : < m %
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DIAGRAMA.
CAPITULO III. CALCULOS Y RESULTADOS.
#.1.1 VARIABLES DE PROCESO
#.1.1.1 C$%&'%( )* %+ *%(&-)+) )* *&+)( / )*% 0-*2( )* *&+)(
2+3+ %( )-4*3*50* 2*3-()(
De acuerdo a la curva de velocidad de secado habr un periodo de velocidad de secado
constante y otro de velocidad de secado constante.
Per! C"#$%"$e A"$&'r$&'
1( P%r% '%)'*)%r )% +e)'&!%! '"#$%"$e ,%'e-# *# !e )% E'. 1.2.1.3/1
20
S ' A
$
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D"!e
'= Velocidad de secado constante
A= Superficie expuesta al secado
S= Solido seco
= Variacin de humedad en base seca
$= Variacin de tiempo de secado
D%$#
&"&'&%1 60 0.60
'r&$&'% 490.49
$1 0 ,
$2 1 , 60 -&"#
S 0.38148
A 0:6132 -2
21
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2
S)*'&;"
Nc=S
A [ x t]
N=0.38148 kg
0.6132 [0.600.49600 ]
N=0.7589 kg
hm2
P%r% '%)'*)%r e) $&e-
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,-2
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?: @1: T1 ?: @2: T2
SOLIDO
SECADOR ROTATORIO
?AS
?#: TS1: 1 2: TS2: ?#
24
S)*'&;"
t1=S
A(XiXcN )
t1=0.3841 kg
0.132m2( 0.600.490.7589 )
t1=0.41h
#.1. CALCULOS PARA EL DISEO DEL SECADOR DE TUNEL
3.1.3.1CALCULO DE LA LON?ITUD
#.1.#.1.1 BALANCE DE MASA
Graf. Secador de ROTARIO
?# C%*!%) !e) #;)&! 0,38148 kg/h
1 =*-e!%! !e) #;)&! % )% e"$r%!% 0, 60
2 =*-e!%! !e) #)&! % )% #%)&!% 0, 49
@2 =*-e!%! !e) %&re % )% e"$r%!% 0,009 kg de H2O/kg de aire seco
T#1 Te-
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CT2 Te-
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BALANCE DE ENER?IA
=1e"$%1
Salida
=2#;1&!#%1&!%( C'%)=2 E0:65 D 0:13(G 48>C
. C
=2 37.44>'%
)
>
#.1.#.1.1. CALCULO DE LAS ENTALPIAS DEL AIRE
3n las entalpias del aire se utili2ara la 3c: &.#.*4-
3ntrada
=2E%&re e"$r%!%( E0:24 D 0:46@2($2 D 597:2@2
=2 0:24 0:46 0:009(( 90 597:2 0:009(
=2 27:34
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>'%) >
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Salida
=1%&re#%1&!%( 0:24 0:46@1($1
597:2@1 =1 E0:24 D 0:46@1(50 D
597:2@1
=1 12 620:2@1
3l clculo de la cantidad necesaria de aire y su humedad de salida se efect5a por
aplicacin de un balance simultneo de materia y ener(a con 6=!" pues no hay p7rdidas
de calor:
=1e"$%1
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CONCLUSIONES
Despu$s del proceso de diseo y prueba de maquina se concluy" que se logr" el
objeti#o satisfactoriamente de reducir la humedad presente en la haba dando un
resultado positi#o.
/a mquina cumple clon los requerimientos establecidos, se logr" un equipo
funcional y de bajo ruido de fcil operaci"n.
/a operaci"n y el mantenimiento del equipo es muy sencillo, solo requiere tomar
todas las precauciones de seguridad mencionada en el manual del usuario para
e#itar accidentes.
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'&+O&!D*+I-!&s recomendable que el equipo se encuentre operando en un lugar con
#entilaci"n para e#itar la recirculaci"n de aire caliente y arrastres de humedad.
!o es recomendable sobrepasar los parmetros de diseo y funcionamiento
durante el proceso de secado como son temperatura, tiempo, cantidad y tipo de
producto, ya que puede ocasionar el deterioro en las propiedades del producto y
el funcionamiento del equipo.
&s necesario mantener todas las precauciones, como un mantenimiento
pertinente para e#itar problemas de deterioro y mal funcionamiento del equipo
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I/IO0'*1I*
http988repositorio.uis.edu.co8jspui8bitstream8
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ANE2OS
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