secado de laurel

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RESUMEN En el presente informe se desarrollara el balance de materia en una operación de secado con la ayuda de un secador para poder determinar la cantidad de agua y laurel seca en nuestra materia prima, luego de realizar dichas operaciones se obtuvo como resultado un 62.5% de humedad en la laurel , además en el producto final luego del secado se obtuvo un 96.86% de solido seco, estos datos serán de utilidad al momento de realizar los diferentes cálculos para el balance de materia, energía y realizar los diagramas de flujos, operaciones y procesos con los previos conocimientos recibidos del docente. El diagrama de procesos en un balance de materia y energía es de gran ayuda, ya que servirá para observar las corrientes de solido húmedo y aire húmedo. El balance puede realizarse en unidades másicas o molares, según el tipo dl problema .para este caso se utilizó las unidades másicas con la finalidad que el modelo matemático resulte lo más sencillo posible.

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RESUMEN

En el presente informe se desarrollara el balance de

materia en una operación de secado con la ayuda de un

secador para poder determinar la cantidad de agua y laurel

seca en nuestra materia prima, luego de realizar dichas

operaciones se obtuvo como resultado un 62.5% de humedad

en la laurel , además en el producto final luego del secado

se obtuvo un 96.86% de solido seco, estos datos serán de

utilidad al momento de realizar los diferentes cálculos

para el balance de materia, energía y realizar los

diagramas de flujos, operaciones y procesos con los previos

conocimientos recibidos del docente.

El diagrama de procesos en un balance de materia y energía

es de gran ayuda, ya que servirá para observar las

corrientes de solido húmedo y aire húmedo.

El balance puede realizarse en unidades másicas o molares,

según el tipo dl problema .para este caso se utilizó las

unidades másicas con la finalidad que el modelo matemático

resulte lo más sencillo posible.

INTRODUCCION

El siguiente informe realizado se basa en los problemas de

balance de materia y energía, además de la correcta

aplicación de las leyes para llegar a conocer los caudales

y composiciones de la muestra a tratar.

El balance de la materia para el laurel húmeda en el

secador se basa en la ley de la conservación de la masa.

Los balances de materia son de hecho, una generalización de

la ley de la conservación de la masa a sistemas abiertos,

esto es a sistemas con posibles entradas y salidas de

materia al exterior. Su utilidad en el campo industrial es

muy amplia, y en general su complejidad matemática es

escasa.

A partir de ello podemos decir que un balance es un

inventario de una determinada sustancia, por ello debe

quedar bien especificado por un proceso o por una parte del

mismo del cual se han especificado con precisión sus

límites.

El balance de la energía se basa en la primera ley de la

conservación de la energía que indica que la energía en un

proceso químico no se crea ni se destruye solo se

transforma.

En un balance de energía se toma en cuenta la transferencia

de energía a través de los límites del sistema. Ciertos

tipos de energía están asociados con la masa que fluye

otros tipos como el calor y el trabajo son solo formas de

transmisión de energía el presente informe sobre los

trabajos realizados en un horno secador con la finalidad de

realizar el balance de materia y más adelante un balance de

energía en dicho sistema.

2

OBJETIVO

Objetivo general

Aplicar el balance de materia y energía en la

producción de laurel seco utilizando un secador solar

de bandejas.

Objetivos específicos

Determinación de la humedad en el laurel tomada como

muestra.

Desarrollar el balance de materia de la muestra en un

secador

Desarrollar el balance de energía de la muestra en un

secador.

INDICE

3

DESCRIPCIÓN PÁGINA

-Carátula. (1)

-Resumen (2)

-Introducción. (3)

-Objetivo. (4)

-Índice. (5)

-Marco teórico (6)

-Marco conceptual (11)

-Parte experimental (24)

-Conclusiones (35)

-Recomendaciones (36)

-Bibliografía (37)

-Anexos (38)

CAPITULO I

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1.MARCO TEÓRICOa.EL AIRE

Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor de la Tierra por la acción de la fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta, es particularmente delicado y está compuesto en proporciones ligeramente variables por sustancias tales como el nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (variable entre 0-7%), ozono , dióxido de carbono, hidrógeno y algunos gases nobles como el criptón o el argón, es decir, 1% de otras sustancias.

i. PROPIEDADES DEL AIRE

La atmósfera terrestre se divide en cuatro capas de acuerdo a la altitud, temperatura y composición del aire: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera. La presión o peso del aire disminuye con la altitud.

Las capas más importantes para el análisis de la contaminación atmosférica son las dos capas más cercanas a la Tierra: la troposfera y la estratosfera. El aire de la troposfera es el que interviene en la respiración y está compuesto, aproximadamente, por un 78,08% de nitrógeno (N2), un 20,94% de oxígeno (O2), un 0,035% de dióxido de carbono (CO2) y un 0,93% de gases inertes como el argón y el neón. En esta capa, de 7 km de altura en los polos y de 16 km en los trópicos, se encuentran las nubes y casi todo el vapor de agua. En esta capa se producen todos los fenómenos atmosféricos que originan el clima. Más arriba, aproximadamente a 25 kilómetros de altura, en la estratosfera, se encuentra la

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importante capa de ozono que protege a la Tierra de los rayos ultravioletas (UV).

ii. PROPIEDADES FÍSICAS

Expansión: Aumento de volumen de una masa de aire al verse reducida la presión ejercida por una fuerza o debido a la incorporación de calor.

Contracción: Reducción de volumen del aire al verse presionado por una fuerza, pero este llega a un límite y el aire tiende a expandirse después de ese límite.

Fluidez: Es el flujo de aire de un lugar de mayor a menor concentración sin gasto de energía

Presión atmosférica: Fuerza que ejerce el aire a todos los cuerpos.

Volumen: Es el espacio que ocupa el aire.

Masa

FIGURAComposición de la atmósfera terrestre (tomada en diciembre de 1987). El gráfico inferior representa los gases menos comunes que componen el 0.038% de la atmósfera. Los valores están redondeados para la ilustración.

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Densidad: Es de 1,18 kg/m³ (a 25 °C)

Viscosidad: Es de 0,018 cP (a 20 °C)

Propiedades de la mezcla Psicrometría

iii. COMPOSICIÓN DEL AIRE

El aire está compuesto principalmente por nitrógeno, oxígeno y argón. El resto de los componentes, entre los cuales se encuentran los gases de efecto invernadero, son el vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso y ozono, entre otros.[1]

Otro tipo de substancias pueden estar presente en pequeñas cantidades como polvo, polen y esporas, y Ceniza volcánica. También es detectable la presencia de elementos vertidos a la atmósfera en forma de contaminante como el cloro y sus compuestos, flúor, mercurio y compuestos de azufre.

Composición de la atmósfera libre de vapor de agua, por volumenPorcentaje por volumenGas VolumenNitrógeno (N2) 78,084%Oxígeno (O2) 20,946%Argón (Ar) 0,9340%Dióxido de carbono (CO2)

0,039%

Neón (Ne) 0,001818%Helio (He) 0,000524%Metano (CH4) 0,000179%Criptón (Kr) 0,000114%Hidrógeno (H2) 0,000055%Óxido nitroso (N2O)

0,00003%

Monóxido de carbono (CO)

0,00001%

Xenón (Xe) 0,000009%Ozono (O3) 0 to 7×10−6%Dióxido de 0,000002%

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nitrógeno (NO2)Yodo (I2) 0,000001%Amoníaco (NH3) trazasNo incluido en aire seco:Vapor de agua (H2O)

~0,40% en capas altas de la atmósfera, normalmente 1% a 4% en la superficie

b.LAURUS NOBILIS

Laurus nobilis, laurel o lauro es un arbusto siempre verde o árbol de hasta 15 m de alto, perteneciente a la familia de las lauráceas, a la que da nombre. Es originario de la zona Mediterránea y cuyas hojas son utilizadas como condimento en la cocina. Otros nombres con los que es conocido son: laurel común, del palo, laurel americano paleño o laurel de cocina, el rústico.

i. DESCRIPCION

El laurel común es un árbol dioico siempreverde de 5-10 m de altura, de tronco recto con la corteza gris y la copa densa, oscura. Ramaje erecto. Hojas simples, alternas, lanceoladas u oblongo-lanceoladas, de consistencia algo coriácea, aromáticas, con el borde en ocasiones algo ondulado.

ii. CULTIVO

Se puede multiplicar por semillas y por esquejes, tanto de raíz como de tallo (estacas). La multiplicación por semillas es algo lenta. La semilla debe recolectarse en zonas donde existan pies de los dos sexos, debiéndose coger sólo los frutos que están en la planta y no los caídos al suelo, pues suelen estar fermentados. La semilla limpia germina mejor que la que conserva el pericarpio seco.

iii. USOS

Las hojas de laurel son utilizadas como condimento en la gastronomía europea (particularmente en la cocina mediterranea),

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así como en norteamérica. Estas se utilizan en sopas, guisos y estofados, así como en carnes, pescados, mariscos y vegetales. Como planta medicinal, el laurel es un tónico estomacal (estimulante del apetito, digestivo, colagogo y carminativo).

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CAPITULO II

2.MARCO CONCEPTUALa.LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MATERIA Y

ENERGÍA

Antoine Lavoisier, el científico francés considerado padre de la Química, midió cuidadosamente la masa de las sustancias antes y después de intervenir en una reacción química, y llegó a la conclusión de que la materia, medida por la masa, no se crea ni destruye, sino que sólo se transforma en el curso de las reacciones. La ley de conservación de la masa puede considerarse válida en las reacciones químicas (donde los cambios de masa correspondientes a la energía producida o absorbida no son medibles), pero no se cumple en las reacciones nucleares, donde la cantidad de materia que se convierte en energía es mucho mayor.

Sus conclusiones se resumen en el siguiente enunciado:

En una reacción química, la suma de las masas de los reaccionantes es igual a la suma de las masas de los productos.

Albert Einstein demostró en su teoría de la relatividad especial que la masa y la energía son equivalentes. Como consecuencia, las leyes de conservación de la masa y de la energía se formularon de modo más general como ley de conservación de la energía y masa totales.

b.BALANCE DE MATERIA

El objetivo de hacer un balance de materia es llegar a conocer los caudales y composiciones de las distintas corrientes de entrada y salida de un sistema y las cantidades totales y composiciones que están en el interior del mismo en un momento dado.

Las ecuaciones correspondientes al balance de materia constituyen una de las herramientas matemáticas más útiles de la ingeniería química. De hecho, su utilización resulta casi imprescindible para el estudio de cualquier proceso u operación unitaria, y existen un gran número de problemas que

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pueden resolverse mediante su conveniente explicación.

Un balance es un inventario de una determinada sustancia por ello debe quedar bien especificado por un proceso o por una parte del mismo.

ENTRADAmal − SALIDA mal + PRODUCCIÓNmat = ACUMULACIÓNmat

c.BALANCE DE ENERGÍA

Energía es la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. La radiación electromagnética posee energía que depende de su frecuencia y, por tanto, de su longitud de onda. Esta energía se comunica a la materia cuando absorbe radiación y se recibe de la materia cuando emite radiación. La energía asociada al movimiento se conoce como energía cinética, mientras que la relacionada con la posición es la energía potencial.

i. SISTEMA: Es cualquier parte material o idealizada del universo que se separa física o mentalmente para su estudio, también se puede definir como una porción del universo que se escoge para propósitos de análisis.

ii. ESTADO TERMODINÁMICO: Parte de la condición global de un sistema en reposo que depende del estado de movimiento e interacciones de sus partículas componentes.

iii. ENERGÍA: Característica fundamental de la energía es su propiedad de conservarse frente a cualquier transformación. Frente a las diferentes formas que toma la energía, tales como energía calórica, cinética, eléctrica, magnética, mecánica, nuclear, potencial, química, etc., el hombre tiene el desafío de transformarla a la forma que le resulte más conveniente.

1. ENERGÍA INTERNA

La energía interna de un sistema, es el resultado de la energía cinética de las moléculas o átomos que lo constituyen, de sus energías de rotación y vibración, además de la energía potencial intermolecular debida a las fuerzas de

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tipo gravitatorio, electromagnético y nuclear, que constituyen conjuntamente las interacciones fundamentales.

2. ENERGÍA TÉRMICA

Se denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza (energía geotérmica), mediante la combustión de algún combustible fósil (petróleo, gas natural o carbón), mediante energía eléctrica por efecto Joule, por rozamiento, por un proceso de fisión nuclear o como residuo de otros procesos mecánicos o químicos.

3. ENERGIA SOLAR

La emisión del calor en el sol se produce por efecto del fenómeno físico conocido con el nombre de “radiación”, que consiste en despedir cualquier tipo de energía en forma de ondas electromagnéticas que se desplazan por el espacio en todas direcciones. Así, la Tierra recibe los efectos de las ondas térmicas emitidas por la fuente solar, cuando se encuentra en su camino. Estas ondas electromagnéticas, son los rayos solares, los cuales parten de un punto de radiación para ser transmitidos, por un movimiento ondulatorio, a través del espacio.

iv. CONCEPTO DE CALOR

Cuando dos cuerpos A y B que tienen diferentes temperaturas se ponen en contacto térmico, después de un cierto tiempo, alcanzan la condición de equilibrio en la que ambos cuerpos están a la misma temperatura. Un fenómeno físico análogo son los vasos comunicantes. Supongamos que la temperatura del cuerpo A es mayor que la del cuerpo B, TA>TB.

Observaremos que la temperatura de B se eleva hasta que se hace casi igual a la de A. En el proceso inverso, si el objeto B tiene una temperatura TB>TA, el baño A eleva un poco su temperatura hasta que ambas se igualan.

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Figura: Termómetro

Decimos que una cantidad de calor Q se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura. Si los cuerpos A y B son los dos componentes de un sistema aislado, el cuerpo que está a mayor temperatura transfiere calor al cuerpo que está a menos temperatura hasta que ambas se igualan.

Si TA>TB

El cuerpo A cede calor: QA=CA·(T-TA), entonces QA<0 El cuerpo B recibe calor: QB=CB·(T-TB), entonces QB>0

Como QA+QB=0

La temperatura de equilibrio, se obtiene mediante la media ponderada

1. CALOR ESPECÍFICO

El calor específico o capacidad calorífica específica, “c” de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para aumentar su temperatura en una unidad por unidad de masa, sin cambio de estado:

En donde c es el calor específico, Q es la cantidad de calor, m la masa y ΔT la diferencia entre las temperaturas inicial y final.

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También existe la capacidad calorífica molar que se relaciona con el calor específico como:

2. CAPACIDAD CALORÍFICA

La capacidad calorífica (C) de una sustancia es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1 ºC su temperatura. Para medir la capacidad calorífica bajo unas determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una substancia (o un sistema) con el incremento de temperatura resultante. De hecho, la capacidad calorífica viene dada por:

Dónde:

C es la capacidad calorífica, que en general será función de las variables de estado. ΔQ es el calor absorbido por el sistema. ΔT la variación de temperatura

Se mide en julios por kelvin (unidades del SI).

La capacidad calorífica (C) depende de la cantidad de sustancia. Su relación con el calor específico es:

Dónde:

c es el calor específico

m la masa de sustancia considerada

Igualando ambas ecuaciones resulta:

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v. LEYES DE LA TERMODINÁMICA

1. PRIMERA Y SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La Primera ley de la termodinámica se refiere al concepto de energía interna, trabajo y calor. Nos dice que si sobre un sistema con una determinada energía interna, se realiza un trabajo mediante un proceso, la energía interna del sistema variará. A la diferencia de la energía interna del sistema y a la cantidad de trabajo le denominamos calor

En términos matemáticos lo podemos expresar.

Dónde:

ΔU

Energía interna.

ΔQ

Calor entregado o cedido a un determinado dispositivo.

ΔW

Trabajo realizado.

El contenido de la segunda ley de la termodinámica. En términos más o menos sencillos diría lo siguiente: "No existe un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor de una fuente y la conversión íntegra de este calor en trabajo".

Este principio (Principio de Kelvin-Planck) nació del estudio del rendimiento de máquinas y mejoramiento tecnológico de las mismas.

d.SECADO SOLAR

Secar significa remover cantidades de agua relativamente pequeñas de cierto material. El término se emplea también al extraer líquidos orgánicos de materiales sólidos. El secado es un proceso en el que se intercambian calor y masa. Implica la transferencia de un líquido procedente

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ΔU=ΔQ+ΔW

de un sólido húmedo a una fase gaseosa no saturada. Incluye una operación energética elemental y representa una de las acciones térmicas básicas en la industria de procesos y agro-alimentaria.

El secado o deshidratación de alimentos se usa como técnica de preservación pues los microorganismos que provocan la descomposición de los alimentos no pueden crecer y desarrollarse en ausencia de agua.

Una de las maneras más simples para lograr el secado (de alimentos o cualquier material) es exponer el material húmedo a una corriente de aire con determinadas condiciones de temperatura, humedad y velocidad.

Entre más seco y más caliente esté el aire, mayor será la velocidad de secado. El calor se añade por contacto directo del producto a secar con aire caliente a presión atmosférica y el vapor de agua formado se elimina por medio del mismo aire (Figura 12.1). Existen otros procesos de secado más complicados como el secado al vacío o por congelación. En el secado al vacío la evaporación del agua se verifica con mayor rapidez y el calor se añade indirectamente por contacto con una pared metálica o por radiación; en el secado por congelación el agua se sublima, pasando directamente del material congelado al aire.

i. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE SECADO

El secado se describe como un proceso de eliminación de substancias volátiles (humedad) para producir un producto sólido y seco. La humedad se presenta como una solución líquida dentro del sólido es decir; en la microestructura del mismo. Cuando un sólido húmedo es sometido a secado térmico, dos procesos ocurrirán simultáneamente:

1. Habrá transferencia de energía (comúnmente como calor) de los alrededores para evaporar la humedad de la superficie. (Proceso 1)

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2. Habrá transferencia de la humedad interna hacia la superficie del sólido. (Proceso 2)

La velocidad a la cual el secado es realizado está determinada por la velocidad a la cual los dos procesos, mencionados anteriormente, se llevan a cabo. La transferencia de energía, en forma de calor, de los alrededores hacia el sólido húmedo puede ocurrir como resultado de convección, conducción y/o radiación y en algunos casos se puede presentar una combinación de estos efectos. [22]

ii. CONDICIONES EXTERNAS

Este caso se refiere al proceso 1, donde, la eliminación de agua en forma de vapor de la superficie del material, depende de las condiciones externas tales como: temperatura, humedad y flujo del aire, área de la superficie expuesta y presión. Estas condiciones son importantes durante las etapas iniciales de secado cuando la humedad de la superficie está siendo removida. En algunos materiales puede haber encogimiento, excesiva evaporación en la superficie, después de que la humedad inicial ha sido removida dando lugar a altos gradientes de humedad del interior a la superficie. Este fenómeno es causado por el sobresecado y encogimiento y consecuentemente las altas tensiones dentro del material, dando como resultado agrietamiento y deformación. [22]

iii. CONDICIONES INTERNAS

El movimiento de humedad dentro del sólido es una función de la naturaleza física dentro del sólido, la temperatura y su contenido de humedad. En una operación de secado cualquiera de estos procesos puede ser el factor que determine la velocidad de secado.

A partir de la transferencia de calor hacia un sólido húmedo, un gradiente de temperatura se desarrolla dentro del sólido mientras la evaporación de la humedad ocurre en la superficie. La evaporación produce una

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migración de humedad desde adentro del sólido hacia la superficie, la cual ocurre a través de uno o más mecanismos, normalmente, difusión, flujo capilar, presión interna causada por el encogimiento durante el secado. [22]

iv. MECANISMO DE SECADO

Hay dos métodos para remover la humedad:

1. Evaporación. Esta ocurre cuando la presión del vapor de la humedad en la superficie del sólido es igual a la presión atmosférica. Esto se debe al aumento de temperatura de la humedad hasta el punto de ebullición. Si el material que está siendo secado es sensible al calor, entonces la temperatura a la cual la evaporación ocurre, la temperatura puede ser disminuida, bajando la presión (evaporación al vació). Si la presión disminuye baja más allá del punto triple, entonces la fase líquida no puede existir y la humedad en el producto es congelada.

2. Vaporización. El secado es llevado a cabo por convección, pasando aire caliente sobre el producto. El aire es enfriado por el producto y la humedad es transferida hacia el aire. En este caso la presión del vapor de la humedad sobre el sólido es menor que la presión atmosférica. [22]

En cada momento, la velocidad de secado es función de la velocidad de transmisión de calor y de la velocidad de transferencia de materia que depende del tipo y características del material. En la figura 9.3 se muestra la velocidad de secado de dos sólidos; la curva 1 corresponde al secado de arena y la curva 2 al secado de jabón.

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La curva 2 tiene dos zonas de secado definidas, el tramo AB de velocidad constante, independiente de la humedad y el tramo BC que corresponde a un descenso continuado de la velocidad de secado, la velocidad varía linealmente con la humedad. El punto B indica la humedad crítica.

En la curva 1 se distinguen tres periodos de velocidad de secado, DE secado a velocidad constante; EF línea recta que indica el primer periodo de secado de velocidad decreciente, velocidad varía linealmente con la humedad; la última etapa FC que es el segundo periodo de velocidad decreciente, no existe relación lineal entre la humedad y la velocidad de secado.

v. CINÉTICA DE SECADO

Si un lote de polvo o granos húmedo es secado en un lecho fluidizado y el contenido de humedad X (definido como peso de agua por unidad de peso de sólido seco) es determinado como una función de tiempo t, la curva resultante de X contra t será igual a la curva de la figura 5.1a.

Esta es convencionalmente dividida en dos partes, el primero llamado periodo de velocidad constante de secado y el segundo velocidad decreciente de secado. El contenido de humedad en el punto de transición entre los dos periodos es llamado contenido crítico de humedad X cr. Si el secado continúa más tiempo, X se aproximará al contenido de humedad X e, correspondiente a la humedad de equilibrio. En cualquier punto de la curva, la cantidad de humedad removible permaneciente (X – Xe)

Figura. Curvas de velocidad de secado de material sólido granular.

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se conoce como el contenido de humedad libre.

vi. CLASIFICACIÓN Y SELECCIÓN DE SECADORES

La selección del contenido final de humedad es principalmente dictada por los requerimientos de almacenamiento y estabilidad. El contenido final de humedad determina el tiempo de secado y las condiciones requeridas para el proceso. Los gradientes de humedad interna dentro de las partículas y la variación del contenido de humedad entre las partículas son importantes. Las restricciones de temperatura pueden aumentar a causa de la degradación térmica, cambios de fase, decoloración y manchas, flamabilidad de polvos, entre otros factores. La sensibilidad térmica fija la temperatura máxima a la cual la sustancia puede ser expuesta durante el tiempo de secado. [22]

La primera subdivisión está basada en métodos de transferencia de calor:

1. Conducción de calor.

2. Convección de calor.

3. Radiación de calor.

4. Calefacción dieléctrica.

La siguiente subdivisión está basada en el tipo de recipiente secador:

Figura 5.1 Ejemplo de curvas de secado y velocidad de secado [23].

20

1. Bandeja.

2. Tambor rotatorio.

3. Lecho fluidizado.

4. Neumático

5. Spray.

vii. SECADOR SOLAR

Está integrado por tres partes fundamentales: a) colector solar de aire caliente; b) cámara de secado y c) bandejas.

El colector solar tiene como objetivo básico capturar la energía del sol, de color negro mate y cubierta con un vidrio de 4 m m de espesor y transformarla en energía calórica. La cámara de secado es un sitio cerrado, ubicado en la parte alta del colector solar y debe ser cubierta con un material buen conductor de calor y llevar unos pequeños orificios usados como chimenea que permita el flujo de aire entre el interior y el exterior. Las bandejas pueden ser construidas con marcos de madera y malla, donde va colocado el producto a procesar.

Colector Solar

Cámara de secado

21

viii. EFECTO DE LA PROFUNDIDAD DEL LECHO EN LA VELOCIDAD DE SECADO

Mostafa, 1977 (citado por D. Reay y C. G. J. Baker) estudio el secado de silica gel en un lecho fluidizado de 0.10 m de diámetro. Midió la temperatura del lecho y la humedad del aire como una función de la altura arriba delz placa distribuidora, indico que tanto en el periodo de velocidad constante como en el de velocidad decreciente, el secado fue ocurriendo solamente a cualquier punto en el fondo 0.02 m del lecho. Incrementando la altura del lecho de 0.05 m a 0.20 m no hubo diferencias significativas para el grado de humedad del gas. Sin embargo, la humedad relativa del gas que sale del lecho fue sustancialmente menor que la humedad relativa en equilibrio correspondiente al contenido de humedad del sólido predominante.

Por lo tanto, tomando en cuenta lo anterior se deduce que, en materiales como: silica gel el cual pierde agua fácilmente y con ello la mayoría del secado se logra dentro de una distancia corta respecto al distribuidor, y el gas que sale de fase densa esta probablemente cerca del equilibrio con los sólidos; por otro lado, incrementando la profundidad del lecho arriba de la zona de secado no hay

Figura. Secador Solar de bandejas de la Facultad de Ingeniería Química

Bandejas

22

incremento significante en la velocidad de secado. [23]

ix. EFECTO DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA EN LA VELOCIDAD DE SECADO

En los experimento con silica gel, Mostafa, 1977 (citado por D. Reay y C. G. J. Baker) descubrió que incrementando el diámetro de partícula d p de 106 a 2247 µm se obtiene un ligero incremento en la velocidad de secado. Los experimentos fueron ejecutados a la misma velocidad de gas, altura y temperatura de lecho. En contraste, Venecek y Picka, 1964 (citados por D. Reay y C. G. J. Baker), en sus experimentos con fertilizante NPK, encontraron que el tiempo para eliminar una cantidad dada de humedad fue proporcional al cuadrado del diámetro de la partícula.

CAPITULO III

3. PARTE EXPERIMENTAL

a. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS.

i. MATERIALES DIRECTOS

Laurel Fresco

ii. MATERIALES INDIRECTOS

Sobres de plástico

Engrapador y grapas

Tiras de CARTON23

iii. EQUIPOS

Secador solar de la Facultad de

ingeniería Química

iv. INSTRUMENTOS

Balanza digital

Termómetro

Cronometro

Wincha

24

b. PROCEDIMIENTO.

En primer lugar sacamos las hojas al tallo de la

laurel y de estas hojas pesamos 540 g; llevar a

un recipiente o bandeja, con cuidado de no

desperdiciar la muestra medida.

Luego se procede a colocamos nuestra muestra en

las bandejas que contiene el secador y tomar

todos los cálculos iniciales como temperatura y

la radiación.

Procedemos a encender el secador y tomamos todas

sus dimensiones con respecto a la entrada y

salda; también se toma las temperaturas en la

entrada y salida (Programar el equipo de secado a

una temperatura de 40 oC y poner en operación).

Una vez transcurrido 1 hora y 30 minutos,

procedemos a sacar nuestra muestra e

inmediatamente tomamos su peso y temperatura.

25

c. CÁLCULOS

i. DATOS:

AIRE Temperatura de Entrada: 24oC Humedad relativa de Entrada: 30% Humedad Absoluta de Entrada: 0,007 Kg

H2 0 / Kg A.S Temperatura de salida : 310C Temperatura relativa de salida: 48% Humedad Absoluta de Salida : 0,014 kg

agua / kg A.S

PARA EL SISTEMA Temperatura en la cámara de

ventilación: 400C Velocidad de flujo de aire: 0,7 m/seg Área de la superficie de salida del

aire :0,0023m2

Intensidad de Radiación solar.170 mv Tiempo de Operación : 1 hora y 30

minutos Densidad del aire. 1,1444 Kg/m3 a

(330C) Flujo Masivo del aire Húmedo : 0,00132

Kg/seg

PARA EL LAUREL

26

Número de

bandeja

Peso laurel húmedo

(gramos)

Peso del laurel seco (gramos)

1 320 1352 320 1203 380 140

1020 395

G2: laurel =0.395kg

A1: aire húmedo

G1: laurel=1.02kg.

% w G1a =?

% w G1b = ?

0.007kg (agua)/AS

VARIABLESAgua=a

Solido seco=bAire seco=c

E = S

SECADOR

A2: aire húmedo

% w G2a =?

% w G2b = ?

0.014kg (agua)/AS

Peso de Entrada : 1020 gr Peso a la Salida : 395g

BALANCE DE MATERIA EN EL SISTEMA DE TRABAJO

DIAGRAMA DEL PROCESO a = agua (H 2 O) b = Solido seco c = Aire seco

% wG1a= 62.5 %wG2a= 5.95 % wG1b= 37.5 %wG2b= 94.05

SECADOR 0,007kg0,014kgG1= 1.020 kg G2=0,395 kg

A2=89.91 kgA1=90.54 kg

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% wG1c=0 %wG2c= 0

No hay reacción química

Base de cálculo =480 (minutos) =28800 seg de operación

% Humedad =( Peso Inicial−Peso FinalPeso IniciaL ).100ENTONCES:

%wG1,a =(W Laurel Humedo−W LaurelSecoW Laurel Humedo ) x100

DATOS OBTENIDOS DE LA MUESTRA = BANDEJA NUMERO 2

w laurel húmedo = 320gr

w laurel seco = 120gr

% wG1,a=

(320−120)320

x 100=62 .5

Y1=0.625

BALANCE DE LA MATERIA TOTAL

A1+G1= A2+ G2

A1+1.020= A2+0,395 ……………………………………… (1)

Aplicando balance parcial para el sólido “b”

A1wA1,b+G2,w G2,b = A2wA2,b+ G1wG1,b

G2w G2,b = G1wG1,b

(0.395)(w G2,b)=(1.020)(0.375)

w G2,b=0.9686

w G2,a=0.0314

Y2=0.0314

28

Aplicando balance parcial para el líquido “a”

A1wA1,a+G2,w G2,a = A2wA2,a+ G1wG1,a

A1

0 .0141. 014

+(0.395)(0.0314)= A2

0 .0141.014

+(1.020)(0.625)

Con la ecuación (1)

A1+1.020= A2+0,395

Resolviendo los sistemas de ecuaciones se obtiene:

A2=89.91

A1=90.54

BALANCE DE ENERGÍA EN EL SISTEMA DE TRABAJO

Al realizar un balance de energía se encuentra que:

Q(alrededores) = Q(sistema)

Donde se analiza todas las influencias de calor que se le somete al sistema, resultando la siguiente ecuación:

Q(agua) = Q(laurel) + Q(aire seco) + Q(perdido)

Hallando el calor de la laurel seca:

Q(LAUREL) = m*Ce*∆T

Q(LAUREL) = 382,5g*(0,52cal/gºC)*(40-17)ºC

Q(LAUREL) = 4574,74cal

Hallando el calor del aire seco:

Q(aire seco) = m*Ce*∆T

Q(aire seco) = 88,0362kg*(0,24kcal/kgºC)*(31-24)ºC

Q(aire seco) = 147900,81 cal

29

Hallando el calor del agua:

Q(agua) = Q(sensible) + Q(latente)

Q(sensible) = m*Ce*∆T

Q(sensible) = 637,5g*(1cal/gºC)*(100-17)ºC

Q(sensible) =52912,5 cal

Q(latente) = m*Cl

Q(latente) = 637,5g*(540cal/g)

Q(latente) = 344250,00 cal

Q(LAUREL) = 4574,74cal

Q(AGUA)= 52912,5cal + 344250 cal

Q(AGUA)= 397.163kcal

Hallando el calor perdido:

Q(perdido) = Q(agua) + Q(laurel) + Q(aire seco)

Q(perdido) = 397162.5cal – 4574,74cal – 147900,81 cal

Q(perdido)=244,687kcal

Donde:

m = masa del material en estudio. Ce = calor especifico del material en

estudio. ∆T = variación de temperatura del

material en estudio. Cl = calor latente del agua.

30

Diagrama de Flujo del secador

1:laurel fresco

2:Aire seco

3:Bolsas de plastico

4:Aire humedo

5: laurel seco y embolsado

Diagrama de operación

Clasificación

Aire

Secado

Laurel fresco

Aire con agua

Colector

Embolsado

Cámara de secado

Bolsas de plástico

5

Desechos

1

2

3

4

31

A=Colector

B=ventilador centrifugo

C=cámara de secado

Embolsado

Laurel seco y embolsado

A CB

32

CAPITULO IV

RESULTADOS

BALANCE DE MATERIA

% de Humedad inicial=62,5%% de Humedad final = 3.14%A2=89.91A1=90.54

BALANCE DE ENERGÍA

Q(LAUREL) = 4574,74calQ(aire seco) = 147900,81 calQ(AGUA)= 397.163kcalQ(perdido)=244,687kcal

33

CONCLUSIONES.

Para los 1.020 kg de laurel utilizado para una

operación de secado a una temperatura promedio de 40O

C, un 62.5% de la muestra es agua, siendo la materia

solida un 37.5%, al final del secado se obtuvo un 3.14%

de humedad con lo que podemos decir que la humedad se

redujo en un 94.97% con respecto a la muestra inicial

de laurel.

Con respecto al balance de energía se logró realizar con éxito los respectivos balances de cada componente que interviene en el secado, para el calor de la laurel seca se obtuvo un resultado de Q(LAUREL) = 4574,74cal, para el calor de agua perdida un resultado de Q(AGUA)= 397.163kcal, para el aire seco un valor de Q(aire seco) = 147900,81 cal, a partir de estos resultados se obtuvo el calor perdido total siendo este valor Q(perdido) = 244.687kcal.

34

RECOMENDACIONES.

Para el secado del laurel se utilizó instrumentos

electrónicos delicados, es por ello que dichas

operaciones para medir la temperatura, humedad y

velocidad de flujo de aire se tendrá que realizar con

el mayor cuidado posible.

Instalar el equipo secador en un lugar adecuado, de

tal manera que esta no cause molestia al momento de

realizar las respectivas medidas de temperatura de

entrada y salida.

Es necesario trabajar con una cantidad regular de

materia prima para poder observar con más claridad las

pérdidas de moléculas de agua después de cada peso.

Se tendrá en cuenta que para lograr un eficiente

secado la materia prima debe de estar dentro del

secador por lo menos dos horas.

35

BIBLIOGRAFIA.

Himmelblau, David M. “Principios y cálculos básicos de la

Ingeniería Química” Editorial

C.E.C.S.A., México 1987.

Holland C.D. “Fundamentals and Modeling of Separation

Processes” Prentice Hall, London, 1975.

Feder, Rousseau. "Principios elementales de los procesos

químicos". Addison Westley, Delaware, USA 1991

M. Petrociants. La energía atómica en la ciencia y la

industria . Editorial pueblo y educación .La habana 1985.

Leonel Cosme Ruiz Mijares. ¿Qué es una electro nuclear?.

Editorial Academia. La Habana 1993.

http://www.manizales.unal.edu.co/cursofisica/contenido/

primertermo.htm.

http://www.ambientum.com/dir_htm/V/Vvaltec.htm

36

ANEXOS

Valores de la Densidad del Aire Ambiente para Alturas Varias

37