secado de soliddsos_ opii_2015
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TEMA I (PARTE 2)
SECADO DE SÓLIDOS
SECADO DE SÓLIDOS
Definición
Secar un sólido significa eliminar cantidades relativamente pequeñas
de agua, o de cualquier otro líquido con el fin de reducir el contenido
de humedad. En general, esto ocurre por evaporación de la humedad
del sólido en una corriente gaseosa. Por lo tanto, se deben tener en
cuenta los mecanismos de transmisión de calor y transporte de
materia.
En la mayoría de los procesos de secado, la humedad (o líquido a
separar) suele ser vapor de agua, y el gas empleado para el secado
suele ser aire.
MECANISMOS DE SECADO
Mecanismo de secado
Secado directo o adiabáticos
El calor lo proporciona el aire
Continuo
El aire y el sólido entran continuamente en el secadero,
variando a través del mismo las condiciones de ambos
Discontinuo
Una vez cargado el secadero se hace circular aire y se supone que
las condiciones permanecen constantes con el tiempo
Secado indirecto o no adiabáticos
El calor se suministra por una fuente térmica a través de una superficie metálica en contacto con el objeto a
secar
a) Flujo de gas sobre un
lecho estático de
sólidos
b) Flujo de gas a través
de un lecho de sólidos
c) Acción en un
secadero rotatorio
d) Lecho fluidizado de
sólidos
e) Flujo en paralelo gas-
sólido en un secadero
flash de transporte
neumático
SECADEROS DIRECTOS O ADIABÁTICOS
a) Secadero discontinuo
b) Secadero continuo en contracorriente
MODELOS DE TEMPERATURA EN SECADEROS
Fuente: Mc Cabe
EQUILIBRIO ENTRE FASES
Las relaciones de equilibrio importantes en secado son las
correspondientes a la humedad contenida en el sólido y a la del aire
húmedo.
Fuente: Ocon Tojo
EQUILIBRIO ENTRE FASES
EQUILIBRIO ENTRE FASES
Fuente: Treybal
Humedad del sólido (X)
El contenido de humedad del sólido puede expresarse en base seca o
en base húmeda. Para los cálculos de secado resulta más
conveniente referir la humedad en base seca, debido a que esta
permanece constante a lo largo del tiempo.
Base seca
X= masa de agua/masa de sólido seco
Base húmeda
X= masa de agua/ (masa de sólido seco + masa de agua)
Humedad de equilibrio (X*)E
Es el contenido de humedad en un sólido que está en equilibrio con la
presión parcial dada del vapor. Es el límite al que puede llevarse el
contenido de humedad de una sustancia por contacto con aire de
humedad y temperatura determinadas.
Si X > X* se evaporará el agua del sólido hasta X = X*
Si X < X* el sólido absorberá el agua del aire hasta X = X*
DEFINICIONES
DEFINICIONES
.
Humedad de libre
Es la diferencia entre el contenido total de agua del sólido y el
contenido de agua en el equilibrio
F= X – X*
Humedad ligada o agua ligada
Es el valor de la humedad de equilibrio del sólido en contacto con
aire saturado, es decir, la humedad contenida en un sólido que
ejerce una presión de vapor en el equilibrio menor que la del líquido
puro a la misma temperatura.
Humedad no ligada o agua no ligada: Es la diferencia entre la
humedad del sólido y la humedad ligada; o bien la humedad libre del
sólido en contacto con aire saturado. En función de las presiones de
vapor, se refiere a la humedad no ligada como aquella que ejerce
una presión de vapor en el equilibrio igual a la del líquido puro a la
misma temperatura.
La humedad ligada y no ligada depende del
material
La humedad libre y la de equilibrio depende de
las condiciones de secado
OBSERVACIÓN!!
CINÉTICA DEL SECADO
Se define como la pérdida de humedad del sólido húmedo en la
unidad de tiempo operando en condiciones constante de secado
PERÍODOS DE SECADO
1. Humedad del sólido disminuye linealmente con el
tiempo. Periodo de velocidad constante.
2. En el punto crítico w disminuye hasta X* (F=0). Periodo
de velocidad decreciente.
HUMEDAD Y TIEMPO CRÍTICO
Humedad crítica
Es el valor de la humedad a partir del cual la velocidad de secado
disminuye y deja de permanecer constante.
Tiempo crítico
Es el tiempo de secado necesario para que la humedad del sólido
descienda desde su valor inicial hasta el crítico.
PRUEBAS DE SECADO-
DATOS EXPERIMENTALES
Tiempo Masa de sólido húmedo
- -
- -
- -
Cuando la cantidad de
sólido seco es
constante, la variación
de humedad con el
tiempo ha de ser igual
a la variación de masa
total con el tiempo. Por
tanto, es lo mismo
representar la masa
total frente al tiempo
que la humedad total.
PRUEBAS DE SECADO- CURVA DE
VELOCIDAD DE SECADO
Humedad, X Velocidad, W
- -
- -
- -
Tramo AB: representa el periodo de
velocidad constante.
Tramo B0: representa el periodo de
velocidad decreciente
SECADO DE SOLIDOS EJEMPLO 9.2 DEL OCON
TOJO
min h
0 0,00 0,532
10 0,17 0,514
20 0,33 0,496
30 0,50 0,483
40 0,67 0,47
50 0,83 0,462
60 1,00 0,454
70 1,17 0,449
80 1,33 0,443
90 1,50 0,44
100 1,67 0,436
110 1,83 0,434
120 2,00 0,431
Tiempo Valor
medio de XΔT -ΔX/ΔT WX
Agua en
solidoPeso total ΔX
SECADO DE SOLIDOS EJEMPLO
min h
0 0.00 0.532 0.182 0.520
10 0.17 0.514 0.164 0.469 0.49428571 -0.051 0.17 0.308571 0.9
20 0.33 0.496 0.146 0.417 0.44285714 -0.051 0.17 0.308571 0.9
30 0.50 0.483 0.133 0.380 0.39857143 -0.037 0.17 0.222857 0.65
40 0.67 0.47 0.12 0.343 0.36142857 -0.037 0.17 0.222857 0.65
50 0.83 0.462 0.112 0.320 0.33142857 -0.023 0.17 0.137143 0.4
60 1.00 0.454 0.104 0.297 0.30857143 -0.023 0.17 0.137143 0.4
70 1.17 0.449 0.099 0.283 0.29 -0.014 0.17 0.085714 0.25
80 1.33 0.443 0.093 0.266 0.27428571 -0.017 0.17 0.102857 0.3
90 1.50 0.44 0.09 0.257 0.26142857 -0.009 0.17 0.051429 0.15
100 1.67 0.436 0.086 0.246 0.25142857 -0.011 0.17 0.068571 0.2
110 1.83 0.434 0.084 0.240 0.24285714 -0.006 0.17 0.034286 0.1
120 2.00 0.431 0.081 0.231 0.23571429 -0.009 0.17 0.051429 0.15
Tiempo Valor
medio de XΔT -ΔX/ΔT WX
Agua en
solidoPeso total ΔX
CÁLCULO DEL TIEMPO DE SECADO
Duración de secado en condiciones constantes
Se distinguen dos períodos: antecrítico, poscrítico
CÁLCULO DEL TIEMPO DE SECADO
Periodo antecrítico
Durante este periodo W = constante
Si la humedad final, Xf,es mayor a la humedad crítica ha de
sustituirse Xc por Xf.
S
A
Xi Xc
Wc=
CÁLCULO DEL TIEMPO DE SECADO
Periodo poscritico
Método gráfico
Si no se conoce la relación analítica W = f(X)
Se grafica 1/W en función de X, el valor de la integral será el área
limitada por la curva, como límites de integración Xc y Xf
Métodos analíticos
Si la velocidad de secado varía linealmente con la humedad desde la
humedad crítica hasta la humedad final. La integración resulta en
CÁLCULO DEL TIEMPO DE SECADO
Periodo poscritico
Si no conocemos la variación de la velocidad de secado en función
de la humedad, se podría suponer que la variación es lineal desde
la humedad crítica hasta la de equilibrio
Si Xi < Xc, Xi sustituye a Xc.
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADO
Periodo antecrítico o velocidad de secado constante
La velocidad de difusión a través del sólido es igual a la
velocidad de secado
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADO
Periodo antecrítico o velocidad de secado constante
U: coeficiente integral de transmisión de calor
λi: calor latente de vaporización a la temperatura de interfase
ti: temperatura en la interfase
t: temperatura en el seno del aire
a) Si es por convección del aire a la superficie húmeda
U = hc
Es mas utilizada
hc: coeficiente de convección en las condiciones de trabajo
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADO
Periodo antecrítico o velocidad de secado constante
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADO
Periodo antecrítico o velocidad de secado constante
Para flujo de aire perpendicular a la superficie, con los valores de
G comprendidos entre 4000 y 20000 kg/m2*h puede emplearse la
ecuación
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADO
Periodo antecrítico o velocidad de secado constante
b) Si la transmisión del calor se efectúa por convección y radiación,
el coeficiente integral viene dado por
Para el caso particular de secaderos de bandejas
L: el espesor del material
Húmedo
K: Conductividad calorífica
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADO
Periodo antecrítico o velocidad de secado constante
Condiciones de interfase (Ti, Yi)
Depende del mecanismo de Transmisión de calor
a) Si el calor llega solo por convección a la superficie húmeda, la
condiciones de interfase son prácticamente las mismas que las
de la temperatura húmeda del aire
En realidad siempre hay transmisión de calor por radiación y
conducción y la temperatura de la superficie será un poco
mayor que la temperatura húmeda del aire (del orden de 2 °C)
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADO
Periodo antecrítico o velocidad de secado constante
b) Si la superficie húmeda recibe calor por radiación y conducción
además de la convección, la temperatura de la superficie estará
comprendida entre la temperatura húmeda y la temperatura de
ebullición del agua o líquido a evaporar
c) Si es principalmente por conducción a través del material desde
un foco de temperatura elevada, el agua se separa principalmente
por ebullición
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SECADOQ
Periodo antecrítico o velocidad de secado constante
Cuando el Coeficiente Global de transmisión de calor corresponde
realmente al paso de calor a través de la capa límite se tiene
Se puede resolver por tanteo