SECADO POR ASPERSIN

SECADO POR ASPERSIN

I. OBJETIVOS:

1) Calcular el coeficiente de transferencia de calor (hc).

2) Determinar el coeficiente de transferencia de masa.

3) Calcular la eficiencia de la operacin de secado.II. INTRODUCCION:

Las soluciones y pastas pueden secarse mediante su aspersin en pequeas gotas dentro de una corriente de gas caliente en un secador por aspersin. El lquido se evapora rpidamente y se seca antes de que puedan llegar a las paredes del secador, el polvo seco que se obtiene cae al fondo cnico de la cmara y luego es extrado mediante una corriente de aire hasta un colector de polvos.El secado por aspersin ofrece la ventaja de un secado extremadamente rpido para los productos sensibles al calor, un tamao, densidad de la partcula de productos que son controlables dentro de ciertos lmites y costos relativamente bajos de operacin.

Los secadores mediante aspersin han sido diseados para procesar lodos o soluciones para velocidades de produccin relativamente altas, a diferencia de los dems secadores. El producto se obtiene en forma de pequeas esferitas que son razonablemente uniformes en tamao, y relativamente libres de polvo.

En la operacin de secado mediante aspersin, el lodo se bombea hasta una esfera o disco rotatorio atomizador que roca la carga en forma de gotitas muy finas. Estas gotitas estn sometidas a una corriente de aire caliente que puede fluir en flujo paralelo o contracorriente, en relacin con las gotitas que caen; o bien inclusive segn en patrn complejo de los dos citados. Una vez secado, el slido en partculas se separa del aire mediante gravedad. El aire de salida transporta las partes mas finas de la cmara de secado, pasando a travs de separadores tipo cicln en inclusive filtros de bolsa, o burbujeadores hmedos antes de salir a la atmsfera.Cualquier unidad de secado mediante aspersin tiene como partes fundamentales:

El suministro de la carga y el sistema de atomizacin.

El sistema de produccin y de soplado de gas caliente.

Una cmara de secado.

Un sistema de separacin gas-slido.

Un sistema de descarga de producto.III.-MATERIAL Y METODO1.-Material de Estudio

GOMA ARABIGA

La goma arbiga, es un exudado de distintas especies de acacia, es un ejemplo caracterstico de las gomas que contienen arbiga .La de mejor calidad se obtienen de las especies Acacia Senegal y Acacia arbiga, que crecen en el oeste y el norte de Africa.La goma forma en agua una solucin espesa y lmpida, si a esta solucin se aade alcohol etlico ligeramente acidificado con acido clorhdrico, se obtienen arabina.HUEVO

La yema es una solucin de albmina, una protena de elevado valor energtico, rica en los aminocidos lisina,metionina y triptofano.La yema contiene protenas ,grasas neutras, lecitinas ,colesterol, hierro y vitamina A(caratenoides).En conjunto, un huevo de gallina contiene por cada 100 g tiles (equivale aprox. a 2 piezas sin cscara):160 caloras,0.6g de glucidos,11.5 g de lpidos,12.8 g de protenas,74 g de agua y el resto corresponde a otros componentes ya sea vitaminas y minerales.2.-DESCRIPCION DEL EQUIPO UTILIZADO:EQUIPO DE SECADO UTILIZADO

Se utilizo un secador por atomizacin BOWEN LABORATORY SPRAY-AIRE de circulacin en paralelo provisto de un atomizador centrfugo giratorio de 2 pulg. de dimetro y 50 000 rpm el cual tiene como finalidad atomizar el alimento en una corriente caliente de aire.

El aire se toma del medio ambiente y es calentado en un BURNER de 39 pulg. de alto por 12.5 pulg. de dimetro de acero inoxidable, se usa como combustible gas propano.

Para el transporte del aire se usa un ventilador o FAN marca BUFFALO FORGE, centrifugo de 3500 rpm, el FAN esta provisto de un motor de 2 HP.

Para separar el producto seco de los gases salientes se usa un cicln, el cual tiene un indicador de cada de presin desde 0 15 pulg. de H2O y una temperatura mxima de 150 F. Las medidas del cicln son: 43 pulg. de altura por 28 pulg. de dimetro construido de acero inoxidable.

Para la dispersin del aire caliente al entrar a la cmara de secado se utiliza un dispersor de aire.""Una cmara de secado de 30 pulg. de dimetro por 60 pulg. de altura de acero inoxidable tipo 316. La capacidad de evaporacin de H2O de este secador es de 15 a 80 lbs/hr y la temperatura del aire secador mxima de 1500 F y mnima de 150 F con una razn de flujo de 250 cfm.

COMPONENTES DE SPRAY Y DRYER

1. -Cmara de secado.

2.- Atomizador.

3.- Dispersin.

4.- Calentador (DURBER).

5.- Ventilador.

6.-Cicln.

FIG (1): Componentes de un secador por Atomizacin.

EQUIPO AUXILIARUn compresor recprocante marca curts, el cual consta de dos cilindros:

-De baja presion, d=4 1/2

-De alta presion, d=2 1/2

Un motor elctrico de 5H.P. Trifsico, de 230 V, 13.6Amp. y 1730 r.p.m.Una bomba dosificadora marca Moyno, con un motor Robbins & Meyers de HP., las reducciones del eje varia desde 36.6 a 300rpm, corriente trifsica de 230/460 y 60 Hz.La capacidad de la bomba varia de acuerdo a la presin y velocidad de su eje; por ejemplo para una velocidad de 54 r.p.m le corresponde una capacidad de 75 cm3/min.

Un filtro de aire (dentro del Burner) de la Ac.Sport Plug Divisin, con las siguientes caractersticas :101/8 O.D.,85/2 I.D. y 2 de altura.Una lnea de alimentacin de gas propano con una GAS COCK, marca Eclipse de I.P.S, trabaja una presin mxima de 5psig.

Una vlvula solenoide marca Asco con tubo de NPT, usa corriente elctrica.

IV.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:Se prepara la solucin a suspensin aadiendo el porcentaje de slidos o materia seca pesada, generalmente se aconseja tomar aproximadamente 30 % de slidos, a un volumen determinado de agua, esta solucin se prepara en el tanque T-1.

Este lodo o suspensin se alimenta al secador mediante una bomba dosificadora B-1 de capacidad variable al tubo de entrada del disco atomizador T-3 que esta sentado en el techo de la cmara de secado B-1.

El eje del disco atomizador puede girara en un intervalo de velocidades tiles de 6000 a 20 000 rpm, en los secadores comerciales BOWEN y de 15 000 a 30 000 rpm en los modelos de planta piloto, el BOWEN SPRAY aire del laboratorio de Operaciones Unitarias de la Universidad Nacional de Trujillo el eje del disco atomizador gira a una velocidad de 50 000 rpm, el motor atomizador es de HP.

El aire se introduce en la cmara de secado procedente de un BURNER mediante un ventilador centrifugo de velocidad constante (3500 rpm) montado a la salida del cicln, el aire que abandona el ventilador pasa a la atmsfera.Tabla N 1: Datos experimentales

Tiempo mnimoAP

Te(C)

Ts/C)

0

11,5

255

105

12

11,5

260

170

17

11

275

185

22

11

280

185

26

11

280

185

270 166

Fuente: Secado por aspersin.V.- MTODO:

Dimetro de la partcula:

(1)

Dp = 3 Dvs (2)Donde:

D(s: Dimetro medio de Sauter de la gota en (m.

(: Tensin superficial.

U: Velocidad relativa del gas con respecto al liquido (m/s).

(L: Densidad del liquido (g/cm3).

(: Viscosidad dinmica del liquido (poises).

VL: Gasto volumtrico del liquido.

VG: Gasto volumtrico del gas.

DP: Dimetro medio de la partcula (m).

Coeficiente de Transferencia de Masa y Coeficiente de Transferencia de Calor.

(3)

(4)

;

Donde:

K1= K2=0.6

P= m = 1/3

Q = n =1/2

Kg.: Coeficiente de Transferencia de masa (mol Kg. /h. m2. atm)

hc: Coeficiente de transferencia de calor (w).

K: Conductividad trmica del gas (mol Kg. /h. m2. atm)

Dg.: Difusividad del gas (m2 / h.).

(: Densidad del aire (Kg. /m3).

M: Peso molecular medio del gas.

: Presin total (atm).CAPACIDAD DE EVAPORACION

(5)Donde:

Intensidad de evaporacin (Kg. /h)

Ta: Temperatura del gas (C).

Ts: Temperatura de partculas (C).

: Calor latente del lquido a la temperatura Ts (KJ/Kg.).

(: 3.1416

EFICIENCIA DE LA OPERACIOIN DE SECADO

RESULTADOS

: 80Kg.

: 422Kg.

: 400ml.

: 750.82 mmHg.

VL: 6*10-7 m3 / s

VG: 8.82*10-4 m3 / s

U: 1.84 m / s

DETERMINACION DEL TIEMPO DE SECADO

Donde:

Kf: Conductividad trmica del gas.

W: Contenido de humedad.

S: Densidad de la partcula 1060 Kg. /m3.

Dp: 0.4*10-3 m.

(Ta Ts): 270 166 = 104 C

: 587.93 KJ/Kg. Solid.

REEMPLAZANDO TENEMOS

( =

( = 5.76 hrs.

Tabla N 2:Resultados.

% humedad

de alimentacinDw/do

(kg/h)Hc

(w/m2.k)Dp

(m)Kg (kmol/h.m2.atm)Eficiencia

81,042.207x10-471,62156,0411x10-310,931481,04

Fuente: Tabla N 1, condiciones de operacin.

Porcentaje de Humedad del material a secar

% Humedad de Alimentacin = WAgua

WSolucinWAgua: 342Kg

WSolucin : 422Kg

% Humedad de Alimentacin : 342 *100 = 81.04

422

Calculo del dimetro de la Partcula

VL= 6*10-7 m3/s

Vg= 8.82*10-4 m3/s

U = 1.84 m/s

Toperacin = ( 270+166 )/2 =218 C =491K

Propiedades del agua ( 218 C =491K )

( = 33.67 * 10-3 N/m = 33.67 dinas/cm

( = 0.846 g/cm.

= 1.3095 * 10-4 Kg./m.s = 1.3095 * 10-3 poises

Dvs = +

Dvs = 2013.7 m = 2.0137 * 10-3m

==> Dp= (3)(2.0137 *10-3) =

Coeficiente de Transferencia de Masa:

K1 = 0.6 , m=1/3 , n=1/2

NSc =

NRe =

Datos:

M = 29 Kg/Kgmol

Dp = 6.0411 * 10-3

= 750.82 mmHg = 0.9879 atm

Propiedades del aire (Top = 218C =491K):

p = 0.72193 Kg/m3

= 2.5987 * 10-3 Kg/m.s

k = 0.038378 W/m.K

Dg =6.956 * 10-5 m2/s =0.25042 m2/h

Npr = 0.6805

Kg =

Kg =

Kg =

VI.- DISCUSION

Se observa que Kg, hc aumenta a medida que la temperatura de operacin se incrementa, debido al decrecimiento del dimetro de partcula.

El tiempo de Secado () decrece a medida que aumenta la temperatura de operacin, puede decirse que el tiempo de secado esta controlado por la T de operacin.

El dimetro encontrado en la prctica es alto en comparacin con el dimetro terico que se encuentra en la bibliografa.

La capacidad de evaporacin es muy baja, esta relacionada directamente con el dimetro de la partcula y la temperatura del gas.

El porcentaje de la eficiencia es alto.

El coeficiente de transferencia de calor depende de la conductividad.

El coeficiente de transferencia de masa es alto comparndolo con los otros tipos de secado.VII.-CONCLUSION El dimetro de la partcula es 6.0411E-3m, porque depende de las propiedades fsicas del liquido y del gas, a mayor temperatura mayor es el dimetro de la partcula. La capacidad de evaporacin es 2.20E-4, porque depende de las propiedades del aire y del agua, aumenta la temperatura va disminuyendo la capacidad de evaporacin.

La eficiencia es alta 88.04 mientras mayor sea el peso de la solucin hmeda mayor ser su eficiencia.

El coeficiente se calor es 71.6215 w/mk, porque mientras mayor sea la temperatura mayor ser la conductividad, por lo cual aumenta el coeficiente de transferencia de calor.

El coeficiente de transferencia de masa es de 10.9314 (kmol/m2*h*atm) porque depende de las propiedades del agua y del aire, su valor es alto porque existe una gran diferencia en la temperatura de entrada y de salida.

La eficiencia es de 81.04.

VIII.-RECOMENDACIONES El equipo de secado debe funcionar adecuadamente para desarrollar una buena prctica. El dimetro de la partcula debe tener un valor constante.

Se debe de tratar de que la temperatura de salida del aire este por debajo de los 100C.

La prctica debe de hacerse cuando las condiciones climticas sean adecuadas para desarrollar dicho objetivo.

Alimentar una solucin alrededor de 20-30% en slidos.

IX.-BIBLIOGRAFIA Alan S.Foust y otros ,"Principios de operaciones unitarias",Editorial Continental,S.A.Mexico 1974.(Pagina:388-405)

GALINDO J.1992."Ensayo de Secado por Atomizacin de Clara de Huevo".Universidad Nacional Agraria La Molina.Tesis.

Biblioteca de Consulta Microsoft-Encarta-2005. 1993-2004Microsoft Corporation. Geankoplis Christie J. Transport Processes and Unit Operations Third Edition 1993 Prentice Hall.

Bravo Charcape Alejandro y otros.Manual de Laboratorio de Operaciones Unitarias II Pg. 76

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6.0411 * 10-3m

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