secador de charolas completo
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S.E.P. S.N.E.S.T. D.G.E.S.T.
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA
DEP. DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
LABORATORIO INTEGRAL III
REPORTE DE SECADOR DE CHAROLAS
ELABORÓ:
BALDERAS VILLAVICENCIO NAILEA
ESTEBAN GUTIERREZ ALEJANDRA IVETTE
GARCIA LOPEZ DANIELA SARAHY
HERNANDEZ MIRAFLORES ADRIANA
MARTINEZ BERNAL ALEJANDRO
MARTINEZ GONZALEZ JACQUELINE
RODRIGUEZ CASTILLO ALMA DELIA
ROGGERO DAIANA
TORRES SABAS EDUARDO
PROFESOR:
M. en C. OMAR ALBERTO HERNANDEZ AGUIRRE
METEPEC, ESTADO DE MÉXICO, NOVIEMBRE DE 2014.
SECADOR DE CHAROLAS
1 OBJETIVO
Conocer los principios básicos de la operación de secado mediante el uso de un secador
de charolas, así mismo calcular la cantidad de humedad que va a perder el sólido.
2 INTRODUCCIÓN
El secado es una operación unitaria, que en términos generales se refiere por lo general
a la eliminación de la humedad de una sustancia, indica también la remoción de otros
líquidos orgánicos, tales como disolventes orgánicos de los materiales sólidos, mediante
la aplicación de calor bajo condiciones controladas. El secado en si implica la
transferencia de líquido procedente de un sólido húmedo a una fase gaseosa no saturada.
En la práctica el disolvente es con tanta frecuencia agua y el gas el aire, que ésta
combinación proporcionará las bases para la mayor parte de este análisis.
El secado de alimentos determina la reducción del peso y normalmente también, de
volumen, por unidad de valor alimenticio, e incrementa la vida útil de los productos secado
en comparación con los correspondientes alimentos frescos.
En general, el secado significa la remoción de cantidades de agua relativamente
pequeñas de cierto material. La evaporación se refiere a la eliminación de cantidades de
agua bastante grandes, además, ahí el agua se elimina en forma de vapor a su punto de
ebullición. En el secado, el agua casi siempre se elimina en forma de vapor con aire.
2.1 MARCO TEÓRICO
Cálculos para un secador por lotesCurvas de rapidez de secado
A partir de los datos obtenidos durante las pruebas de secado, se puede graficar la curva
de contenido de humedad como función del tiempo. Se puede obtener mucha información
si los datos se convierten a flujos de secado, expresadas como N (masa/ tiempo. área) y
se grafican contra el contenido de humedad. Para realizar lo primero debemos expresar
los datos como peso total (W) del sólido húmedo a diferentes tiempos durante el periodo
de secado.
Los datos que se obtiene de un secado por lotes generalmente se expresa como:
W= Peso de sólido húmedo (masa total de agua+ sólido seco) a diferentes tiempos
de (t) horas de secado.
Ws= Peso del sólido seco (cuando el peso de la muestra se mantiene constante
es decir, ya no pierde humedad).
X=W−W s
W s
[¿ ] masatotal deaguamasa total desólido seco
ecu(1)
Con los datos que se obtienen de la ecuación anterior se puede trazar una gráfica del
contenido de humedad libre X en función del tiempo, para obtener la curva de velocidad
de secado se pueden medir las pendientes de las tangentes trazadas a la curva, o se
puede determinar a partir de la curva pequeños cambios en el contenido de humedad X
para los cambios pequeños correspondientes en el tiempo dt. Se calcula entonces la
velocidad para cada punto con la expresión:
N=W s
A (−dXdt )ecu(2)
N= Velocidad de secado (masa de H2O/ tiempo*área)
A= Área superficial expuesta al secado
Figura 1. Curva típica de secado
Generalmente hay dos partes principales en la curva de rapidez de la figura, un periodo
de rapidez constante y uno de rapidez decreciente. Como se puede observar del punto de
B a C se tiene una zona de rapidez de evaporación constante, la rapidez de evaporación
aumenta cuando la temperatura superficial aumenta hasta su valor final durante el periodo
AB; del punto C al D se tiene la primer parte del periodo decreciente de la rapidez, es
decir, el periodo de secado superficial no saturado. Finalmente la película superficial
original del líquido se habrá evaporado completamente a un contenido de humedad
promedio del sólido que corresponde al punto D, en el punto E el contenido de humedad
del sólido ha caído hasta el valor en el equilibrio X* para la humedad del aire
predominante y el secado se detiene.
El flujo de evaporación de agua se puede determinar también de la siguiente manera, o
conociendo el flux se puede obtener el valor del coeficiente de transferencia de masa.
N A=k y ( yw− y )ecu(3)
Definiendo y=Y 'M B
M A
Entonces el flujo de agua que se evapora es:
N A=k y
M B
M A(Y w
' −Y ' )ecu(4)
Donde:
NA= Flujo de agua que se evapora
y= Fracción mol de vapor de agua en el gas
yw= Fracción mol de vapor de agua en el gas en la superficie del sólido
ky= Coeficiente de transferencia de masa
MA= Peso molecular del agua (Kg/Kg mol)
MB= Peso molecular del aire (Kg/Kg mol)
Y’: Humedad
Despreciando el calor necesario para sobrecalentar la humedad evaporada hasta la
temperatura del gas y considerando sólo el calor latente de evaporación λs, entonces el
flux de evaporación NC y el flux de flujo de calor están relacionados con:
NC λs=qecu (5)
El calor recibido por convección en la superficie está controlado mediante el coeficiente
corrector de transferencia de calor por convección hc
qC=hC (TG−T S )ecu(6)
Donde el valor de hC depende del patrón de flujo del aire en relación a la superficie de
secado. Para aire en flujo paralelo a una temperatura entre 45-105 °C y un flujo másico de
2450-29300 Kg/hm2 o velocidad de 0.61-7.6 m/s se utiliza la siguiente correlación:
hc= 0.0204 G0.8 ecu (7)
G=ρgv ecu (8)
ρaire=1068Kgm3
2.2 SECADOR DE CHAROLAS
Un secador de charolas o bandejas es un equipo totalmente cerrado y aislado en el cual
los sólidos se colocan en grupos de charolas en el caso de sólidos particulados. La
transmisión de calor puede ser directa del gas a los sólidos, utilizando la circulación de
grandes volúmenes de gas caliente, o indirecta, utilizando repisas o bases calentadas,
serpentines de radiador o paredes refractarias al interior de la cubierta.
En unidades de calor indirecto, exceptuando los equipos de repisas al vacío, casi siempre
se necesita la circulación de una pequeña cantidad de gas para eliminar el vapor de
humedad del comportamiento y evitar la saturación y condensación del gas. Las unidades
de compartimientos se emplean para calentar y secar madera, cerámica, materiales en
hojas (sostenidas en postes), objetos pintados y metálicos, y todas las formas de sólidos
particulados.
Secadores de charolas con aire caliente. El funcionamiento satisfactorio de los
secadores de charolas depende del mantenimiento de una temperatura constante y una
velocidad de aire uniforme sobre todo del material que se esté secando.
Conviene tener una circulación de aire con velocidades de 1 a 10 m/s para mejorar el
coeficiente de transferencia de calor en la superficie y con el propósito de eliminar bolsas
de aire estancado. La corriente de aire adecuada para este género de secadores depende
de que el ventilador tenga una capacidad suficiente, del diseño de la red de ductos para
modificar cambios repentinos de dirección y de desviadores correctamente ubicados. La
corriente de aire no uniforme es uno de los problemas más graves que se presentan en el
funcionamiento de los secadores de charolas.
Los secadores de charolas pueden ser del tipo de carretillas de charolas o de charolas
estacionarias. En el primer caso, las charolas se cargan sobre carretillas que se empujan
hasta el interior del secador y, en el segundo, las charolas se cargan directamente en
bastidores fijos dentro del secador. Las carretillas están provistas de ruedas con pestaña
que corren sobre carriles, o bien, de ruedas planas giratorias
Las charolas pueden ser cuadradas o rectangulares, con una superficie de 0.37 a 0.75
m2/charola y se fabrican de cualquier material que sea compatible con las condiciones de
corrosión y temperatura prevalecientes. Cuando se amontonan en una carretilla, debe
dejarse un espacio libre de no menos de 3.80 cm entre el material que contienen y la base
de la que está inmediatamente encima. Cuando las características del material y el
manejo lo permitan, las charolas deben tener bases perforadas para proveer una mayor
superficie de secado.
En general, se prefieren las charolas metálicas, ya que conducen el calor con mayor
facilidad. Las cargas de las charolas varían comúnmente de 1.25 a 10.0 cm de
profundidad.
El aire se hace circular por medio de ventiladores de hélice o centrífugos; por lo común, el
ventilador se monta dentro o directamente arriba del secador. La caída total de presión
por las charolas, los calentadores y los ductos es, casi siempre, del orden de 2.5 a 5 cm
de agua.
La recirculación del aire es usualmente del orden del 80 al 95%, excepto durante la etapa
inicial de desecación de evaporación rápida.
3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALPrimero se cortó la manzana en rodajas tratando que estas quedaran lo más delgadas
posible, después se encendió el secador y se ajustó el flujo de aire y la temperatura, se
estabilizó la temperatura de entrada, posteriormente se pesaron las charolas del secador
y se tomaron medidas de temperatura a la entrada y salida de las bandejas. Se
establecieron intervalos de tiempo de 10 minutos entre cada pesada durante 1:30 hrs.
4 CÁLCULOS
Charola vacía 163.31 g 0.16331 kgMuestra totalmente seca 13.4 g 0.0134 kg
ancho (a) 19.8 cm A=a*b= 594 cm2
largo (b) 30 cm 2 caras 0.1188 m2
t (min) dt (h) W total (g) W total K(g) W (sólido) Humedad
(X) dX N (Kg/h.m^2)
0 0 252.47 0.25247 0.0892 5.653710 0.1667 240.06 0.24006 0.0768 4.7276 0.9261 0.626820 0.3333 231.12 0.23112 0.0678 4.0604 0.6672 0.451530 0.5000 224.25 0.22425 0.0609 3.5478 0.5127 0.347040 0.6667 218.29 0.21829 0.0550 3.1030 0.4448 0.301050 0.8333 212.9 0.2129 0.0496 2.7007 0.4022 0.272260 1.0000 208.6 0.2086 0.0453 2.3799 0.3209 0.217270 1.1667 204.6 0.2046 0.0413 2.0813 0.2985 0.202080 1.3333 198.64 0.19864 0.0353 1.6366 0.4448 0.301090 1.5000 193.58 0.19358 0.0303 1.2590 0.3776 0.2556
100 1.6667 189.56 0.18956 0.0263 0.9590 0.3000 0.2030110 1.8333 186.82 0.18682 0.0235 0.7545 0.2045 0.1384120 2.0000 184.22 0.18422 0.0209 0.5604 0.1940 0.1313130 2.1667 182.52 0.18252 0.0192 0.4336 0.1269 0.0859140 2.3333 181.08 0.18108 0.0178 0.3261 0.1075 0.0727150 2.5000 179.94 0.17994 0.0166 0.2410 0.0851 0.0576160 2.6667 179.42 0.17942 0.0161 0.2022 0.0388 0.0263170 2.8333 179.13 0.17913 0.0158 0.1806 0.0216 0.0146180 3.0000 178.89 0.17889 0.0156 0.1627 0.0179 0.0121190 3.1667 178.88 0.17888 0.0156 0.1619 0.0007 0.0005
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
f(x) = 0.000185921469208979 x² − 0.0624427427115958 x + 5.39253489048265R² = 0.996947830785104
GRÁFICA (HUMEDAD vs TEMPERATURA)
Tiempo (min)
Hum
edad
(Kg
agua
/Kg
sólid
o se
co)
Figura 2. Contenido de humedad en base seca en función del tiempo
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.800.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
Con recirculación
Humedad (X)
N (K
g/h.
m^2
)
Figura 3. Curva de secado con recirculación
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.00.180.881.582.282.983.684.385.085.786.487.187.888.589.289.98
Sin recirculación
Humedad (X)
N (K
g/h.
m^2
)
Figura 4. Curva de secado con recirculación
Con la ecuación (2) se determinan los flujos de agua en función del tiempo, para la
primera zona, que es donde se mantuvo constante, aquí se determinó el flujo promedio de
evaporación y a partir de este dato obtenido se obtuvo el coeficiente de calor.
Con la ecuación (4) se obtuvo el coeficiente de transferencia de masa cuyo valor fue de
1.19*10-4 Kmol/m2s.
Para determinar el coeficiente de transferencia de calor se utilizó la ecu. (8) y fue
necesario hacer uso de la ecu. (7), además se partió de la ecuación de los gases ideales
para determinar la densidad del aire que fue de 1068 kg/m3, con lo que se obtuvo hc=5.67
W/m2K.
CONCLUSIÓN DE SECADOR DE CHAROLAS
DAIANA ROGGERO
Se cumplió de forma eficiente con la práctica realizada y se pudo llevar a cabo el
control del funcionamiento del equipo sin inconvenientes. Teniendo en cuenta que
este proceso involucra una combinación de los fenómenos de transferencia de
masa y de calor, hay muchas variables a controlar que van a influir en la calidad
de nuestro producto final. Algunas de estas variables son: velocidad del flujo de
aire, temperatura, humedad, condiciones del ambiente, humedad del producto,
temperatura de degradación del producto, etc; por lo tanto dependiendo de
nuestro propósito es necesario regularlos y hacer diferentes pruebas con distintos
valores a fin de encontrar la optimización de estas variables. Como el fin de
nuestra práctica era comprender el funcionamiento del equipo, se trabajó de
manera sencilla para reducir la humedad de nuestro producto hasta un valor
cercano al cero.
GARCÍA LÓPEZ DANIELA SARAHY
La eficiencia de la operación de secado de la manzana arrojó buenos resultados a
pesar de que el sistema de calentamiento no fue estable y se presentaron algunas
pérdidas pero esto no fue motivo para que los resultados salieran afectados
significativamente, también se debe tomar en cuenta la posición de las manzanas
ya que si se colocaban una sobre otra afectaría el tiempo en el que la humedad
descienda podemos decir que al reducir el contenido del agua se existe la
posibilidad de su deterioro biológico ya que mientras se reducía más la humedad
al final comenzaba a quemarse. En la operación de secado es importante controlar
la humedad del producto en función del tiempo y temperatura de secado.
TORRES SABAS EDUARDO
El objetivo principal de la práctica de secado fue poner a peso constante los
pedazos de manzana que se introdujeron al secador cuidando la humedad de las
mismas. La eficiencia del sistema no fue la esperada puesto que hubo pérdidas de
calor ya que el sistema no estaba aislado, de cualquier forma los resultados no se
vieron afectados a pesar de que estos dependen de la temperatura y el tiempo de
secado.
BALDERAS VILLAVICENCIO NAILEA
En la práctica del secador de charolas se demostró que el calor suministrado sin la
recirculación la diferencia de los pesos en la charola con la manzana fueron
mayores y cuando se llegó a los 70 min y se utilizó la recirculación de calor las
diferencias de pesos fueron menores, viendo que los pesos se estaban haciendo
constantes; obteniendo un producto sin humedad, mostrando las manzanas con
una tonalidad dorada.
MARTÍNEZ GONZÁLEZ JACQUELINE
El objetivo de la práctica en el secador de charolas fue quitar humedad a las
manzanas, por lo cual ésta se cortó en rodajas lo más delgadas posibles, para que
el tiempo de secado fuera en cierta parte más rápido, por lo cual se debían de
controlar ciertos parámetros como la temperatura y la velocidad del aire de
secado.
Una parte importante de la práctica fue pesar cada 10 minutos la manzana con
todo y charola para verificar que el peso cada 10 minutos era menor, por lo cual la
manzana iba perdiendo humedad, así mismo se determinó que la manzana estaba
seca cuando se obtuvieron pesos constantes en diferentes intervalos de tiempo,
por lo tanto, se podría decir que se cumplió el objetivo de la práctica y se entendió
el funcionamiento del equipo.
ESTEBAN GUTIERREZ ALEJANDRA IVETTE
En la curvad de secado de las Figuras 3 y 4 se pueden distinguir dos zonas de secado,
las cuales describen el secado superficial no saturado y en la segunda zona el líquido se
ha evaporado completamente, hasta el contenido de humedad en equilibrio (X*) el cual es
de: 0.15 Kg/hm2 con recirculación y 0.35 Kg/hm2 sin recirculación. En conjunto con esto se
obtuvo los coeficientes de transferencia de masa y de calor obtenidos a partir
de los datos experimentales fueron de 1.19X10-4 Kmol/m2s y 5.67 W/m2K
respectivamente.
RODRIGUEZ CASTILLO ALMA DELIA
El secado es la eliminación de la humedad de una sustancia que implica la transferencia
de líquido procedente de un sólido húmedo a una fase gaseosa no saturada.
En la practica la muestra analizar fueron manzanas con una cierta cantidad de humedad
que se eliminó con aire a una temperatura de 90°C ; llevando la muestra al secador de
charolas aproximadamente 3h
Los resultados fueron satisfactorios ya que pasado este tiempo ya no se tuvo variación
en el peso.
MARTINEZ BERNAL ALEJANDRO
Se concluye que el tiempo de secado se reduce mucho cuando se usa el modo con
recirculación de aire ya que el aire que sale caliente del secador es reutilizado sin la
necesidad de gastar energía en el calentamiento de aire.
HERNANDEZ MIRAFLORES ADRIANA
Mediante el secador logramos una eliminación satisfactoria de la humedad en
cierta fruta, en nuestro caso manzanas, el cuál fue a través una temperatura de
90°C, un tiempo de 3 hrs y el cuidado de un peso constante. La transferencia de
aire caliente en el secador de charolas que fue el que utilizamos se manejó en
condiciones óptimas para un resultado eficiente.
