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TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO INSTITUTO TECNOLOGICO DE ORIZABA

CURSO DE VERANO DE PROCESOS DE SEPARACIÓN II - Examen Unidad 5 SECADO Nombre: Rodriguez Martínez Angel Conteste brevemente a las siguientes Preguntas:

No. Control: 14011336

1. Defina la Operación de Secado La operación de secado o desecación puede considerarse como la evaporación de un líquido volátil (normalmente agua), de un sólido poroso como madera, tejido, material pulverulento, etc., en presencia de un gas no condensable (generalmente aire).

2. ¿Cuál es el propósito de secar un Material Solido?

En

general, el secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo. El secado es por lo común la etapa final de una serie de operaciones y, con frecuencia, el producto que se extrae de un secador está listo para ser empaquetado.

3. ¿En cuántas Formas se puede presentar la Humedad en un Material al Secar? Los sólidos que se secan presentan diferentes formas —escamas, gránulos, cristales, polvos, hojas o láminas continuas— y poseen propiedades muy diferentes.

4. ¿Cuál es la Humedad de Equilibrio? Cuando la presión parcial del líquido que acompaña al sólido húmedo es igual a la presión de vapor en el fluido, se alcanza el equilibrio y la humedad del sólido se conoce como humedad de equilibrio W *. Es pues el límite al que puede llevarse el contenido de humedad de un material sólido por contacto con el fluido de humedad y temperatura determinadas, hasta alcanzar las condiciones de equilibrio. Para condiciones dadas del gas, la humedad de equilibrio es función de: - La naturaleza del material. - La superficie del material. - La temperatura del material.

5. Utilizando una Grafica Explique el Secado Discontinuó

En un secador discontinuo con un medio de calentamiento a temperatura constante la temperatura de los sólidos húmedos aumenta muy rápido desde su valor inicial Tsa hasta la temperatura de vaporización Tυ. El tiempo de secado que se representa en la figura 24.2a varía en un intervalo comprendido desde unos pocos segundos hasta muchas horas. Los sólidos pueden estar a Tv durante la mayor parte del ciclo de secado o durante una pequeña fracción del mismo. La temperatura del medio de calentamiento es con frecuencia constante, tal como se indica en la figura, o se programa para cambiarse durante la secuencia del secado.

6. A que se refiere la migración de la humedad en un sólido por: La migración de la humedad toma parte en fase liquida y gaseosa, se distingue los siguientes tipos de humedad A) DIFUSION Transporte por Difusión Liquida: Este tipo de difusión suele ser característico de los secados relativamente lentos de materiales no granulares como jabón, gelatina y pegamentos, así como en las últimas etapas del secado de agua combinada en arcillas, madera, textiles, cuero, papel, alimentos, almidones y otros solidos hidrófilos.

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Una de las principales dificultades para analizar los datos de secado por difusión consiste en que la distribución inicial de la humedad no es uniforme en todo el sonido al principio, si este periodo de velocidad decreciente va precedido por otro de secado a velocidad constante. Durante el secado por difusión, la resistencia a la transferencia de masa del vapor de agua desde la superficie suele ser bastante pequeña y la difusión en el sólido controla la velocidad de secado. Entonces, el contenido de humedad en la superficie está en equilibrio a un valor de X *. ESUO significa que el contenido de humedad libre X en la superficie es esencialmente cero. B) MOVIMIENTO CAPILAR DE LA HUMEDAD El agua puede fluir desde regiones de concentración eleva y hasta las de baja concentración como resultado de una acción capilar en lugar de difusión, cuando el tamaño de los poros de los materiales granulares es adecuado para ello. La teoría capilar (Pl) supone que un lecho empacado de esferas no porosas contiene espacios vacíos entre dichas esferas que se llaman poros. A medida que se evapora el agua, las fuerzas capilares actúan debido a la tensión interfacial entre el agua y el sólido. Estas fuerzas dan lugar a la fuerza impulsora para desplazar el agua a través de los poros hasta la superficie de secado.

7. ¿Cuáles son los Métodos para el diseño de equipo de Secado? Los métodos para el diseño de equipos de secado están íntimamente relacionados con la forma en que se transfiere calor en el equipo y con el grado de complejidad de la descripción del mismo.

A) Adiabáticos B) No Adiabáticos ADIABATICOS El diseño de un secador requiere de la determinación de valores experimentales. Las condiciones de secado deben ser constantes e iguales a las que se utilizarán a gran escala

T (⁰C), H (%), F (L/h)

Región de velocidad de secado constante (A-B), debido a la evaporación de agua libre. Región de velocidad de secado decreciente (B-C), debido a la evaporación de agua ligada. ¡ El tiempo de secado deberá calcularse sumando los tiempos de secado constante y de secado decreciente

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VELOCIDAD DE SECADO CONSTANTE Cuando el calor de evaporación en el periodo de secado de velocidad constante es proporcionado por aire caliente, se establece un equilibrio dinámico entre la velocidad de transferencia de calor del aire al sólido y la velocidad de evaporación. Bajo estas condiciones la superficie del sólido alcanza la temperatura de saturación adiabática o temperatura de bulbo húmedo.

La velocidad de transferencia convectiva de calor q (energía/tiempo) está dada por:

h = Coeficiente de transferencia de calor en la superficie del sólido y la película estancada de aire sobre ésta [cal/L 2 º t] A = Área expuesta al secado [L 2 ] T = Temperatura en el seno del aire [º] Ti = Temperatura en la superficie del sólido [º] El flux másico de agua puede expresarse como:

J = Flux de agua [M/L 2 º t] Ci = Concentración de agua en la superficie del sólido [M/L3 ] C = Concentración de agua en el seno del aire[M/L3 ] k = Coeficiente de transferencia de masa en la película estancada de aire sobre el sólido [L/t] ρ, = Densidad del aire seco[M aire seco / L3 de mezcla] = 1/ VH

B) DISEÑO DE SECADORES NO ADIABÁTICOS En los secadores no adiabáticos la velocidad de secado depende de la velocidad de transferencia de calor a través de la pared hacia el sólido que se desea secar

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8. ¿A qué se refiere el concepto de humedad libre en un proceso de secado?

El contenido de humedad libre de una muestra es la humedad por encima del contenido de humedad de equilibrio. Esta humedad libre se puede eliminar por secado con las condiciones dadas de porcentajes de humedad relativa

9. Describa el mecanismo de desplazamiento de la humedad durante el secado Cuando el secado se verifica por evaporación de la humedad del área expuesta del sólido, la humedad se desplaza desde el interior del sólido hasta la superficie. Los mecanismos de este movimiento afectan al secado durante los periodos de velocidad constante y de velocidad decreciente. 1. Teoría de la difusión del líquido. De acuerdo con esta teoría, la difusión de la humedad líquida se verifica cuando existe una diferencia de concentración entre el interior del sólido y la superficie. Este método de transporte de humedad casi siempre se presenta con sólidos no porosos, en los que se forman soluciones de una sola fase con la humedad, como en una pasta, un jabón, una gelatina y pegamento. También es el caso del secado de las últimas porciones de humedad en arcillas, harinas, madera, cuero, papel, almidones y textiles. En el secado de muchos materiales alimenticios, el movimiento del agua durante el periodo de velocidad decreciente se verifica por difusión. 2. Movimiento capilar en los sólidos porosos. Cuando se están secando sólidos granulares y porosos como arcillas, arena, tierra, pigmentos para pinturas y minerales, la humedad libre o sin combinar se desplaza a través de capilares y espacios vacíos de los sólidos por acción capilar, y no por difusión. Este mecanismo, en el cual interviene la tensión superficial, es similar al desplazamiento del combustible en la mecha de un quinqué portátil. Un sólido poroso contiene poros y canales interconectados de diversos tamaños. A medida que se evapora el agua, se forma un menisco de líquido en cada poro en el interior del sólido. Esto origina las fuerzas capilares por la tensión interfacial entre el aguay el sólido. Estas fuerzas constituyen el impulso para desplazar el agua a través de los poros hasta la superficie. Los poros pequeños desarrollan fuerzas mayores que los poros más grandes.

10. Explique en qué consiste el secado continuo (Adiabático)

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La figura 24.2b ilustra un patrón de temperatura para un secador adiabático en contracorriente. La entrada de los sólidos y la salida del gas se encuentran a la izquierda; mientras que la entrada del gas y la salida de los sólidos están a la derecha. Los sólidos se calientan rápidamente desde Tsa hasta Tυ. La temperatura de vaporización puede variar durante la secuencia del secado, aun cuando la temperatura de bulbo húmedo permanezca constante. Cerca de la entrada de gas, los sólidos pueden calentarse a temperaturas superiores a Tυ en una longitud relativamente corta del secador, puesto que la energía necesaria para calentar los sólidos secos es pequeña comparada con la que se requiere para la vaporización. Para materiales sensibles al calor, el secador se diseña para mantener la Tsb cercana a la Tv. El gas caliente entra en el secador a la Thb, por lo general con poca humedad. El perfil de temperatura del gas puede tener una forma compleja, debido a la variación de la fuerza impulsora de la temperatura y al cambio en el coeficiente global de transferencia de calor durante el proceso de secado.

11. Anote la clasificación de los Secadores No existe una forma sencilla de clasificar el equipo de secado. Algunos secadores son continuos, mientras que otros operan de manera discontinua o por cargas; algunos mantienen en agitación los sólidos y otros no. Para reducir la temperatura de secado puede operarse con vacío. Existen secadores que pueden operar con cualquier tipo de material, mientras que otros presentan limitaciones debido a la clase de alimentación que pueden aceptar. Los equipos de secado se clasifican en: 1) secadores en los que el sólido se encuentra directamente expuesto a un gas caliente (por lo general aire); 2) secadores en los que el calor es transferido al sólido desde un medio externo tal como vapor de agua condensante, generalmente a través de una superficie metálica con la que el sólido está en contacto, 3) secadores que son calentados por energía dieléctrica, radiante o de microondas. Los secadores que exponen los sólidos a un gas caliente se llaman secadores directos o adiabáticos; aquellos en los que el calor es transferido desde un medio externo reciben el nombre de secadores indirectos o no adiabáticos. Algunas unidades combinan el secado adiabático y no adiabático, y se denominan secadores directos-indirectos. Algunas unidades tienen más de un medio de transferencia de calor, como gas caliente más una superficie calentada o gas caliente más radiación.

12. ¿Cuáles son las ventajas del Secador por atomización? El proceso de secado por atomización es una operación básica que consiste en la transformación de una suspensión o disolución en un material seco particulado, mediante la atomización del primero en un medio caliente y seco. VENTAJAS 1.

Pueden operar con altas temperaturas de ingreso de aire (150-300 °C) y su eficiencia de operación es comparable o mejor que la de otros tipos de 'secadores.

2.

Es una operación de un solo paso, de tiempo muy corto en el que se elimina muchas operaciones intermedias, como los de filtración, precipitación, cristalización y clasificación del tamaño de las partículas.

3.

La operación puede ser continua y puede secar grandes cantidades de producto.

4.

Las propiedades y calidad del producto se pueden variar y controlar:

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13. ¿En qué consiste el Secado por liofilización? Llamada anteriormente criodesecación, es un proceso de secado que se basa en sublimar el hielo de un producto congelado. El agua del producto pasa, por tanto, directamente de estado sólido a vapor sin pasar por el estado líquido, para lo cual se debe trabajar por debajo del punto triple del agua, 0.01°C y 4.5 mmHg. 14. En un secado térmico de un sólido húmedo, ¿Cuántos procesos ocurren simultáneamente? 

Habrá transferencia de energía (comúnmente como calor) de los alrededores humedad de la superficie (Proceso1).



Habrá Transferencia de la humedad interna hacia la superficie del solido (Proceso 2)

para evaporar la

15. ¿Cuáles son las condiciones Internas y externas iniciales para realizar un secado? 

CONDICIONES EXTERNAS En este caso se refiere al proceso 1 (Pregunta 14) donde, la eliminación de agua en forma de vapor dela superficie del material, depende de las condiciones externar 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 gradiente de humedad del interior a la superficie. Este fenómeno es causado por el sobre secado y encogimiento y consecuentemente las altas tensiones dentro del material, dando como resultados agrietamiento y deformación



CONDICIONES INTERNAS El movimiento de humedad dentro del solido 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.

16. ¿Cuáles son las ventajas de aplicar un secado de lecho Fluidizado?    

Los sistemas ocupan poco espacio. Los parámetros e deshidratación se controlan sin dificultad Posen una Superficie vibratoria que asegura el flujo continuo del producto En los procesos discontinuos la intensa acción del mezclado permite obtener producto uniformemente deshidratados.

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17. Describa por lo menos cinco aplicaciones industriales del secado

18. Describa cómo funcionan los siguientes Secadores A) Secador de Torre Un secador de torre contiene una serie de bandejas circulares montadas una sobre la otra con un vástago central rotativo. La alimentación sólida colocada sobre la bandeja superior se expone a la corriente de aire o gas caliente que pasa a lo largo de la bandeja. Luego el sólido es raspado y cae a la bandeja inferior. De esta manera se traslada a través del secador y, descargándose como producto seco por la base del secador. El flujo del sólido y del gas puede ser paralelo o a contracorriente. Cierta mezcla de sólidos ocurre cuando el material es raspado de cada bandeja, de modo que los sólidos finales son más uniformes que con otros secadores de bandejas.

B) Secador Rotativo Un secador rotatorio consiste en una carcasa cilíndrica giratoria, dispuesta en forma horizontal o ligeramente inclinada hacia la salida. La alimentación húmeda entra por un extremo del cilindro; el producto seco descarga por el otro. Al girar la carcasa, unas pestañas internas levantan los sólidos para caer después en forma de lluvia a través del interior de la carcasa. Los secadores rotatorios se calientan por un contacto directo del gas con los sólidos, por gas caliente que pasa a través de un encamisado externo, o por medio de vapor de agua que condensa en un conjunto de tubos instalados sobre la superficie interior de la carcasa. El último de estos tipos recibe el nombre de secador rotatorio con tubos de vapor de agua. En un secador rotatorio directo-indirecto el gas caliente pasa primeramente a través del encamisado y luego a través de la carcasa, donde se pone en contacto con los sólidos.

C) Secador de Lecho Fluidizado Los secadores en los que los sólidos están fluidizados por el gas de secado se utilizan en diversos problemas de secado. Las partículas se fluidizan con aire o gas en una unidad de lecho hirviente, La mezcla y la transferencia de calor son muy rápidas. La alimentación húmeda se introduce por la parte superior del lecho; el producto seco se retira lateralmente cerca del fondo. Las partículas pequeñas se calientan hasta la temperatura de bulbo seco del gas fluidizante a la salida; por consiguiente, los materiales sensibles al calor han de secarse en un medio suspendido relativamente frío. Aun así, el gas a la entrada puede estar caliente, ya que la mezcla es tan rápida que la temperatura es casi uniforme a la temperatura de salida del gas, por todo el lecho. Si hay partículas finas presentes, ya sea que entran con la alimentación, o bien, de la ruptura de partículas del lecho fluidizado, existirá un considerable transporte de sólidos con el gas que sale y será necesario instalar ciclones y filtros de bolsa para la recuperación de finos.

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E) Secador Flash En un secador flash se transporta un sólido húmedo pulverizado durante pocos segundos en una corriente de gas caliente. El secado tiene lugar durante la transportación. La velocidad de transferencia de calor desde el gas hacia las partículas de sólido suspendido es elevada y el secado es rápido, de forma que no se requiere más de 3 o 4 segundos para evaporar toda la humedad del sólido. La temperatura del gas es elevada —con frecuencia del orden de 650 °C (1 200 °F) a la entrada—, pero el tiempo de contacto es tan corto que la temperatura del sólido rara vez supera 50 °C (90 °F) durante el secado. Por lo tanto, el secador flash se puede aplicar a materiales sensibles que en otro tipo de secadores tendrían que secarse indirectamente con un medio de calefacción mucho más frío. A veces se incorpora un pulverizador en el sistema de secado flash para proceder de manera simultánea al secado y a la reducción de tamaño.

F) Secador de Pulverización. En un secador de pulverización se dispersa una solución o suspensión en una corriente de gas caliente formando una niebla de gotas muy finas. La humedad se evapora muy rápido de las gotitas para formar partículas residuales de sólido seco, que después se separan de la corriente gaseosa. Los flujos de gas y líquido pueden ser en corrientes paralelas, en contracorriente o una combinación de ambos en una misma unidad. Las gotitas se forman en una cámara cilíndrica de secado por la acción de boquillas de presión, boquillas de dos fluidos o, en secadores de gran tamaño, por medio de discos de pulverización que giran a gran velocidad. En todos los casos es esencial evitar que las gotitas o partículas húmedas de sólido choquen con superficies sólidas antes de que el secado tenga lugar, por lo cual la cámara de secado ha de ser necesariamente grande. Son frecuentes diámetros de 2.5 a 9 m (8 a 30 ft).

G) Secadores de Tambor Un secador de tambor consiste en uno o más rodillos metálicos calentados, en cuya superficie exterior una delgada capa de líquido se evapora hasta secar. El sólido seco es retirado de los rodillos a medida que éstos giran muy lento. El líquido es alimentado desde un canal o tubo perforado dentro de un estanque en el espacio inmediato superior y entre los dos rodillos. El estanque es confinado ahí por platos extremos estacionarios. El calor se transfiere por conducción hacia el líquido que es parcialmente concentrado en el espacio comprendido entre los rodillos. El líquido concentrado se distribuye desde el fondo del estanque como una capa viscosa que recubre el resto de la superficie de los tambores.

Prácticamente se vaporiza todo el líquido al girar los tambores, dejando una delgada capa de material seco que se retira mediante cuchillas rascadoras y cae en los transportadores situados debajo. H) Secador Turbo La humedad evaporada se recoge y retira a través de la campana situada encima de los tambores.

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Los Turbo-Secadores , son secadores flash que permiten el secado instantáneo, automático y en continuo de sólidos húmedos, suspensiones y soluciones, combinando el efecto de turbulencia y vacío, con el desplazamiento a gran velocidad de partículas sólidas húmedas o dispersadas para obtener sólido seco y disgregado instantáneamente. Son especialmente indicados para el secado de productos inorgánicos y orgánicos y se caracterizan por la obtención de los mismos, a la granulometría originaria de las partículas, haciendo innecesaria la molturación posterior al secado.

BIBLIOGRAFIA http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/sho/Secado.pdf http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/cabrera_v_a/capitulo5.pdf http://fciencias.ugr.es/practicasdocentes/wp-content/uploads/guiones/SecadoPorLiofilizacion.pdf https://es.slideshare.net/VanessaVillngm/sistemas-de-secado

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