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Secado Indirecto Práctica IV 1) OBJETIVOS General  Secar naranja empleando el método de secado indirecto y comprender el mecanismo del mismo Específicos  Generar curvas de secado correspondientes al proceso de secado de la naranja.  Estudiar la viabilidad del procedimiento de secado indirecto durante el tiempo de operación de la práctica.  Evaluar las pérdidas de calor en el proceso 2) INTRODUCCIÓN El secado entendido como operación unitaria es la remoción de humedad de un sólido por suministro de energía térmica. Existen diversas variantes según haga la disposición del material a secar y del medio secante, la operación puede ser continua (en la que sobresale el secado rotatorio) o por lotes (secado en bandejas), ya sea continua o por lotes se tiene que para que la operación se clasifique como secado indirecto el medio de secado no debe hacer contacto con el material a secar, de otro modo el secado será directo. Para esta sesión de laboratorio se trabajó secado indirecto, en el cual se empleó vapor saturado como agente de secado, la presión dentro del equipo fue mantenida por debajo de la presión atmosférica con el fin de facilitar la remoción de la humedad del sólido, esto debido a que el calor de vaporización se hace menor, también ofrece la ventaja de evitar que el sólido presente daños en su estructura por exposición a altas temperatura.

3) PREPARACIÓN PRÁCTICA

DE

LA

Para el inicio de la práctica hizo la preparación de los siguientes elementos a) Secador: el secador ajustó para la práctica llevándolo a la temperatura de 72°C con un flujo intermitente de vapor, durante el desarrollo de la práctica se hizo necesario controlar manualmente dicho flujo para evitar que la temperatura interior fuera inferior y afectara así la operación de secado. Una vez ajustada la temperatura y cargado el sólido el sistema era llevado a presión de vacío, la presión que se empleo fue 14 In Hg, esto con el fin de asegurar poder remover toda la humedad posible durante la operación 4) RESULTADOS OBTENIDOS Y DISCUSIÓN Para la operación de secado se ajustaron las siguientes condiciones iniciales para desarrollar la práctica TABLA 1. CONDICIONES INICIALES PARA LA OPERACIÓN DEL SECADO INDIRECTO

Masa inicial de naranja [kg] Área de la bandejas [m2]1 Número de bandejas Área total de secado [m2] Temperatura interior del secador [°C] Presión al interior del secador [in Hg]

1,936 0,144 2 0,288 72 14

Condiciones del Saturado a 72°C vapor empleado Una vez hecho el montaje se procedió a hacer el reporte de datos de volumen de humedad condensada contra tiempo, estos datos se recogen en la

115 120 125 130 135 140 146 150

TABLA 2. DATOS HUMEDAD TIEMPO PARA EL SECADO INDIRECTO DE NARANJA

Tiempo [min] 0 10 14 20 26 29,3 35,3 40,3 45,3 50 55 60 67 70 75,55 80 85 90 96 100 105,5 110

VOLUME N DE HUMEDA D [mL] 50 90 130 140 170 190 210 220 250 270 295 305 320 335 350 360 385 400 420 430

1 Para la determinación del área total de secado se asumió que esta correspondió al área de las bandejas, las cuales fueron hechas en papel aluminio con dimensiones iguales a las del secador (32 cm x 45cm), el área total empleado fue el de las dos bandejas de las que se dispuso para realizar la operación

450 460 480 490 510 520 530 540

A partir de estos datos se pudo construir la curva de humedad del solido contra tiempo, esto considerando el balance de materia para la operación

X F= X 0 −

ρV Ms

Donde XF es la humedad alcanzada por el sólido después del tiempo de prueba. -r es la densidad de la humedad condensada a la temperatura (28°C) -V es el volumen de humedad recolectada [m3] -Ms es la masa de sólido seco, la cual se determinó pesando el sólido secado por 24 horas a 72 °C en mufla. -X0 la cual se determinó por diferencia entre la masa de sólido seco y la masa inicial de muestra húmeda. TABLA 3. DATOS DE CONDICIONES FINALES PARA CÁLCULO DE HUMEDAD

Masa de sólido seco [kg] Densidad de la humedad [kg/m3]

0,8977 996,19

A partir de estos valores se tiene que la humedad inicial del sólido a secar es:

X0=

M 0−M S 1,9366−0,8977 kg humedad = =1,15 Ms 0,8977 kg sólido seco

Con este valor y el valor de la densidad se construyó la tabla de humedad contra tiempo.

TABLA 4. HUMEDAD EN EL SÓLIDO CONTRA TIEMPO

Tiempo [min] 0 10 14 20 26 29,3 35,3 40,3 45,3 50 55 60 67 70 75,55 80 85 90 96 100 105,5 110 115 120 125 130 135 140 146 150

1.100

FIGURA

1,102 1,057 1,013 1,002 0,969 0,946 0,924 0,913 0,880 0,858 0,830 1.0,819 CURVA 0,802 0,786 0,769 0,758 0,730 0,713 0,691 0,680 0,658 0,647 0,625 0,614 0,591 0,580 0,569 0,558

f(x) = - 0x + 1.11 R² = 0.99

1.000

Humedad [kg /kg ss]

0.900 0.800

Humedad [kg /kg ss]

0.700 0.600 0.500 0.400

0

10 20 30 40 50 60 70

Tiempo

DE HUMEDAD TIEMPO PARA EL SECADO DE NARANJA A

Después de realizar esta tabla es posible obtener la curva de humedad contra tiempo

72°C Y 14 IN HG

1.9

1.7

1.5

1.3

ɸ=N/N0 1.1

0.9

0.7

0.5 0.550

0.600

0.650

0.700

0.750

0.800

Humedad (kg/kg

FIGURA 2. CURVA DE CINÉTICA DE SECADO NORMALIZADA PARA LA NARANJA A LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN.

Con esta curva es posible obtener la curva de la cinética de secado, el flux se calcula a través de la siguiente expresión

N=

−M s dX A s dθ

Donde N es el flux de humedad Ms es la masa de sólido seco As es el área de secado El valor de la derivada se intentó obtener cocientes de diferencias entre los valores de humedad y tiempo los resultados no fueron adecuados, esto puede ser debido a que los deltas de tiempo son demasiado grandes comparados con los cambios en la humedad del sólido, entonces el método empleado para la determinación del flux fue hallar una expresión para la humedad contra el tiempo empleando una regresión del tipo lineal obteniendo la siguiente expresión

X =−0,0038 θ+1,1065 2

R =0,9897 El valor del coeficiente de correlación muestra que es aceptable esta expresión para relacionar la humedad y el tiempo

N=

−0,8977 kg hum (−0,0038 )=0,01185 2 0,288 m min

En la figura 2 se observa en la curva de cinética normalizada2 que los datos están dispersos en las cercanías del valor de flux calculado con la regresión de datos, hay datos que se alejan de forma significativa de la curva calculada principalmente en la zona donde la operación comenzaba, esto se explica debido a que la operación de secado tarda en alcanzar el estado estable en la zona de flux constante, también porque los 2 La normalización se hizo respecto al flux obtenido por la regresión de datos

primeros valores de humedad están más dispersos debido a que sus valores fueron más bajos y los intervalos de tiempo en que fueron obtenidos fueron mayores. Respecto del aspecto del sólido se tiene que el color del solido cambió en considerable, pasó de un color naranja (en algunas naranjas se tenía un color verdoso), a un color amarillo más pálido general en todo el sólido, también se tuvo que en las bandejas al remover las naranjas hubo presencia de zonas manchadas, lo que indica que posiblemente se quemó en la parte inferior, una clara señal de que la temperatura elegida fue demasiado alta, llevándola a un valor inferior se puede garantizar una buena operación de secado sin descomponer el producto 5) CONCLUSIONES Se pudo secar de forma exitosa naranja empleando vapor saturado como agente de secado, la curva de humedad contra tiempo y la cinética de secado muestran que toda la operación se desarrolló sobre la zona de flux constante, ya que el tiempo de secado no fue el adecuado para para salir de dicha zona, se obtuvo el valor numérico de flux y se determinó en que sector de la zona de secado se presentó mayores desviaciones respecto del valor del flux calculado Se presentó al final algo de decoloración en las naranjas, lo que indica que 72°C se puede presentar como una temperatura muy alta para realizar una operación adecuada y preservar el sólido, una temperatura más adecuada para la operación puede oscilar en 50°C 6)

BIBLIOGRAFÍA

Colima, M. L. (2010). Deshidratación de alimentos . Trillas. Foust, A. S. (1997). Principios de Operaciones de Separaciones unitarias. México D.F: CECSA. Geankoplis, C. J. (1998). Procesos de Transporte y Operaciones

Unitarias. México D.F: Editorial Continental S.A.

Treybal, R. E. (s.f.). Operaciones de Transferencia de Masa (Segunda ed.). McGraw-Hill.