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23234 Laboratorio de Procesos 2013-II

INFORME DE SECADO 

Aprender el manejo del equipo disponible en el laboratorio para la operación de secado, determinando cuáles son las variables a controlar como temperatura, presión, etc.

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Secar un material y obtener datos en codiciones de operación constantes.

En la industria es uno de los procesos ampliamente utilizados ya que este permite separar la fase líquida de una parte sólida.

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El secado por lotes es una operación relativamente cara, en consecuencia se limita a operaciones a pequeña escala, a plantas piloto, a trabajos de investigación y para secar materiales valiosos cuyo costo total será poco alterado por el costo agregado en la operación de secado.

Determinar experimentalmente el contenido de humedad inicial, crítica y final, velocidad instantánea y crítica al igual que el tiempo crítico.

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Realizar las graficas características de operación de secado para obtener magnitudes como el tiempo crítico y el tiempo poscritico.

1. Introducción

El secado se refire a la eliminación de agua libre en una muestra, es un proceso que implica la trasnferencia de calor y masa, normalmente es usado para alargar la vida útil y ahorrar en transporte.

En la práctica se pretende examinar una muestra para analizar los tiempos de secado, contenido de humedad, velocidad instantánea y con esto encontrar una expresión que describa la tendencia del secado en el equipo de bandejas semicontinuo.

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Analizar curvas características de secado en función del tiempo. 3. Marco Teorico La operación de secado es una operación de trasnferencia de masa de contacto gas- solido, donde la humedad contenida en el solido se trasnfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercidas por el solido húmedo y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el solido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado cesa.

2. Objetivos General: Aplicar los conocimientos teóricos a la operación de secado medianre el análisis de los datos obtenidos a partir de un secador de bandejas en una operación por lotes para eliminar la humedad.

En general, el secado significa la remoción de cantidades de agua relativamente pequeñas de cierto material. La evaporación se

Específicos:

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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 caso siempre se elimina en forma de vapor con aire.

Los procesos de secado se clasifican también de acuerdo con las condiciones fisicas usadas para adicionar calor y extraer vapor de agua:  En la primera categoría, el calor se añade por contacto directo con aire caliente a presión atmosférica, y el vapor de agua formado se elimina por medio del mismo aire  En el secado al vacío, la evaporación del agua se verifica con más rapidez a presiones bajas, y el calor se tiade indirectamente por contacto con una pared metálica o por radiación (también pueden usarse bajas temperaturas con vacío para ciertos materiales que se decoloran o se descomponen a temperaturas altas)  En la liofilización, el agua se sublima directamente del material congelado.

En algunos casos, el agua se puede eliminar de los materiales solidos por medios mecánicos, utilizado prensas, centrifugas y otros métodos. Esto resulta más económico que el secado por medios térmicos para la eliminación de agua. El contenido de humedad del producto seco final varia, ya que depende del tipo de producto. La sal seca contiene 0,5% de agua, el carbón un 4% y muchos productos alimenticios, aproximadamente Los métodos y procesos de secado se clasifican de diferentes maneras; se dividen en procesos de lotes, cuando el material se introduce en el equipo de secado y el proceso se verifica por un periodo; o continuos, si el material se añade sin interrupción 5%. El secado suele ser al etapa final de los procesos antes del empaque y permite que muchos materiales, como los jabones en polvo y los colorantes sean más deacuados para su manejo.

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Los métodos y procesos de secado se clasifican de diferentes maneras; se dividen en procesos de lotes, cuando el material se introduce en el equipo de secado y el proceso se verifica por un periodo; continuos, si el material se añade sin interrupcion al equipo de secado y se obtiene material seco con régimen continuo.

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Camara de entrada de aire Precalentador Turbina Intercambiador de calor Camara de secado Balanza Controlador análogo Reóstato Lector de presión

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10. Lector de voltaje 11. Lector de amperios 

 Estatica del Secado. 

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Contenido de humedad, en base

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húmeda: el contenido de humedad de un sólido o solución generalmente se describe en función del porcentaje en peso de humedad; a menos que se indique otra cosa, se sobreentiende que está expresado en base húmeda, es decir, como (kg humedad/kg sólido húmedo)*100 = [kg humedad/(kg só-

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lido seco + kg humedad)]*100 = 100X/(1 + x). Contenido de humedad, base seca: Se expresa como kg humedad/kg sólido seco = X. Porcentaje de humedad, base seca = 100X. Humedad en el equilibrio x*: Es el contenido de humedad de una sustancia que está en el equilibrio con una presión parcial dada del vapor. Humedad ligada: Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de vapor en el equilibrio menor que la del líquido puro a la misma temperatura. Humedad no ligada: Se refiere a la humedad contenida en una sustancia que ejerce una presión de vapor en el equilibrio igual a la del líquido puro a la misma temperatura. Humedad libre: La humedad libre es la humedad contenida por una sustancia en exceso de la humedad en el equilibrio: X - x*. Sólo puede evaporarse la humedad libre; el contenido de humedad libre de un sólido depende de la concentración del vapor en el gas.

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termómetro húmedo es la que marca el termómetro cuando el sistema llega al estado estacionario, lo cual indica que la tempetarura de bulbo húmedo marca el limete de enfriamiento. Secadopor Lotes El secado por lotes es una operación relativamente cara; en consecuencia se limita a operaciones a pequeña escala, a plantas piloto y a trabajos de investigación, y para secar materiales valiosos cuyo costo total será poco alterado por el costo agregado en la operacion de secado.

 Tiempo de secado: el tiempo necesario para ellevar un solido húmedo hasta unas condiciones determinadas de humedad puede determinarse a partir de datos experimentales. Con estos datos de elaboran graficas como:  Curva de contenido de humedad como función de tiempo  Curva de rapidez desecado vs contenido de humedad  Velocidad de secado: se define como la pérdida de humedad del solido húmedo en la unidad de tiempo, operando en condiciones constantes de secado; es decir, con aires cuyas temperaturas permanezcan constantes con el tiempo.  Temperatura de bulbo seco: es la tmpera-

 Secadores directos: La construcción de estos secadores depende en gran medida de la naturaleza de la sustancia que se va a secar. Los secadores de platos, llamados también secadores de gabinete, de compartimiento o de’anaqueles, se utilizan para secar sólidos que deben sujetarse sobre platos. Un aparato típico, mostrado esquemáticamente en la fsiguiente figura

tura real de la mezcla gas- vapor que se obtiene colocando el bulbo del termómetro seco en contacto con el gas después de alcanzado el equilibrio

 Temperatura del bulbo húmedo: es la temperatura estacionaria alcanzada por una pequeña cantidad del líquido que se evapora en una gran cantidad de mezcla de gas vapor no saturada. La mezcla del

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Los secadores de charola con agitación: pueden utilizarse para secar pastas o lodos en lotes pequeflos, son láminas circulares, ligeras, de 1 a 2 m de diametro y 0.3 a 0.6 de diámetro, con el fondo plano y los lados verticales. Las charolas se enchaquetan para admitir el vapor o agua caliente para el calentamiento. La pasta o lodo en la charola se agita y se despega mediante una serie de rastrillos que giran, con el fin de exponer nuevo material a la superficie caliente. La humedad se evapora en la atmósfera en el caso de los secadores de charola at- mosféricos; la charola también puede estar cubierta y ser operada al vacio. Los secadores giratorios de vacio: son cubiertas cilíndricas con chaqueta de vapor, rearregladas en forma horizontal, en las cuales puede secarse un lodo, o pasta, al vacio. El lodo se agita mediante una serie de hojas giratorias de agitación unidas a un eje central horizontal que pasa a través de las puntas de la cubierta cilíndrica. La humedad evaporada pasa a través de una abertura en la parte superior hasta un condensador; el gas no condensable se elimina mediante una bomba al vacío. El sólido seco se descarga a través de una puerta en el fondo del secador. Los secadores de esta categoría son caros de construir y de operar. En consecuencia, se utilizan sólo para materiales valiosos que deben secarse a bajas temperaturas o en ausencia de aire para evitarla descomposición, como ciertos produc- tos farmacéuticos, o en donde la humedad por eliminar es un disolvente orgánico caro o venenoso que debe recuperarse más o menos completamente. Secado por congelamiento: Las sustancias que no pueden calentarse ni siquiera a temperaturas moderadas, como aliníentos y ciertos fármacos, pueden secarse mediante este metodo. La sustancia que se va a secar generalmente se congela mediante exposición

Consta de un gabinete que contiene platos móviles sobre los cuales se coloca el sólido por secar. Una vez cargado, el gabinete se cierra y se introduce aire calentado con vapor a través y entre los platos, para evaporar la humedad (secado por circulación cruzada). Se puede utilizar un gas inerte, aun calor sobrecalentado [‘* W (que tiene la ventaja de una alta capacidad calorífica) en lugar de aire si el líquido que se va a evaporar es combustible o si el oxígeno puede estropear el sólido. Cuando el sólido alcanza el grado de sequedad querido, el gabinete se abre y los platos se reemplazan con un nuevo lote. En unidades de calor directos, el funcionamiento de estos secaderos depende del mantenimiento de una temperatura constante y una velocidad de aire uniforme dobre el material que se esta secando. Secadores indirectos: Los secadores de anaqueles al vacío son secadores de platos cuyos gabinetes, hechos de fierro colado o de acero, se ajustan con puertas que cierran perfectamente, de forma que pueden operarse a presiones inferiores a la atmosférica. No se pasa ni se recircula aire a través de estos secadores. Los platos que contienen el sólido por secar, descansan sobre anaqueles huecos a través de los cuales se pasa agua tibia o vapor, a fin de proporcionar el calor necesario para la evaporación de la humedad. El calor se conduce hasta el sólido a través del metal de los anaqueles y platos. Después de cargar y sellar, el aire en el secador se evactía mediante una bomba de vacío mecánica o un eyector de vapor; luego se continua la destilación de la humedad. Los vapores generalmente pasan hasta un condensador, en donde se licuan y se recolectan; sólo el gas no condensable se saca de la bomba.

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a aire muy frío y se coloca en una cámara de vacío, en donde la humedad se sublima y se bombea mediante eyectores de vapor o bombas mecánicas de vacío. Un método alternativo de congelamiento es la evaporación instantánea al vacío de parte de la humedad; no obs- tante los alimentos que no son rígidos en el estado no congelado pueden dañarse con este procedimiento.

En el periodo I la velocidad de secado aumenta o disminuye rápidamente, desde un valor inicial. Su duración es relativamente corta y en algunos experimentos no llega a observarse. En este periodo, se ajusta la temperatura del material a las condiciones de secado. La línea II representa el período de velocidad constante. Se caracteriza porque la velocidad de secado es independiente de la humedad del sólido. Durante este período del sólido está tan húmedo que existe una película de agua contínua sobre toda la superficie de secado y el líquido se comporta como si el sólido no existiera. Si el sólido no es poroso, el líquido evaporado en este período es esencialmente el que recubre la superficie del sólido. En un sólido poroso, la mayor parte del líquido evaporado en el período de velocidad constante proviene del interior del mismo.

 Curva de velocidad de secado. Para estudiar el mecanismo de secado en condiciones constantes, es conveniente representar la velocidad instantánea de secado en función de la humedad libre

La línea III representa el período de velocidad decreciente y humedad crítica. Al disminuir la humedad del sólido se alcanza un cierto valor para el cual termina la velocidad constante y comienza a disminuir la velocidad de secado.

instantánea, como lo indica la figura 1.

Esta es una curva característica de secado que refleja el paso del sólido por distintos períodos a medida que la humedad del sólido se reduce desde un valor inicial elevado Xi hasta el pequeño valor final, que puede incluso ser la humedad de equilibrio Xe.

El punto en que termina el periodo de velocidad constante, representado por C, en la misma figura, se llama Punto Crítico. Este punto marca el instante en que el líquido que está sobre la superficie es insuficiente para mantener una película

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contínua que cubra toda el área de secado. Para sólidos no porosos, el punto crítico aparece aproximadamente, cuando se evapora la humedad superficial; en cambio para sólidos porosos el punto crítico se alcanza cuando la velocidad de flujo de la humedad hacia la superficie no es capaz de igualar la velocidad de evaporación. Al valor de la humedad y de la velocidad que determina el punto C se les llama "Críticos", Xc, Wc. Si la humedad inicial del sólido es inferior a la humedad crítica, no aparece el periodo de velocidad constante. La humedad crítica varía con el espesor del material y con la velocidad de secado y por consiguiente, no es una propiedad del material. El periodo que sigue al punto crítico se llama velocidad decreciente. Es evidente que la forma de la curva de velocidad de secado varía con el tipo de material, el espesor y las variables presión y temperatura.

se, por supuesto, como un sólido altamente poroso. Los sólidos verdaderamente porosos, tales como pastillas de catalizadores, contienen líquido en el interior de los poros. Los sólidos no porosos comprenden geles coloidales tales como jabón, cola y arcilla plástica, sólidos celulares densos tales como madera y cuero, y muchos otros materiales polimérico. La velocidad de secado de sólidos que contienen líquido interno depende, sin embargo, de la forma en la que se mueve el líquido y de la distancia que tiene que recorrer hasta alcanzar la superficie. Esto es especialmente importante en el secado con circulación superficial de láminas o lechos de sólidos. El secado por este método es lento y generalmente se realiza por cargas; ha sido desplazado por otros métodos más rápidos en la mayor parte de las operaciones de secado a gran escala, si bien sigue siendo importante en la fabricación de productos farmacéuticos y de química tina, especialmente cuando las condiciones de secado han de controlarse’ cuidadosamente.

Mecanismos de secado Cuando intervienen transmisión de calor y transferencia de materia, el mecanismo del secado depende de la naturaleza de los sólidos y del método de contacto entre los sólidos y el gas. Existen tres tipos de sólidos: cristalinos, porosos y no porosos. Las partículas cristalinas no contienen líquido interior y el secado tiene lugar solamente en la superficie del sólido. Un lecho de tales partículas puede considerar-

4. Bibliografia [1] Ocon-Garcia. J., Problemas de Ingenieria Quimica., Operaciones Basicas., Aguilar S.A. de ediciones.1990 [2] Treybal R.E, Operaciones de Tranferencia de Masa. McGraw-Hill, México, 2006.

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