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Práctica 2: Pérdida del flujo de presión a través de un lecho empacado con dos alimentos sólidos. Ortiz Duque Javier Alexander (1532464) - [email protected] Torres Mina Jose Felipe (1631410) - [email protected]

Escuela de Ingeniería de Alimentos, Universidad del Valle 01 de Octube de 2018 ●

Resumen: En el presente informe se determinó la caída de presión del flujo de aire al pasar por un lecho empacado de dos tipos de alimentos: maíz y papa amarilla común. El montaje consistió en la circulación de distintos flujos de aire regulado por un reóstato a través de lechos empacados de los alimentos mencionados en una tubería vertical transparente. Mediante la elaboración de una gráfica que relaciona los flujos de caudal de aire empleados y las caídas de presiones del aire para cada uno de estos se determinó que estas dos variables presentan relación de proporcionalidad para los dos alimentos utilizados dando validez a la bibliografía consultada.

Introducción En la industria alimentaria continuamente se requieren de procesos en donde se utilizan flujos de aire que circulan a través de alimentos porosos o granulados como es el caso de los secadores industriales, es por esto que resulta importante conocer la presión inicial que un equipo de bombeo de aire requiere para vencer la caída de presión que un lecho provoca al paso de un flujo del aire y de esta manera conseguir una adecuada conservación del alimento que se está almacenando. Para el correcto diseño de estos equipos un aspecto importante es la ya mencionada resistencia al flujo de aire, que para efectos prácticos de este informe llamaremos caída de presión, esta se ve afectada por múltiples factores como la velocidad del flujo de aire, tamaño, forma, configuración de la superficie del grano, contenido de humedad del grano entre otros aspectos que configura la importancia de su estudio para cada tipo de alimento en particular y que en esta práctica se pretende validar. En esta ocasión se utilizó un sistema de conducción de aire por tuberías aportada por un reóstato a diferentes RPM y un manómetro en U que determinó la presión de salida del promedio de 3 datos del flujo de aire a 0,31 m y a 0,62 m de un lecho empacado de maíz y papa amarilla, los datos obtenidos se utilizaron para la elaboración de las gráficas de caída de presión, que se detallan en la sección de anexos. Resultados y cálculos.

Los datos experimentales correspondientes a la velocidad promedio del flujo de aire fueron obtenidos por un anemómetro digital y vienen dados en pies por minuto (ft/min) y la presión estática del manómetro en U en pulgadas de agua, esta unidades fueron convertidas al sistema internacional de metros por minuto (m/min) y pascales (Pa) respectivamente de acuerdo a las convenciones del literal 1 ubicado en los anexos, mientras que el flujo de aire viene dado en (𝑚3 /𝑠). Con los datos experimentales ya mencionados en las unidades convenientes, se empleó la ecuación 1 para calcular la caída de presión para cada flujo de aire y altura del lecho en los dos alimentos utilizados, estos datos se detallan en la tercera columna de las tablas 1, 2, 3 y 4 del apartado anexos. Ecuación 1. Caida de Presion 𝛥𝑃 = 𝑝 / 𝑥 donde: ΔP : caida de presion p : presión obtenida del manómetro (Pa). x : altura del lecho (m) El flujo de aire (6 columna en las tablas 1,2,3 y 4) se obtiene del producto entre el factor de conversión (Pie/min a 𝑚3 /𝑠 ∗ 𝑚2 que equivale a 0,00508 y el promedio de las 3 lecturas para la velocidad del aire tomadas por el anemómetro, para más detalle ver el anexo en excel.

Para efectos prácticos de este informe véase en anexos las tablas, gráficas y cálculos correspondientes. Análisis de Resultados. De los resultados detallados anteriormente, se observa la figura 1 y 6 en anexos, correspondiente a la caída de presión en relación al flujo de aire para el maíz y la papa amarilla respectivamente, ambos lechos presentan una tendencia casi lineal ascendente mostrando una proporcionalidad entre las variables ya mencionadas, la caída de presión resultante del lecho no será lineal de manera exacta debido a factores como la geometría, configuración de los espacios entre partículas, tamaño, porosidad, densidad de estas, etc, incluso para efectos de otros estudios de este campo, no se describe un aumento proporcional entre estas dos variables Aguirre y Basket,(1988). Otro aspecto para tener en cuenta el cual explica la proporcionalidad entre estas dos variables es la dirección del flujo del aire de forma vertical atravesando el lecho empacado y la pequeña cantidad de presión estática registrada que fue suficiente para mantener el lecho fijo obedecen a las características de un flujo laminar (Condorhuaman, 2002), en el caso de las grandes secadoras industriales pueden ocurrir estas discrepancias mencionadas en el anterior párrafo debido a la desproporcionalidad tanto en área como en cantidad del alimento que se almacena en silos, esto en referencia al modelo investigativo que detalla Aguirre y Basket,(1988). La caída de presión que se observa en el lecho de maíz es mayor respecto a la papa, alcanzando valores aproximados de 4 KPa cuando el flujo del aire llega a los 1500 𝑚3 /𝑠 ∗ 𝑚2 tanto para la altura de 0,31 m como la de 0,62 m, mientras que para el lecho de papa amarilla alcanza valores aproximados 1 KPa para un flujo de aire de 2000 𝑚3 /𝑠 ∗ 𝑚2 de debido principalmente al tamaño de las partículas, cuando hay menor espacio entre estas mayor será la

resistencia al paso del fluido (Cengel, 2006) Conclusiones. ●

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De acuerdo a los resultados obtenidos en las gráficas se concluye que hay una relación de proporcionalidad entre la caída de presión y el flujo del aire, tanto para el maíz, como para la papa amarilla, describiendo un comportamiento laminar del flujo. De las observaciones en la práctica, es imprescindible tener en cuenta que existe una velocidad máxima en el flujo aportado por la máquina de bombeo para que no se presenten las características de un lecho fluidizado, es decir para que los granos se comiencen a transportar por un tubo o ducto.

Bibliografía. ●

Aguirre, R., Peske, S. T. 1988. Manual para el Beneficio de Semillas. Centro Internacional de Agricultura Tropical, CIAT. Unidad de semillas. Palmira, Colombia.

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Çengel, Y. A., Cimbala, J. M., Olguín, V. C., & S. karina, S. F. (2006). Mecánica de fluidos: fundamentos y aplicaciones (Vol. 1). São Paulo: McGraw-Hill.

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Condorhuaman, C. (2002). Secado de granos Y: Pérdida de presión en lecho surtidor. Revista Peruana de Química e Ingeniería Química, 5(1), 16-22.