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Trabajo encargado 1.

Diseñe un secador experimental para alimentos. Secador de bandeja El secador de bandejas, o secador de anaqueles, consiste en un gabinete, de tamaño suficientemente grande para alojar los materiales a secar, en el cual se hace correr suficiente cantidad de aire caliente y seco. En general, el aire es calentado por vapor, pero no saturado, de modo que pueda arrastrar suficiente agua para un secado eficiente. Principios de secado El secado consiste generalmente en la eliminación de humedad de una sustancia por evaporación del agua de la superficie del producto, traspasándola al aire circundante. La rapidez de este proceso depende del aire (la velocidad con la que éste circule alrededor del producto, su grado de sequedad, etc.), y de las características del producto (composición, contenido de humedad, tamaño de las partículas, etc.). El secado es un proceso en el que se intercambian calor y masa. Incluye una operación energética elemental y representa una de las acciones térmicas básicas en la industria de procesos y agro-alimentaria. El secado o deshidratación se usa como técnica de preservación, pues muchas enzimas y microorganismos que causan cambios químicos en los alimentos y otros materiales, no pueden crecer y desarrollarse en ausencia de agua. Las razones para su empleo son de diversos tipos: • Facilitar la manipulación en etapas posteriores. •Reducir gastos de transporte. • Facilitar la conservación. •Aumentar el valor del producto. •Aprovechar subproductos.

Dimensiones de la bandeja

Este tipo de secador se maneja de manera discontinua ya que el contacto con el aire del ambiente afecta en gran medida la velocidad del proceso y es por eso que la carga de las bandejas de debe renovar al final de cada operación. Los costos de instalación y montaje del equipo son bajos debido a la sencillez del mismo. En cuanto a la operación del equipo los costos generados son altos debido a las pérdidas de calor producidas y la cantidad de energía necesaria para calentar y mantenerlo a la temperatura deseada Área= 0.5m2

2. Define las ecuaciones a utilizar para el cálculo del tiempo de secado. CARACTERISTICAS DEL EQUIPO

CAPACIDAD MAXIMA VELOCIDAD DE FLUJO DE AIRE TEMPERATURAS MAXIMAS Aire seco: T: 50°C

1.8Kg. de material húmedo 0.45 a 1.9 m/s 75°C a 0.45m/s

SECADOR

Fruta húmeda: T=14ºC Hr=92%

Aire húmedo: T: 50°C Fruta seca: T=48.1ºC Hr=13%

DIMENSIONES TOTALES

ALTURA LONGITUD PROFUNDIDAD

0.4m 1.25m 0.345m

INSTALACIONES REQUERIDAS 220/240V 50Hz 13A

UOP-MkII-A

Tiempo de secado 𝑅=

𝐿𝑠 Δ𝑥 𝐴 Δ𝑡

Tiempo (min)

Masa (g)

Humedad Libre X

Velocidad de secado R=(Ls/A)*ΔX/Δt

Velocidad Aire (m/s)

HR%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

150 145 135 120 100 95 90 85 80 78 76

1.000 0.933 0.800 0.600 0.333 0.267 0.200 0.133 0.067 0.040 0.013

0.020 0.040 0.060 0.080 0.020 0.020 0.020 0.020 0.008 0.008

1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4

65 65 65 65 65 65 65 65 65 65

55 60

75 75

0.000 0.000

0.004 0.000

1.4 1.4

65 65

Humedad libre (kg H20/kg alimento seco)

Grafica de Humedad libre vs Tiempo 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0 -0.200

10

20

30

40

Tiempo (minutos)

50

60

70

Velocidad de secado (kg H2O/m2h

Curva de velocidad de secado vs Humedad libre 0.090 0.080 0.070 0.060 0.050 0.040

Período de Velocidad decreciente

Humedad critica

0.030 0.020 0.010 0.000 0.180

0.230

0.280

0.330

0.380

0.430

0.480

0.530

0.580

Humedad libre (kg H2O/kg alimento seco

 Para el cálculo del tiempo de secado proscritico. ( a velocidad decreciente) c =7.5 d =d = T - c=52.5 T =60 min

3. Haga uso de las herramientas especializadas y grafique, dimensione el secador experimental, incluyendo as vistas frontal, horizontal, vertical y su proyección en 3D.

Materiales y equipos empleados :

Características generales Equipo Tipo de operación Tipo de calentamiento Voltaje de operación Temperatura de operación Presión de operación

Secador de bandejas Operación discontinua por contacto directo Convección forzada 220 v Temperatura ambiente 760 mm Hg o 1 atm

Cámara de secado Número de unidades Material Numero de separaciones Dimensiones (longitud, altura, ancho) Numero de bandejas utilizadas (aluminio)

1 Acero inoxidable 3 54.1-34.9-25.6 1

Tubería de entrada de aire Número de unidades Material de construcción Diámetro

1 Acero inoxidable 3 pulgadas

Longitud

110.12 cm

Generador de aire ( ventilador y centrifuga ) Número de unidades Tipo de conexión Voltaje de operación Potencia Tipo de aspas Velocidad de operación

1 Trifásica 380 vac 250 watts Axial 1970 rpm

Calefactor (resistencia) Número de unidades Tipo de conexión Resistencia Voltaje Instrumentación acoplada :

4 Monofásica 12 ohmios 220 vac

Termocupla

Ubicado en la cámara de secado , es controlado por el controlador digital de temperatura y su función es medir la temperatura de entrada a la cámara

Manómetro

Esta ubicado al costado del ventilador , debajo de un tubo en el cual va a medir la variación de presión de entada producida por una placa de orificio

4. USOS Y APLICACIONES   

Acelera la deshidratación Solo se usan en pequeñas instalaciones (1-20 ton. /día) o en plantas piloto Se utilizan principalmente para desecar frutas y verduras.

VENTAJAS

DESVENTAJAS

La deshidratación puede acelerarse.

Se controla con dificultad, por lo que es difícil un producto con características homogéneas

Económicos en adquisición y funcionamiento.

Solo se usan en pequeñas instalaciones

5. Practica propuesta SECADO DE MATERIALES BIOLÓGICOS EN UN SECADOR DE BANDEJAS. Un material biológico granular que contiene agua, se seca en una bandeja de 0.350 x 0.305 m y 38.1mm de profundidad. El material ocupa 38.1 mm de profundidad en la bandeja, la cual está aislada en los laterales y en el fondo. La transferencia de calor se verifica por convección desde una corriente de aire que fluye paralela a la superficie superior, a velocidad de 3.05 m/s, con temperatura de 65.6 ºC y humedad H = 0.010 kg H2O/kg de aire seco. La superficie recibe radiación que proviene de tuberías calentadas con vapor cuya temperatura superficial es TR = 93.3 ºC. La emisividad del sólido es ε= 0.95. Se desea mantener la temperatura de la superficie del sólido por debajo de 32.2 ºC, de tal manera que haya un mínimo de descomposición. Calcule la temperatura de la superficie y la velocidad de secado para el periodo de velocidad constante. Respuesta: TS = 31.3 ºC, RC = 2.583 kg H2O/h·m2. Datos Área bandeja:

0.35 m x 0.35 m = 0.1225

Profundidad de lecho:

38.1 mm

Velocidad del aire:

3.05 m/s = 10980 m/h

Temperatura del aire:

65.6 ºC = 338.75 K

Humedad del aire, H:

0.010 kg H2O/kg

Emisividad del sólido, ε:

0.95

Temperatura de superficie de sólido, TS:

32.2ºC = 305.35 K

Temperatura por radiación, TR:

93.3ºC = 366.45 K

Transferencia de calor y de masa en el secado de un sólido en la superficie superior

Calculus

HS = 0,031 kg H2O/kg S.S. λS = 2424,7204 kJ/kg

c  1.005  1.880.01  1.024 S

T 

kJ kg aire sec o  K

8.2420 2424.7204  35.8703 65.6  93.3  0.031  0.01   35.8703 1.024 



 S

 8.2420  35.8703

TS  30.3327C TS, ºC λS, kJ/kg H, kg H2O/kg S.S. TS, ºC 32,2 2424,7204 0,031 30,3327 31 2427,6294 0,036 20,6434 31,5 2426,4173 0,037 18,7413 a) Cálculo por iteración de la RC:

h  T  T   h  T C

S

RC 



R



R

 TS  

 S

RC  35.870365.6  30.3327  8.242093.3  30.3327(3600) 2424.7204E3

R  2.6487 C

kg

h  m2 

Resultados TS

30,3327 ºC

RC

2,6487 kg/hm2

Utilice un simulador de procesos para mostrar el funcionamiento