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• Cinthya Maldonado

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INTRODUCCIÓN

Las operaciones de secado pueden clasificarse ampliamente según la transferencia de calor según que sean por lotes o continúas. Estos términos pueden aplicarse específicamente desde el punto de vista de la sustancia que está secando. SECADORES DIRECTOS La transferencia de calor para la desecación se logra por contacto directo entre los sólidos húmedos y los gases calientes. El líquido vaporizado se arrastra con el medio de desecación; es decir, con los gases calientes. Los secadores directos se llaman también secadores por convección. 

Secadores directos continuos: la operación es continua sin interrupciones, en tanto se suministre la alimentación húmeda. Es evidente que cualquier secador continuo puede funcionar en forma intermitente o por lotes, si así se desea.

Secadores 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. Es necesario hacer notar una situación interesante de optimización de secadores. En este caso, cuando se calienta el aire con vapor, debe tomarse en cuenta varios aspectos, si nos situamos en la carta psicométrica, el aire a utilizar, debe poseer una temperatura de bulbo húmedo alta, una entalpía alta, pero una humedad relativa baja. Puesto, que la operación de secado, como cualquier operación de transferencia, depende del tiempo de contacto interfacial (el cual no varía notablemente en este tipo de secador debido a la variación de la velocidad del aire), el área de contacto interfacial (que para nuestro caso requerimos que sean sólidos en terrones, o granos, para aumentar esta relación), el gradiente de temperatura y de humedad y la resistencia. En general, en este tipo desecadores, las variables que pueden fijarse o variarse son los gradientes, he allí la importancia que el aire no entre frío ni húmedo, puesto que esto minimiza el gradiente y elimina

la eficiencia del secador. Esto último es cierto para todos los tipos de secadores, no obstante, es más marcado en este tipo de secador, puesto que, en los siguientes, las otras variables no son tan rigurosamente fijas. 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 yagro-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.

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Secadores directos por lotes: se diseñan para operar con un tamaño específico de lote de alimentación húmeda, para ciclos de tiempo dado. En los secadores por lote las condiciones de contenido de humedad y temperatura varían continuamente en cualquier punto del equipo.

SECADORES INDIRECTOS El calor de desecación se transfiere al sólido húmedo a través de una pared de retención. El líquido vaporizado se separa independientemente del medio de

calentamiento. La velocidad de desecación depende del contacto que se establezca entre el material mojado y las superficies calientes. Los secadores indirectos se llaman también secadores por conducción o de contacto. 

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Secadores indirectos continuos: la desecación se efectúa haciendo pasar el material de manera continua por el secador, y poniéndolo en contacto con las superficies calientes. Secadores indirectos por lotes: en general los secadores indirectos por lotes se adaptan muy bien a operaciones al vacío. Se subdividen en tipos agitados y no agitados.

Variables de diseño     

Cantidad de pasto que necesita el ganado El tipo de pasto que se va emplear Condiciones del área La humedad del pasto Mecanismo de transferencia de calor en el secado

OBJETIVO Diseñar un secador para forraje para 250 cabezas de ganado (becerros), con el objetivo que pueda abastecer durante el tiempo de lluvias el silo para hacer frente a los cuatro meses de sequía.

METODOLOGÍA Se ha determinado que la cantidad de césped que consume un ganado es aproximadamente el 10 % de su peso, si consideremos que el peso promedio que tendrán nuestros becerros es de 292 kg, al tener 250 especies en nuestra granja tenemos que el forraje necesario a secar es de 7300 kg. Densidad de una hoja de césped: 𝜌𝑠𝑠 = 0.4

𝑔 𝑐𝑚3

Calculando el volumen que ocupará abastecer el forraje necesario: 𝑉=

𝑚 7300 x1000g = = 18250000 𝑐𝑚3 𝑔 𝜌 0.4 𝑐𝑚3

1𝑚3 (18250000 𝑐𝑚3) ( ) = 18.25 𝑚3 1𝑥106 𝑐𝑚3 Por lo tanto, el volumen que ocupará el forraje es de: 18.25 𝑚3 , nuestro diseño comprende un secador con 5 bandejas, por lo tanto, cada bandeja contendrá 3.65 𝑚3 de forraje.

Diseño de la bandeja a utilizar:

𝑆 = 𝜌𝑠𝑠 𝑥 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 = (400)(1.825) = 728 𝐾𝑔/𝑚2 𝐴 𝑊𝑐 =

𝑈 (𝑇 − 𝑇𝑖 ) 𝜆

Se considera que solo hay transferencia de calor por convención 𝑈 = ℎ𝑐

ℎ𝑐 = 0.0175𝐺 0.8 , 𝑣𝑎𝑙𝑖𝑑𝑜 2500

𝐾𝑔 𝐾𝑔 < 𝐺 < 30000 ℎ𝑚2 ℎ𝑚2

𝐾𝑔

Consideramos un flujo de aire de G=8500ℎ𝑚2 ℎ𝑐 = 0.0175(8500)0.8 = 24.354

𝐾𝑐𝑎𝑙 ℎ𝑚2 °𝐶

NOTA: Para alcanzar este tipo de flujo es necesario el uso de un ventilador tipo industrial. Considerando que el clima de Yucatán es cálido-húmedo, tomamos como base los siguientes datos:

Propiedades Magnitud Humedad absoluta 0.025 Kg h20/Kg A.S Temperatura de bulbo seco 37.8 °C Temperatura de bulbo húmedo 29.2 °C 𝜆 𝑎 29.8°𝐶 𝑒𝑠 581.2 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝐾𝑔

𝐾𝑐𝑎𝑙 2 °𝐶 𝐾𝑔 ℎ𝑚 (37.8°𝐶 − 29.2°𝐶) = 0.36036 𝑊𝑐 = 581.2 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝐾𝑔 ℎ 𝑚2 24.354

Posteriormente se procede a determinar el tiempo de secado, dicho tiempo estará en función de la humedad inicial y la que deseamos secar, con base a las siguientes ecuaciones: 𝑡=

𝑡=

𝑆 𝑆 𝑋𝑐 𝑑𝑋 (𝑋 − 𝑋𝑐 ) + ∫ → 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝐴𝑊𝑐 𝐴 𝑥𝑓 𝑊(𝑥)

𝑆 𝑆 𝑋𝑐 − 𝑋𝑓 𝑊𝑐 (𝑋 − 𝑋𝑐 ) + ( 𝐼𝑛 ( )) → 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝐴𝑊𝑐 𝐴 𝑊𝑐 − 𝑊𝑓 𝑊𝑓

𝑆 𝑋𝑐 − 𝑋𝑓 𝑊𝑐 + ( 𝐼𝑛 ( )) 𝐴 𝑊𝑐 − 𝑊𝑓 𝑊𝑓 → 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 𝑎 𝑙𝑎 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑟

Condiciones propuestas: 𝐾𝑔 𝐻20

Humedad inicial

0.15

Humedad deseada

0.135

Humedad critica

0.1

Humedad de equilibrio

0.05

𝐾𝑔 𝐴.𝑠 𝐾𝑔 𝐻20

𝐾𝑔 𝐴.𝑠 𝐾𝑔 𝐻20 𝐾𝑔 𝐴.𝑠 𝐾𝑔 𝐻20 𝐾𝑔 𝐴.𝑠

El tiempo de secado está determinado por la siguiente fórmula:

𝑡= 𝑡=

𝑆 𝑆 (𝑋 − 𝑋𝑐 ) + 𝐴𝑊𝑐 𝐴

728 𝐾𝑔𝑆𝑆/𝑚2 (0.15 − 0.135) = 30.28 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝐾𝑔 𝑎𝑔𝑢𝑎 0.36036 ℎ 𝑚2

Dicho tiempo es para secar la cantidad de 7300 kg de forraje para un día, considerando que nuestro objetivo es para cuatro meses, el tiempo que llevará secar todo el alimento para nuestros becerros es de: 152 𝑑í𝑎𝑠

Finalmente, la cantidad de agua retirada por día es de:

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = (1460 𝐾𝑔 𝑠𝑠) (0.15 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = (1460 𝐾𝑔 𝑠𝑠) (0.135

𝐾𝑔 𝐻20 ) = 219 𝐾𝑔 = 219 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝐾𝑔 𝐴. 𝑠

𝐾𝑔 𝐻20 ) = 197.1 𝐾𝑔 = 197.1 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝐾𝑔 𝐴. 𝑠

219 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 − 197.1 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 = 21.9 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑑í𝑎

REFERENCIAS



http://www.ganaderiaproductivaymaslimpia.com/cuanto-come-y-convierteun-bovino/



Foust S. Alan, (1993), Principios de Operaciones Unitarias, 4a Ed., CECSA, Cap. 18.

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Geankoplis, C.J. (1995), Procesos de transporte y Operaciones Unitarias, 2ª Ed. CECSA



Perry, R. H., Chilton C.H., (1986), Manual del Ingeniero Químico, 5a Ed., Mc Graw Hill, Vol II, 20-20



Treybal R.E., (1993), Operaciones de Transferencia de masa, 2ª Ed., Mc Graw Hill, Cap. 12