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Una práctica de laboratorio sobre el secado por charolas, un método utilizado en procesos de separación que involucran una fase sólida. Se detallan los fundamentos teóricos del secado por charolas, incluyendo su funcionamiento, las curvas de secado y los factores que influyen en el proceso. Además, se incluyen datos experimentales y cálculos realizados durante la práctica, como la determinación de la velocidad de secado y el análisis de los resultados obtenidos. Este informe es útil para estudiantes de ingeniería química y áreas afines que deseen comprender y aplicar los principios del secado en procesos industriales.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Secador de charolas.
También es llamado secador de anaqueles, de gabineteo de compartimientos. El funcionamiento de los secadores de bandejas depende del mantenimiento de una temperatura constante y una velocidad de aire uniforme sobre todo elmaterial que se está secando. Conviene tener una circulación de aire con velocidad de 1 a 10 m/s para mejorar el coeficiente de transmisión de calor en la superficie y con el propósito de eliminar bolsas de aire estancado. La corriente de aire adecuada para este tipo de secadores depende de que el ventilador tenga una capacidad suficiente, del diseño de la red de ductos para modificar cambios repentinos de dirección y de desviadores correctamente ubicados. La corriente de aire no uniforme es uno de los problemas más graves que se presentan en el funcionamiento de los secadores de bandejas. Es el secador más utilizado a nivel planta piloto, con calentamiento directo y modo de funcionamiento discontinuo, el material puede ser un sólido en forma deterrones o pasta, éste se esparce uniformemente sobre una bandeja de metal de 10 a 100mm de profundidad, el aire utilizado es arrojado por un ventilador y calentado mediante resistencias eléctricas, vapor de agua o mediante un gas inerte. Después del secado, se abre el gabinete y las bandejas se reemplazan con otras conteniendo más material para secar. Generalmente los secadores de bandejas operan por cargas, además tienen la desventaja de no secar el producto uniformemente, dependiendo de su posición en el secador. Por ello, se
necesita girar las bandejas durante el proceso para lograr un secado uniforme.
Descripción de las curvas de secado.
Las curvas antes mostradas representan el proceso de secado a condiciones constantes. Empezando en el tiempo cero el contenido inicial de humedad libre corresponde al punto A. Al principio el sólido suele estar a una temperatura inferior de la que tendrá al final y la velocidad de evaporación va en aumento, por el contrario, cuando el alimento está a una temperatura más elevada A’, la velocidad de evaporación disminuye hasta llegar al punto B, en el cual, la temperatura de la superficie alcanza su valor de equilibrio. Este periodo inicial de ajuste en estado estacionario suele serbastante corto y por lo general se pasa por alto en el análisis de los tiempos de secado. La recta entre el punto BC tienen una pendiente y velocidad constante. Durante este periodo, la superficie del sólido está muy húmeda al principio y sobre ella hay una película de agua continua. Esta capa de agua, es agua libre y actúa como si el sólido no estuviera presente. La velocidad de evaporación con las condiciones establecidas para el proceso, es independiente del sólido y esencialmente igual a la velocidad que tendría una superficie líquida pura. Si el sólido es poroso, la mayor parte del agua que se evapora durante el periodo de velocidad constante proviene de su interior. Este periodo continúa mientras el agua siga llegando a la superficie con la misma rapidez con la que se evapora.
Los periodos de velocidad decreciente inician en el punto crítico de humedad C, al concluir los procesos de velocidad constante. En este punto no hay suficiente agua en la superficie para mantener una película continua. La superficie ya no está totalmente húmeda,y la porción húmeda comienza a disminuir durante el periodo de velocidad decreciente hasta que la superficie queda seca en su totalidad, punto D. El segundo periodo de velocidad decreciente empieza en el
punto D, aquí, el plano de evaporación comienza a desplazarse con lentitud por debajo de la superficie. El agua evaporada atraviesa el sólido para llegar hasta la corriente de aire. Es posible que la cantidad de humedad que se elimine durante este periodo sea bastante pequeña, pero aun así, el tiempo requerido puede ser largo.
La existencia de un primer periodo de secado fue demostrada por la observación de una etapa de velocidad constante de secado. Sin embargo, con materiales altamente moldeables, toda la velocidad de secado es engañosa debido al decrecimiento sustancial de la superficie de intercambio. En frutos como la manzana, no se presenta una primera etapa de secado constante, debido a la alta porosidad del material. Adicionalmente, durante la primera etapa del proceso de
secado, la velocidad del aire es significativa ya que él representa el parámetro que intensifica la transferencia de masa y calor. (Pérez Herrera, 2006)
Muestra 1
t (min)
t (hr) WT (Kg) WA (Kg) X (KgA/Kgss) Xm mtx ΔX N (KgA/hm^2 ) 𝑡 60 𝑊𝐴 =^ 𝑊𝑡 −^ 𝑊𝑠𝑠^ 𝑥^ =^
𝑊𝐴 𝑊𝑠𝑠 𝑋𝑚^ =^
𝑥 1 + 𝑥 2 2 𝑚𝑡𝑥^ =^
∆𝑥 ∆𝑡 ΔX^ =^ Xm2^ −^ Xm1^ 𝑁^ =^ −^
𝑊𝑠𝑠 𝐴 ∗^
∆𝑥 ∆𝑡 0 0 0.00640 0.00522 4.4237 0 0 0 0 10 0.16667 0.00576 0.00458 3.8814 4.1525 24.9153 4.1525 - 12. 20 0.33333 0.0 0458 0.00340 2.8814 3.3814 - 4.6271 - 0.7712 2. 30 0.50000 0.00375 0.00257 2.1780 2.5297 - 5.1102 - 0.8517 2. 40 0.66667 0.00308 0.00190 1.6102 1.8941 - 3.8136 - 0.6356 1. 50 0.83333 0.00242 0.00124 1.0508 1.3305 - 3.3814 - 0.5636 1. 60 1.00000 0.00210 0.00092 0.7797 0.9153 - 2.4915 - 0.4153 1. 70 1.16667 0.00179 0.00061 0.5169 0.6483 - 1.6017 - 0.2669 0. 80 1.33333 0.00152 0.00034 0.2881 0.4025 - 1.4746 - 0.2458 0. 90 1.50000 0.00137 0.00019 0.1610 0.2246 - 1.0678 - 0.1780 0. 100 1. 66667 0.00128 0.00010 0.0847 0.1229 - 0.6102 - 0.1017 0. 110 1.83333 0.00123 0.00005 0.0424 0.0636 - 0.3559 - 0.0593 0. 120 2.00000 0.00121 0.00003 0.0254 0.0339 - 0.1780 - 0.0297 0. 130 2.16667 0.00121 0.00003 0.0254 0.0254 - 0.0508 - 0.0085 0. 140 2.33333 0.00121 0.00003 0.0254 0.0254 0.0000 0.0000 0. 150 2.50000 0.00120 0.00002 0.0169 0.0212 - 0.0254 - 0.0042 0. 160 2.66667 0.00120 0.00002 0.0169 0.0169 - 0.0254 - 0.0042 0. 170 2.83333 0.00120 0.00002 0.0169 0.0169 0.0000 0.0000 0. 0000
Muestra 3
t(min) t (hr) WT (Kg) WA (Kg) X (KgA/Kgss) Xm mtx ΔX N (KgA/hm^2 ) 𝑡 60
∆𝑡 ΔX^ =^ Xm2^ −^ Xm1^ 𝑁^ =^ −^
Muestra 4
t(min) t (hr) WT (Kg) WA (Kg) X (KgA/Kgss) Xm mtx ΔX N (KgA/hm^2 ) t 60 WA^ =^ Wt^ −^ Wss^ x^ =^
Wss^ Xm^ =^
x1 + x 2 mtx^ =^
∆x ∆t ΔX^ =^ Xm2^ −^ Xm1^ N^ =^ −^
Wss A ∗^
∆x ∆t 0 0 0.00534 0.00431 4.1845 0 0 0 0 10 0.16667 0.00504 0.00401 3.8932 4.0388 24.2330 4.0388 - 16. 20 0.33333 0.00445 0.00342 3.32 04 3.6068 - 2.5922 - 0.4320 1. 30 0.50000 0.00386 0.00283 2.7476 3.0340 - 3.4369 - 0.5728 2. 40 0.66667 0.00333 0.00230 2.2330 2.4903 - 3.2621 - 0.5437 2. 50 0.83333 0.00287 0.00184 1.7864 2.0097 - 2.8835 - 0.4806 1. 60 1.00000 0.00250 0.00147 1.4272 1.6068 - 2.4175 - 0.4029 1. 70 1.16667 0.00217 0.00114 1.1068 1.2670 - 2.0388 - 0.3398 1. 80 1.33333 0.00186 0.00083 0.8058 0.9563 - 1.8641 - 0.3107 1. 90 1.50000 0.00167 0.00064 0.6214 0.7136 - 1.4563 - 0.2427 0. 100 1.66667 0.00147 0.0 0044 0.4272 0.5243 - 1.1359 - 0.1893 0. 110 1.83333 0.00131 0.00028 0.2718 0.3495 - 1.0485 - 0.1748 0. 120 2.00000 0.00124 0.00021 0.2039 0.2379 - 0.6699 - 0.1117 0. 130 2.16667 0.00112 0.00009 0.0874 0.1456 - 0.5534 - 0.0922 0. 140 2.33333 0.0 0108 0.00005 0.0485 0.0680 - 0.4660 - 0.0777 0. 150 2.50000 0.00106 0.00003 0.0291 0.0388 - 0.1748 - 0.0291 0. 160 2.66667 0.00105 0.00002 0.0194 0.0243 - 0.0874 - 0.0146 0. 170 2.83333 0.00105 0.00002 0.0194 0.0194 - 0.0291 - 0.0049 0.
X (KgA/Kgss) tiempo (hr) N (KgA/hm2) Xm
