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Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado
Eliminación de la humedad de sólidos y/o líquidos porEliminación de la humedad de sólidos y/o líquidos por evaporación en una corriente gaseosa.
Discontínuo o Lotes Calor Directo
EquiposContínuo
Calor Indirecto
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 1
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado
Definiciones
Humedad Base Seca: X = kg agua / kg sólido seco
Humedad Base Húmeda: x kg de agua / kg de sólidoDefiniciones
Humedad No Ligada: Humedad que ejerce
Humedad Base Húmeda: x = kg de agua / kg de sólido húmedo = kg. H2O . = X / (1 + X)
Kg. Sól. Seco + kg Agua
Humedad No Ligada
Humedad Ligada
Humedad No Ligada: Humedad que ejerce una presión de vapor de equilibrio igual a la del líquido puro (a T cte.)
Humedad Ligada: Humedad que ejerce una presión de vaporHumedad que ejerce una presión de vapor de equilibrio menor a la del líquido puro (a T cte.)Humedad Libre: Humedad en exceso de la humedad de equilibrio: ( X – X* ). Solo puedo eliminar la humedad libre
Humedad de equilibrio: Humedad de un sólido que está en equilibrio
d d d ó l d
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 2
con un gas de una dada presión parcial de vapor (o de una dada humedad relativa).
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• Secado
X* f(T t t ñ d tí l ( 2/ 3) t )X* f(Temperatura, tamaño de partícula, a (m2/m3), etc)
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 3
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Discontinuo (por lotes)Ajuste inicial Se desprecia
Nc cte Se elimina humedad no ligada.Evaporación en la superficie
Secado post crítico se elimina humedad no ligada e inicio humedad ligada
Secado post crítico Se elimina humedad ligada. Evaporación en el interior del sólido
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 4
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Discontinuo (cont.)
l d d d dVelocidad de Secado
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 5
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Discontinuo (cont.)
• Período de Velocidad Constante (B – C)
• Período de Velocidad Decreciente (C E)• Período de Velocidad Decreciente (C – E)
Integración gráfica
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 6
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Discontinuo (cont.)• Período de Velocidad Decreciente (C – E)
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 7
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Discontinuo (cont.)• Período de Velocidad Decreciente (C – E)
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 8
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Discontinuo (cont.)• Circulación tangencial del aire
Si el calor necesario para realizar la evaporación del agua es aportado exclusivamente por el aire, por convección desde el gas:
Solo para Nc = cte
Lineapsicrométrica
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 9
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Discontinuo – Circulación tangencial (cont.)
• Si hay varios mecanismos paralelos de transferencia de calor la temperatura del sólido será distinta de laSi hay varios mecanismos paralelos de transferencia de calor, la temperatura del sólido será distinta de la temperatura de bulbo húmedo ts ≠ tw.
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 10
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Circulación tangencial (cont.)
TG = temperatura del gasTS = temperatura del sólidoS pTR = temperatura de la superficie radiante
hc = coeficiente de convección de la bandejaA = área de secadoA área de no secado (bandeja)Au = área de no secado (bandeja)Am = área media del sólidokm = conductividad de la bandejaks = conductividad del sólido
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 11
ZS = altura de sólido que se esta secandoZM = altura de sólido que no se está secando
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• Circulación tangencial (cont.)
Carta psicrométrica Y´s = f (Ts)
2 ec. c/ 2 incógnitas Y´s y Ts
Correlaciones para h: Valores experimentales. G (kg/seg m2)
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 12
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Circulación TransversalEl calor de evaporación proviene fundamentalmente del gas que se enfría (línea psicrométrica.)
La humedad en el lecho es función de la posición y del tiempo.
(1) (4)
(4)
(3)
(2)(2)
(1)
1.‐ Humedad inalterada X = Xinicial2.‐ X > Xc aún queda humedad no ligada3.‐ X* < X < Xc zona donde aún tenemos humedad No ligada
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 13
g4.‐ X = X*. Zona seca donde no queda humedad libre.
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Circulación Transversal (cont.)Secado de Humedad No Ligada
En general no sale saturado 1
Para un dZ de lecho
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 14
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Circulación Transversal (cont.)
Combinando con 1
donde
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 15
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Circulación Transversal (cont.)
Correlaciones para calcular NtG
Considerando 0,07 mm < dp < 2,03 mm y Zs > 11,4 mm
Considerando 3,2 mm < dp < 20 mm y 10 mm < Zs < 64 mm
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 16
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Continuo‐ Equipo pequeño en comparación con las cantidades de sólidos a secar.‐ Operación integrada al proceso ‐ Secado uniforme‐ Costo unitario es bajo
‐ Ss = kg ss / m2 * h
‐ H’s = entalpía del sól. Humedo con respecto al sól. seco (kJ/kg ss)
‐ Cs = cap. calorífica ss (kJ/C*kg ss)
‐ CA = cap. calorífica líquido (kJ/C*kg liq.)
‐ AHA = calor de humidificación
BM)
BE)
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 17
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Continuo Alta Temperatura
‐ Zona I: Precalentamiento (no se considera secado)
‐ Zona II: la temperatura del sólido se mantiene cteZona II: la temperatura del sólido se mantiene ctemientras se elimina humedad no ligada superficial. En B se alcanza la humedad crítica (Xc)
‐ Zona III: Secado de superficie con manchas secas y de humedad no ligada.
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 18
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Continuo Alta Temperatura
‐ Evolución D C1 = secado adiabáticoSi qr y qk = 0 la temperatura del sólidocoincide con tsa = tw del gas.
‐ Evolución D C2 = secado con pérdidas de calorpérdidas de calor
‐ Evolución D C3 = secado con aporte de calor
‐ Evolución D C4 = secado con
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 19
4temperatura de gas cte.
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia• Secado Continuo Alta Temperatura
‐ Balance de entalpía para un dZ del secador
qG calor cedido por el gasqG p g
q calor entregado al sólido
Q pérdidas de calorQ p
llamando dt’G caída de temperatura debido a dq(excluye pérdidas)
Si U = ctecon
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 20
Z = NtOG * HtOG 1,5 < NOG =∑ NOGi < 2,5Flujograma
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Continuo Baja Temperatura secador Túnel o de cinta(las condiciones del gas varían punto a punto)
La zona I se despreciaLa zona II se elimina humedad no ligadaLa zona III se elimina humedad no ligada y ligada
En la zona II: X > XC N = Nc = kY (Y’s – Y’)
Del BM diferencial
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 21
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia• Secado Continuo Baja Temperatura secador Túnel o de
cinta (cont.)Si no existe radiación, ni conducción, ni pérdidas
Ys = Yw(secador adiabático)(secador adiabático)
En la zona III: X < XC Suponiendo N linealmente decrecienteEn la zona III: X < XC p
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 22
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Continuo Baja Temperatura secador Túnel o de cinta (cont.)
2 variables Y , X
X* despreciable y Ys Yw cte
BM vincula las variables
X* despreciable y Ys = Yw = cte.
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 23
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Secado Continuo Baja Temperatura secador Túnel o de cinta (cont.)
Contracorriente
Co‐corriente
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 24
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Facutad de Ingenieria ‐ UBA 25
Secador de circulación transversal
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Secador de bandejasSecador de bandejas
Secador de circulación transversal
Facutad de Ingenieria ‐ UBA 26
Secador de circulación transversal
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Secador Transversal
Secador Turbo
Facutad de Ingenieria ‐ UBA 27
Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia
Secador Transversal
Secador Rotativo
Facutad de Ingenieria ‐ UBA 28
Operaciones Unitarias de Transferencia de MateriaOperaciones Unitarias de Transferencia de Materia
• Flujograma Secador Rotatorio
Facultad de Ingenieria ‐ UBA 31
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