CAPITULO 26 SECADO Y PROCESOS RELACIONADOS
CAPITULO 26SECADO Y PROCESOS RELACIONADOSEDWARD IVAN LOPEZ
RODRIGUEZCOD.2010192823ContenidoIntroduccinEl secado es el trmino
aplicado a los procesos trmicos que eliminan la humedad de un
material slido o casi slido.La evaporacin implica la vaporizacin de
una cantidad relativamente grande de humedad, ya sea un lquido o un
slido, dando como resultado un residuo concentrado (pero no
necesariamente en seco). La deshidratacin es la eliminacin mecnica
de la humedad por procesos tales como drenaje, prensado, la
filtracin, centrifugacin, etc deshumidificacin es la condensacin
directa de un vapor de un gas. La destilacin implica la
vaporizacin, separacin, y recondensacin de un lquido a partir de un
lquido o un slido.
El propsito de un sistema de secado esPara eliminar la humedad
de un material con el fin de mejorar el material, Para hacer el
proceso ms eficiente, de alguna manera, o Para recuperar la
humedadJustificacin de un costo de secadoel incremento de valor
futuro si se garantiza la preservacin de esta manera,la reduccin de
la carga o otros gastos de manipulacin, la recuperacin de un
disolvente valioso, ola mejora en el valor calorfico si el material
seco es combustible.Por lo general los secadores de aire se
utilizan para llevar la humedad vaporizada lejos del producto.
Tambin el aire se usa para suministrar el calor necesario para la
vaporizacin.El tamao real de un secador debe basarse en los datos
de prueba en lo que respecta tanto al rendimiento de la maquina y
el comportamiento del material.Principios de DiseoEl diseador debe
evaluar varios diseos de secadores para determinar su viabilidad
tcnica y econmica.Cuando se trata de grandes cantidades de lquido
libre, considere la deshidratacin de la alimentacin, ya que los
sistemas mecnicos suelen ser ms baratos que los sistemas trmicos.La
eleccin entre lotes y procesos continuos se basa principalmente en
la economa.Por lo general, un secador continuo se requiere menos
mano de obra, combustible y espacio y se descarga un producto ms
uniforme, mientras que un secador por lotes ser menor en el costo
inicial, ms fcil de mantener y operar, y ms verstil en sus posibles
aplicaciones.
Ventajas y Desventajas de
SecadoresSECADORESVENTAJASDESVENTAJASPOR CONVECCIONson generalmente
ms bajos en el primer costo que otros tipos.
Estos secadores calientan el material directamente usando aire
caliente o los productos de la combustin.la temperatura del
material es limitado a la temperatura del aire circundante.La
eficiencia trmica puede ser pobre y los disolventes difciles de
recuperar. Adems, quitar el polvo, la contaminacin y las reacciones
qumicas con la atmsfera de secado puede causar serios
problemasSECADORESVENTAJASDESVENTAJASPOR CONDUCCIONproporcionan una
buena eficiencia trmica y recuperacin de disolventes con espolvoreo
y contaminacin mnimason generalmente ms altos en el primer costo
que los secadores de conveccintemperaturas oscilan hacia arriba
desde el punto de ebullicin del lquido, de modo de control de
temperatura puede llegar a ser complicado.AL VACIOpueden ser la
mejor opcin para, materiales fcilmente oxidables o sensibles al
calor en el que el disolvente se ha de recuperar.son
considerablemente ms caros que los secadores atmosfricosPOR
RADIACIONson especialmente adecuados para el secado de las hojas
finas o pelculas que contienen slo pequeas cantidades de lquido a
evaporarlos costos de operacin son generalmente de alto a menos que
la radiacin puede ser dirigida a un lugar en particular, obviando
as la necesidad de calentar todo el objeto.Clasificacin de
SecadoresContenido de Humedad de los materialesEl contenido de
humedad de un material puede ser expresado como una fraccin de masa
basado en el material seco o en hmedo. La base seca es mejor para
el clculo de los cambios de humedad
ECUACIN 26.1ECUACIN 26.2Los materiales pueden ser higroscpicos o
no. Los materiales higroscpicos contienen humedad unida, es decir,
la humedad que ejerce una presin de vapor inferior a la del lquido
puro a la misma temperatura. La humedad interna se une fsicamente
por la accin capilar, etc
El contenido de humedad de equilibrio, es la relacin de la masa
de la humedad a la masa de material seco que contiene un material
higroscpico en equilibrio con cualquier atmsfera ambiente.Un
contenido de humedad crtico de un material de secado se alcanza
cuando la superficie del material cambia desde completamente hmeda
a hmeda parcialmente.
TABLA 26.1 Valores de Regain para materiales higroscpicosEl
contenido de humedad, expresado en tanto por ciento de Peso seco de
la sustancia-Temp 75 F
Cambio de SecadoLa velocidad a la que cualquier material puede
ser secado variar con su contenido de humedad. La mayora de los
materiales tienen varios perodos de velocidad de secado
distintas
PeriodosCalentamientoVelocidad ConstanteVelocidad
DecrecienteEquilibrioVelocidad de Secado es
A: Superficie de evaporacinKg: Coeficiente de transferencia de
masa de Kg se refiere a la diferencia de presiones
ECUACIN 26.3Los mecanismos que controlan aparentemente la
migracin de la humedad interna de la superficie son de difusin,
capilaridad, y gradientes de presin debido a la contraccin.
Velocidades de secado y las temperaturas son importantes debido
a su efecto fsico en el material.Para muchos materiales, las tasas
de secado lento se deben utilizar para evitar las grietas por
contraccin y la distorsinSecado demasiado rpido en las primeras
etapas puede maysculas y endurecer el material, lo que retarda el
flujo posterior de la humedad y de hecho aumentar el tiempo total
de secado
ASPECTOS PSICROMETRICOS DE SECADO CON AIREVarios aspectos
psicromtricos importantes de secado se muestran en las tablas
psicromtricos esqueleto de Figura 26.2
Figura 26.2 Aspectos psicromtrico de secadoLas altas
temperaturas pueden ser desagradables si hacen el producto mas
difcil de secar o daar de otra manera.
Sin embargo, para la eficiencia se debe utilizar la temperatura
del aire mas caliente.
Humedades relativas altas limitan la velocidad de secado, por lo
tanto en general se debe evitar.
A veces cuando la velocidad de secado debe estar controlada,
algunos de los gases de escape puede recircular, a lo largo de la
secadora lo que limitan la velocidad de secado a un valor seguro.Se
necesita Calor para SecadoCalor sensible necesario para
sobrecalentar el vapor
ECUACIN 26.5Cp: calor especificotw2 tw1: elevacin de la
temperatura
La velocidad a la que se necesita calor para la evaporizacin
ECUACIN 26.4QL: Velocidad a la que se necesita calorhlw: calor
latente de vaporizacinmp: Velocidad a la que se requiere el
producto secoF1-F2: Contenido de humedad en base seca
Calor sensible necesario para elevar la temperatura del producto
y su contenido de humedad finalECUACIN 26.6
Cpp: calor especifico de producto secoCpl: calor especifico de
producto liquidomp: tasa de flujo
Calor sensible necesario para elevar la temperatura del producto
y su contenido de humedad finalECUACIN 26.7
Cpa: calor especifico de aire secoCpw: calor especifico de vapor
de aguaW: proporcin de humedad
Calor Total NecesarioECUACIN 26.8
puede ser suministrada en su totalidad por un calentador de
aire, o puede ser suministrada indirectamente (por conduccin o
radiacin), o ambos.
El calor total utilizado solo la porcin de calor latente es til
para el secado.Las perdidas de calor sensible deben reducirse al
mnimo por un diseo cuidadoso, excepto cuando obviamente, un
producto caliente puede ser deseado para su posterior
procesamiento
Se necesita aire para secado directoTasa de flujo de masa de
aire necesarioECUACION 26.9
ma: tasa de flujo de masa de airemp: velocidad de
alimentacinw2-w1: relacin de humedad del aireF1-F2: diferencia en
el contenido de humedad de la alimentacin y el producto
La tasa de flujo de aire para cualquier problema de secado
especfico, entonces se puede establecer con respecto a la velocidad
de secado
ECUACION 26.10
Para el caso sin recalentamiento, el aire debe ser precalentado
desde la temperatura ambiente a la temperatura T1 indicado
porECUACIN 26.11
Si se usa menos de precalentamiento, el resto deber ser
suministrado por una o ms etapas de recalentamiento en un secador
directo.ECUACIN 26.12
La temperatura del aire que sale del recalentador t4 puede ser
determinado a partir de las condiciones de Introduccin de t3y W3
segn
ECUACIN 26.13
El secado directo con vaporel vapor se puede utilizar
directamente para secar muchos materiales. La nica limitacin es la
temperatura. Si el vapor es lo suficientemente sobrecalentado, los
requisitos de calentamiento sensible se puede lograr con una tasa
de peso mucho ms bajo del flujo de ms que si se utiliza aire
ECUACIN 26.14La tasa de volumen de flujo de vapor Qs en
comparacin con la de flujo de aire Qa depender de las temperaturas
absolutas de los dos y sus pesos moleculares, as como en la relacin
en peso:
ECUACIN 26.15
Por lo tanto, el vapor a menudo se puede utilizar ventajosamente
cuando el material puede soportar las temperaturas necesarias para
cualquier velocidad de secado en particular.
El secado indirectoCuando el calor para la evaporacin se
suministra indirectamente, ya sea por conduccin o por radiacin, el
material y su humedad asumirn una temperatura a la cual la presin
de vapor superior a la presin total ambiente.el desempeo de un
secador indirecto generalmente se define como un ndice de calor QH
por unidad de secado de la superficie A de acuerdo con:
ECUACION 26.16U: coeficiente de transferencia de calor :
diferencia de temperatura, promedio sobre todo o parte del periodo
de secado
El uso de ventiladores en aplicaciones de secado indirecto se
limita y puede, de hecho, se prohibir el polvo para evitar, la
contaminacin, etc
EvaporadoresLos evaporadores son secadores indirectos utilizados
para extraer grandes cantidades de humedad. El resultado puede ser
un lquido concentrado o un residuo seco. Los mismos principios se
aplican aqu para cualquier secador indirecto. La mayora de los
evaporadores son accionados por vaco, aunque esto no es
necesariamente un requisito previo para evaporadores, ya sea de una
o de efecto mltiple.Dimensionamiento secadores de conveccinAunque
el tamao de la secadora debe estar basada en factores determinados
experimentalmente, una aproximacin, que depende de la superficie de
secado expuestos es necesario, a veces puede ser hecho.Sobre la
base de los principios anteriormente descritos, Cuadro 26.3 se
presentan las ecuaciones dde las superficies aproximadas para
ciertos tipos secadora en trminos de condiciones conocidas o
deseados. Una vez que esto ha sido determinado, el tamao del
secador que puede coincidir con estos requisitos de superficie
expuesta para el material en cuestin se puede encontrar por anlisis
geomtrico.
CUADRO 26.3 Ecuaciones para Expuesto superficie de
secadoConstantes las condiciones de secado - Secador de lotes:
Condiciones de secado Variable - Secadoras continuas:Tipo Flujo
en contracorriente - adiabtico - (h / kgcp)= 1
Tipo de flujo Paralelo - adiabtico - (h / kgcp)= 1
Adaptado de los datos de WC Lapple, WE Clark, y la CE Dybdal:
"Secado de Diseo yCostos", Ingeniera Qumica, noviembre 1955, pp
177-200.
EQUIPOSecadores estacionarios incluyen ambos tipos directos e
indirectos. El equipo utilizado puede ser nada ms que un desvn o
habitacin con radiacin directa y la circulacin por conveccin
natural. Lofts de heno y similares pueden ser incluso sin
calefaccin.Hornos para secado de madera por lo general utilizan
ventiladores, bobinas y humidificadores en circulacin. Secadores de
gabinete son recintos con calefaccin que utilizan ventiladores para
hacer circular el aire por encima o a travs del material que se est
secando. El secador de ropa de hogar cae dentro de esta categora.
Dependiendo de su construccin, secadores de gabinete se llaman
bandeja, estante, compartimiento, o secadores de camiones. A travs
de la circulacin de secado-generalmente se logra por soplado de
aire caliente desde la parte inferior a la parte superior de un
lecho fijo de material.Secadores de cinta transportadora tambin
puede ser de tipo directo o indirecto.Secador de Turbo utilizan una
serie de ruedas de ventilador dispuesta sobre un eje vertical para
hacer circular el aire a travs de una serie de rotacin estantes
anularesLos intercambiadores de calor se colocan generalmente en el
espacio perifrico entre los estantes y el recinto.Los secadores
rotatorios pueden ser de tipo directo o indirecto, o una combinacin
de los dos. Secadores de tambor consisten en uno o ms acaloradas
tambores horizontales. Secador Lminas pueden utilizar cilindros
calientes o platos sobre la cual se hace pasar el material para el
secado indirecto.
En los secadores de partculas en suspensin, el material debe ser
ms bien finamente dividido de modo que pueda ser adecuadamente
dispersa.
La presin requerida del ventilador depende de las prdidas
debidas a la friccin, etc y en la energa necesaria para transportar
y separar el material.
