Contenido1. OBJETIVOS22. FUNDAMENTO TERICO23. DATOS33.1 Datos Experimentales:33.2 Datos tericos:64. ESQUEMA DEL PROCESO DE SECADO POR ATOMIZACIN65. CALCULOS Y RESULTADOS75.1 Clculo del flujo de alimentacin a secar y flujo del producto secado75.2 Clculo del flujo de aire seco (Caso adiabtico)75.3 Clculo del flujo de aire total en la salida:95.4 Clculo del flujo de aire seco (Caso no adiabtico)105.5 Clculo de las Eficiencias Trmicas:125.5.1 Eficiencia Trmica Global125.5.2 Eficiencia Trmica Ideal135.5.3 Eficiencia Trmica Evaporativa135.6 Clculo de la Eficiencia del Secado135.7 Medicin de las Propiedades Fsicas135.7.1 Densidad135.7.2 Viscosidad13145.7.3 Tensin Superficial145.8 Distribucin de Tamao de Partcula145.8.1 Uso de la Correlacin de Friedman145.8.2 Uso de la Correlacin de Herring y Marshall166. OBSERVACIONES167. CONCLUSIONES168. ANEXO16

SECADO POR ATOMIZACIN1. OBJETIVOS:

Conocer el equipo de secado por atomizacin y su funcionamiento por medio de una corrida de prueba en el equipo. Conocer las relaciones existentes entre las condiciones de operacin de equipo de secado y las caractersticas del producto final.2. FUNDAMENTO TERICOEl secado es la operacin unitaria en la cual el contenido de humedad del material es eliminado hasta alcanzar la humedad de equilibrio mediante evaporacin como resultado de la aplicacin de calor bajo condiciones controladas [1]. [1] ALAMILLA, L. Aspectos sobre el uso de secadores por aspersin. Documento predoctoral. Mxico: ENCB-IPN, 2001. Pg. 81-90.

2.1 Criterios para la seleccin del mtodo de secado. Hay que tomar en cuenta diversos criterios para escoger el mtodo que mejor se adapte al secado de una sustancia [2]:- El modo de funcionamiento del aparato- La naturaleza y calidad del producto a secar- La fuente de calor y el modo de transmisin del mismo- La seguridad- El consumo de energa- La facilidad para controlar el tiempo de tratamiento- 6 - La eleccin del mtodo de secado es generalmente una situacin ponderada de todos estos factores. Modo de funcionamiento del aparato. El funcionamiento puede ser discontinuo o continuo. La seleccin depende de la importancia de la produccin. Si sta es pequea, a menudo se escoge un funcionamiento discontinuo. Si al contrario, la produccin es importante, las operaciones de carga o descarga a efectuar en discontinuo se volveran ms tediosas. Por lo tanto, el funcionamiento continuo es deseable y econmicamente ms rentable [2]. Naturaleza del producto a secar. La preparacin, modo de manejo, fuente de calor a utilizar, modo de transmisin y concepcin de los sistemas de aireacin, dependen de la naturaleza del producto a secar. Puede tratarse de lquidos, pastas, materiales pulverizados, granulados, fibrosos o compactos [2]. LAND VANT, C.M. Selecting Dryers. En: Chemical Engineering. Vol. 9, No. 5. EE.UU.: 1984. Pg. 70-77.2.2 Proceso de secado por atomizacinEl secado por aspersin tambin llamado atomizacin, roco o spray es ampliamente utilizada en la industria procesadora de alimentos, polmeros, cermicas, etc. Consiste en la transformacin de una materia en forma lquida en forma seca se logra mediante la generacin de gotas minsculas que poseen una gran rea superficial para la evaporacin de su humedad, el medio secante suele ser un gas caliente en gran volumen; con la suficiente energa para completar la evaporacin del lquido [3].

2.3 Secuencia del proceso de secado por atomizacin. Cualquiera sea el sistema y el proceso la aspersin experimenta tres fases distintas: en la primera el gas atomizante se expande adiabticamente de la boquilla a la cmara de secado (atmsfera), el gas sufre el efecto Joule-Thomson y su temperatura cae. En la segunda el lquido forma gotas, durante la aspersin el rea superficial especfica se incrementa mil veces. Tericamente se requiere poca energa para formar las gotas.Sin embargo, la ineficiencia mecnica, la presin y la inercia adems de la perdida por viscosidad causan un elevado consumo de energa [3]. En la tercera etapa viajan estando formadas para convertirse en materia seca, durante esta fase el solvente se evapora y el dimetro de la gota decrece. La primera fase ocurre instantneamente, la segunda dura larga, calmadamente y firme (cerca de 0.1 s o menos), la tercera puede sostener un tiempo relativamente grande dependiendo de las condiciones de la aspersin, el lquido disperso y la saturacin relativa del aire ambiente [6].El secado es controlado por medio del producto y las condiciones del aire a la entrada (flujo y temperatura). Finalmente, el producto es recuperado del aire. El secador por aspersin ms comn es el de ciclo abierto, este sistema tiene entrada continua de aire que es calentado y usado como medio secante, limpiado por medio de ciclones o agotadores y luego liberado al ambiente. Un segundo tipo es el de ciclo cerrado, donde el aire es calentado, usado como agente secante, limpiado, secado y de nuevo usado [3]. LONG, G. Atomizacin Teora y Prctica. En: Ingeniera Qumica. Vol. 85, No. 6. EE.UU.: 1978. Pg. 73-77.

3. DATOS3.1 Datos Experimentales:A continuacin se presentan los datos hallados experimentalmente en la prctica del laboratorio.VariablesValorUnidades

Temperatura de bulbo seco del ambiente:To 30C

Temperatura de bulbo hmedo del ambiente:Th 22C

Temperatura de entrada a la cmara secadorT1 160C

Temperatura de salida dela cmara de secadoT2 55.1C

Fraccin de slidos en la alimentacin:xS 0.25

Fraccin de agua en slidos de la salida:Xh 0.016

Tiempo de operacin:t 45min

Masa de la alimentacin experimental385g

Masa del producto pesado 92.47g

Tabla N 1: Datos de la alimentacin y productos.

VariablesValorUnidades

Nmero de revoluciones por minutoN30800rpm

Altura de cada ventanah0.006m

Ancho de cada ventanaw0.0035m

Radio del rodeter0.025m

Nmero de ventanasn24

Tabla N 2: medidas del rodete de la cmara de secado.

Segn el densmetro:VariablesValorUnidades

Densidad de la leche1100Kg/m3

Propiedades de la leche (1) Segn el viscosmetro de Ostwald

t1 (s)t2 (s)t3 (s)

Agua24.8325.0524.93

Leche209.42209.31

Propiedades de la leche (2)

Ascenso de leche en el tubo capilarh (m)

Altura de ascenso0.008

Propiedades de la leche (3)

Flujo (gota/min)T2 bulbo seco (C)T2 bulbo hmedo (C)

1505231

1905431

1805732

1605732

1905733

1705633

1705331

1905531

1705532

Tabla N3: Datos del flujo de la alimentacin en gotas/min y Datos de temperaturas de bulbo seco y hmedo en la salida del secador del aire seco.

*Tratamiento de datos para la tabla N3:De los valores experimentales de los flujos de la alimentacin debemos tomar un valor representativo pero debido a la dispersin de los datos procederemos a calcular la varianza para descartar valores que se alejen de la media de los datos.

Dispersin de datos

Calculo de la varianza:Datos()-

15023.333544.444

190-16.667277.778

180-6.66744.444

16013.333177.778

190-16.667277.778

1703.33311.111

1703.33311.111

190-16.667277.778

1703.33311.111

Media( )173.3330.833181.481

Calculamos la varianza como la media de todos los : Entonces la desviacin estndar ser: Lmite superior: Lmite inferior: .861El rango donde se encontraran los verdaderos valores representativos ser:

Entonces descartamos los valores alejados del rango: (150 y 190)Flujo (gota/min)T2 bulbo seco (C)T2 bulbo hmedo (C)

1805732

1605732

1705633

1705331

1705532

Promedio17055.632

Tabla N4: Datos del flujo de la alimentacin en gotas/min y Datos de temperaturas de bulbo seco y hmedo en la salida del secador del aire seco. (Tratamiento De Datos)

3.2 Datos tericos:

ValorUnidades

Tensin Superficial del agua a 30C0.0718N/m

Viscosidad del agua a 30C0.000798Kg/m.s

capacidad calorfica del aire0.24Btu/lbF

capacidad calorfica del agua (vapor)0.446Btu/lbF

capacidad calorfica del agua (lquido)1Btu/lbF

Calor latente de vaporizacin a Tr1044.62Btu/lb

Capacidad calorfica de la leche en polvo: (Cs)0.94Btu/lbF

Tabla N5: datos tericos4. ESQUEMA DEL PROCESO DE SECADO POR ATOMIZACIN

5. CALCULOS Y RESULTADOS5.1 Clculo del flujo de alimentacin a secar y flujo del producto secado Para el flujo de alimentacin (Ma), que se obtuvo del tratamiento de datos en la tabla N 4.Entonces:

Para el clculo del flujo del producto seco (Mp) se obtiene de la siguiente manera:

5.2 Clculo del flujo de aire seco (Caso adiabtico) Balance de Humedad:Entrada Salida + Generacin = Acumulacin

Como no hay ni acumulacin ni generacin entonces:Entrada = Salida

ECUACIN (a)Pero: ; entonces reemplazando en la ecuacin (a), tendremos: ECUACIN 1

Para la ecuacin 1 se calculan las variables H1 y H2 usando la carta psicomtrica, donde:H1: Humedad absoluta del aire en la entrada H2: Humedad absoluta del aire en la salida

*De la carta psicomtrica:

Para hallar el valor de H1 :Temperatura de bulbo seco del ambiente: To = 30C = 86 FTemperatura de bulbo hmedo del ambiente: Th= 22C = 71.6 FEntonces de la grfica se obtiene:

Para hallar el valor de la temperatura adiabtica:Temperatura de entrada a la cmara de secado: T1 = 160 C = 320 FTemperatura de saturacin adiabtica:

T2bm = 112 F

Para hallar el valor de H2:Se sigue la recta de saturacin adiabtica hasta intersectar la vertical de T2 y se obtiene la humedad absoluta de salida H2:Temperatura de salida de la cmara de secado: T2 = 55.1C = 132.08FEntonces de la grfica se obtiene: H2=

Entonces en la ecuacin 1 se reemplaza los datos obtenidos:

5.3 Clculo del flujo de aire total en la salida: De los datos obtenidos anteriormente se calcula el flujo de aire terico total en la salida del equipo:

Clculo del flujo de aire total en la salida experimentalmente:La velocidad del aire fue medido con el tacmetro a la temperatura de 30 C:Densidad del aire1.165 kg/m3

Velocidad del aire2.2 m/s

Dimetro del tubo por donde sale el aire0.0762 m

Entonces:

Si comparamos tendremos:

5.4 Clculo del flujo de aire seco (Caso no adiabtico)

Balance de Energa ( Caso General):Entrada Salida + Generacin = Acumulacin* Acumulacin = 0*Generacin= - Q perd. Entonces: Entrada = Salida + Q perd. ecuacin 2Dnde:Hi: Entalpia en el punto iTemperatura de referencia: Tr = 30 C = 86 F

Para hallar algunos trminos de la ecuacin 2 tenemos que hacer uso de la tabla donde se muestran los datos tericos extrados de tablas ( ver tabla N5)

*G

Ta=Tr entonces:

Btu/hReemplazando las ecuaciones y los datos tericos a la ecuacin 2, tenemos:

ECUAC. 3 Se conoce una relacin para expresar G en funcin de H2: Del balance: Reemplazando los valores:

.. Ecuacin () Se asume la siguiente relacin:Asumiendo que se pierde el 10% de calor en la resistencia:

. Ecuacin ()

La ecuacin () se reemplaza en la ecuacin 3, donde todo queda en funcin de G y H2 pero en la ecuacin () se hall la relacin entre esas dos variables, entonces tenemos que:

Reemplazo H2 en la ecuacin () para hallar el flujo de aire seco :

En S.I

Reemplazo en la ecuacin () y se obtiene el Qperd.:

/h

En S.I

5.5 Clculo de las Eficiencias Trmicas:Para el clculo de las eficiencias trmicas, se tienen los siguientes datos: C K

T del ambienteTo 30303.15

T a la entrada de la cmara de secadoT1 160433.15

T a la salida de la cmara de secadoT2 55.6328.75

T de saturacin a la salida de la cmaraTs 44.44317.59

5.5.1 Eficiencia Trmica Global

5.5.2 Eficiencia Trmica Ideal

5.5.3 Eficiencia Trmica Evaporativa

5.6 Clculo de la Eficiencia del Secado

Para la eficiencia del secado se utiliza la siguiente relacin:

Slidos de la alimentacin= Producto Seco = Reemplazando:

5.7 Medicin de las Propiedades Fsicas5.7.1 DensidadPara la medicin de la densidad se utiliz un densmetro, donde:

5.7.2 ViscosidadSe utiliz el viscosimetro de Ostwald, donde se toma el tiempo que pasa un volumen determinado por el capilar del viscosmetro. Esto se realiz tanto como para la leche como para el agua.

Viscosidad del agua a 30C: 0.000798 Kg/m.sDensidad del agua a 30 C: 995.71 kg/m3t1 (s)t2 (s)t3 (s)tprom. (s)

Agua24.8325.0524.9324.94

Leche209.42209.31209.37

Reemplazando en la ecuacin inicial:

5.7.3 Tensin SuperficialSe utiliz un tuno capilar, el cual se sumergi parcialmente en un volumen de leche y se midi el ascenso del lquido en el capilar.

Tensin Superficial del agua a 30C: 0.0718 N/mH agua (cm)=1

H leche (cm) =0.8

0.06318 N/m

5.8 Distribucin de Tamao de Partcula5.8.1 Uso de la Correlacin de FriedmanPara la siguiente correlacin se utilizar las siguientes variables anteriormente medidos y calculados:VariablesUnidad

Nmero de Revoluciones por MinutoN30800rpm

Viscosidad de la Leche0.0074Kg/(m.s)

Tensin Superficial de la Leche0.063184Kg/s2

Densidad de la Leche1100Kg/m3

Nmero de Ventanasn24

Altura de cada Ventanah0.006m

# Ventanas x Altura de c/un * h0.144m

Radio del Rodeter0.025m

Alimentacin de LecheMl0.5809Kg/s

Carga de lquido en la ventanaMp4.034Kg/s.m

K'0.37

Tenemos: = 0.00586

= 0.2836

= 0.9525

Reemplazando los resultados de las tres ecuaciones halladas en la ecuacin principal:

Para el clculo del D95%:

Para el clculo del Dmax:

5.8.2 Uso de la Correlacin de Herring y Marshall6. OBSERVACIONES:

La leche se verti en una pera de decantacin, la cual iba vaciando el lquido en un embudo que va conectado a la entrada superior del equipo; esta pera deba ir siendo ajustada para tener un goteo aproximadamente constante entre 150 y 200 gotas por minuto. Todo el tiempo se iban manipulando los controles del equipo manualmente para mantener la temperatura de la resistencia y la presin del aire comprimido del aspersor, tal es as que se not que cuando alguno de estos parmetros no se mantena adecuadamente la temperatura del flujo de aire a la salida del secador variaba de 2 a 3 C. Se midi manualmente la temperatura del aire que sala del secador para tomar un dato ms exacto ya que la termocupla del equipo no era precisa. Al acabar la experiencia se observ que en el colector del material seco no haba mucha cantidad por lo que tuvimos que recuperar manualmente y con escobillas todo el polvo que quedo dentro del equipo y de sus conductos debido a la grasa natural de la leche que hace que se quede adherida a las paredes del equipo.

7. CONCLUSIONES

En el proceso de secado por aspersin intervienen fenmenos de transferencia de masa y calor. La transferencia de masa ocurre del agua que se encuentra en la periferia de las pequeas gotas dispersas hacia el aire caliente que entra por la parte inferior. La transferencia de calor ocurre desde el aire caliente hacia el slido que est dentro de la gota liquida, ocasionando la evaporacin. Notamos que hay un error considerable en el clculo del flujo de aire de salida, esto se puede deber a que el equipo no est hermticamente cerrado y existen corrientes de aire que escapan por otros orificios del equipo y por esto no ocurre la conservacin del flujo. Las eficiencias trmicas calculadas, tanto global, ideal y evaporativa nos han dado buenos resultados, por encima del 80%, con esto podramos interpretar que el equipo an est trabajando bien en relacin al secado, a la vez tambin tuvimos una buena manipulacin del flujo de entrada del lquido y evitamos que el producto se degrade al quemarse o no llegue al secado ideal (quede con mayor humedad). Con el uso de la correlacin de Friedman pudimos obtener la distribucin del tamao de las partculas de leche en polvo donde el 95% de las partculas tienen un tamao aproximado de micras y las partculas ms grandes son de aproximadamente esto calculado con la correlacin de Friedman.

8. ANEXO

En este artculo nos detallan como es la manufactura ms usada en la obtencin de las arcillas activadas. Es un proceso donde la arcilla en bruto se seca con aire, luego es transportada al molino de rodillos para reducir su tamao. El producto es llevado a tanques de tratamiento y mezclado con agua formando un lodo con la consistencia que se desea. Este lodo espeso se bombea al tanque de tratamiento donde se le aade cido sulfrico, calentando hasta ebullicin con vapor de agua, es donde se dice que el lodo se activ. Despus de la activacin se traslada el lodo a un sistema de decantadores para lavar y sedimentar los lodos. Luego la pasta lavada es bombeada hacia un filtro rotatorio al vaco, la torta del filtro es enviada a un secador rotatorio donde se reduce la humedad pero quedan partculas gruesas por lo que se necesita otra unidad de molienda donde se da la pulverizacin en el molino que est equipado con un clasificador que proporciona un producto final de un D85 igual a 200 de la malla Tyler.Este trabajo es una propuesta para cambiar el procedimiento de fabricacin de la arcilla activada (betonita) que consiste de las fases antes mencionadas que deben estar muy bien controladas en sus variables de proceso; las ltimas tres etapas, que son filtro rotatorio continuo al vaco, secador de horno rotatorio y el molino Raymond por una nica etapa, la cual sera el secado por atomizacin logrando as una optimizacin.Cabe resaltar que en el presente artculo mencionan varias de las bondades que se obtendran si se usara el secado por atomizacin en lugar de dichas etapas como son: Un menor tiempo de operacin en el proceso. Menor exigencia en condiciones de presiones y temperaturas. Eliminacin de las tres operaciones mencionadas. Se minimizan perdidas de material y costos de operacin y mantenimiento de equipos.Al no tener antecedentes de este procedimiento y segn este estudio parece ser muy prometedor emplearlo, entonces los autores proponen poner en marcha una prueba en la planta piloto del Lab. 23 de la FIQT usando el secador de la firma sueca Niro-Atomizer, tipo Minor, modelo 53-MQ-2/Q, con un atomizador de disco centrfugo para que se pueda demostrar experimentalmente la factibilidad del nuevo proceso.