OPERACIONES UNITARIAS Secado y Humidificación Aplicaciones: Ejercicio Nro.:
En un ambiente con humedad relativa del 60% 60% que se mantiene a 25 C Hay nitrocelulosa con 20% de humedad (referida al sólido Hmedo! en otros dos ambientes similares se tiene res"ectivamente# res"ectivamente# "a"el con $% y cuero con 5% de humedad humedad (referido al &ólido hmedo' Em"leando los datos de la fi)ura# y el dia)rama "sicrom*trico# calcule calcule "or cada 00 +) de material seco: seco: , Humedad referida al sólido hmedo: 2, Humedad li)ada $, Humedad desli)ada -, .a Humedad de equilibrio 5, .a humedad libre 6, El volumen hmedo /, Calor hmedo !EARRO""O#
atos )enerales: Humedad relativa 60% 1em"eratur 1em"eraturaa 25 C 234 + Para la Ni$rocelulosa:
Humedad referida al sólido 20% ase 00 +) e material seco 1enemos: , 20740 025 +) H287+) && 2, 9or 1abla 1abla tenemos: (042 +) )ua7+) )ua7+) &&' (00 +) &&' 42 +) )ua $,(250, $,(250 , 42'+) )ua 640 +) )ua -,9or 1abla 1abla tenemos: (00- +) a)ua7+) &&' 00 +) && 0- +) )ua 5, Humedad sólido ; Humedad equil 25 ; 0- -6 +) )ua 6,
-56=0$(00-''234 +
Cs 005>44 (00-' Cs 0$ +@7+) s Para el Papel#
Humedad referida al sólido $% ase 00 +) e material seco 1enemos: , $73/ 00$03 +) H287+) && 2, 9or 1abla tenemos: (0$ +) )ua7+) &&' (00 +) &&' $0 +) )ua $, ($03 ; $0 '+) )ua ,33 +) )ua! el si)no nos indica que el 9a"el es Hi)roscó"ico -,9or 1abla tenemos: (0065 +) a)ua7+) &&'= 00 +) && 65 +) )ua 5, Humedad sólido ; Humedad equil $03 ; 65 $- +) )ua 6, -56=0$(00-'' 234 + 44 (00-' Cs 0$+@7+)s + Para Cuero#
Humedad referida al sólido 5 % ase 00 +) e material seco 1enemos: , 5745 0/65A) H287+) && 2, 9or la tabla observamos que su valor es ine=istente "or el cuero solo "odrB ca"tar a)ua hasta un 30% de humedad relativa del aire es decir se "odrB saturar de a)ua hasta ese valor $, o e=istirB en el "a"el "or que se)n la definición es la humedad que eDercerB una "resión de va"or en equilibrio i)ual a la del liquido "uro a al misma tem"eratura
-,9or 1abla tenemos: (0/5 +) a)ua7+) &&' 00 +) && /5 +) )ua 5, Humedad sólido ; Humedad equil /65 ; /5 05 +) )ua 6, -56=0$(00-'' 234 + 44 (00-' Cs 0$ +@7+) s ANA"ISIS !E RESU"TA!OS#
naliando los resultados obtenidos en la )rafica "odemos inter"retar la )rafica si)uiente:
9odemos observar lo si)uiente:
9or cada 00 Ailo)ramos de sólido# la nitrocelulosa es la que mas a)ua contiene se)uida del cuero y al final el "a"el e estos datos la "rimera conclusión que "odrFamos sacar es que el "a"el seria mas rentable secar "or requerir menor cantidad de ener)Fa "ara e=traer "oca cantidad de humedad (a)ua' "ero esto es muy en)aGoso y lo veremos des"u*s analiando la )rafica de la "arte su"erior .I8 . JKLC:
&F o es la humedad inicial referido al sólido y e es la humedad de equilibrio con una humedad relativa de aire del 60% observamos lo si)uiente: Mue la nitrocelulosa tendrB una humedad libre muy alta ( o ; e' lo cual si se)uimos la lFnea libre traada en la )rafica tendrFamos que adicionar mucha ener)ia "era e=traer esta humedad hasta lle)ar a la humedad de equilibrio 2 ?uy "or el contrario ocurrirFa con el "a"el "or que la humedad relativa del aire humedecería el papel "or tener este un o mucho menor de la e "or esto se lle)a a la conclusión de que el "a"el tendrFa "ro"iedades hi)roscó"icas y esto lo observamos claramente en la )rafica "or la lFnea libre2 $ En el caso del cuero la cantidad de libre$ es muy "equeGa esto es un inconveniente muy serio "or que con esta humedad relativa del 60% la humedad "or e=traer seria muy "oca mFnima si se "odrFa decir Ca"a con una humedad relativa mucho menor seria mBs eficiente
&e)n la información biblio)rafica los materiales es"onDosos de ti"o celular y de ori)en or)Bnico suelen tener valores muy altos de humedad de equilibrio este es el caso del cuero
PRODUCTO COMERCIALIZADO: Seria la NITROCELULOSA a pesar de que ! es u pr!duc"! mu# c!mercial # mu# peli$r!s! per! las c!dici!es del pr!ces! ! permi"iría que se pr!cese !"r! pr!duc"! "al es el cas! del cuer! # el papel p!r las ra%!es #a a"es meci!adas&
E%ERCICIO Nro.
Em"leando dos secadores de bandeDas de laboratorio uno de 500)r e ca"acidad en la bandeDa "iloto y el otro de 00)r de ca"acidad y aire de 60 C de tem"eratura Hmeda de -5 C# se han obtenido los si)uientes resultados "ara el mismo "roducto etermine: las curvas de velocidad de secado 2 el com"ortamiento del aire durante el "roceso $ analice los resultados - valore el "roceso en t*rminos de eficiencia y eficacia
I.' !ETER(INE "AS CUR)AS !E SECA!O
naliando los datos obtenemos lo si)uiente:
Tie mpo (min)
tiempo (h)
S1 Peso total gr.
S1 Peso total kg
S2Peso total gr.
S2 P Total. Kg
0
0
397
0.397
90
0.09
5
0.08
390
0.39
86
0.086
10
0.17
382
0.382
82
0.082
15
0.25
37
0.37
78
0.078
20
0.33
366
0.366
75
0.075
25
0.2
358
0.358
70
0.07
30
0.50
350
0.35
68
0.068
35
0.58
33
0.33
63
0.063
0
0.67
319
0.319
59
0.059
51
0.85
309
0.309
56
0.056
58
0.97
299
0.299
52
0.052
65
1.08
287
0.287
8
0.08
7
1.23
273
0.273
5
0.05
83
1.38
265
0.265
1
0.01
90
1.50
253
0.253
37
0.037
99
1.65
25
0.25
32
0.032
108
1.80
235
0.235
25
0.025
120
2.00
225
0.225
22
0.022
131
2.18
21
0.21
20
0.02
16
2.3
205
0.205
18
0.018
160
2.67
198
0.198
15
0.015
180
3.00
192
0.192
15
0.015
200
3.33
189
0.189
13
0.013
220
3.67
185
0.185
13
1abulando los datos e="erimentales y lue)o )raficBndolos
0.013
ANA"ISIS# O'ser(am!s que las pedie"es de am'!s $r)*ic!s s! di*ere"es #a que el del primer! es me!r # es"! se "raduce e la ca"idad de a$ua que se e(ap!ra e u de"ermiad! "iemp!&O'ser(am!s que e el primer secad!r la cur(a de secad! dismiu#e a "ra(+s del "iemp! l! cual p!dem!s deducir que el pes! del s,lid! h-med! se$uir) dismiu#ed! has"a secarse parcialme"e per! ! "!"alme"e. l! c!"rari! !curriría e el se$ud! secad!r d!de la líea de "edecia se har) c!s"a"e es"! l! p!dem!s !'ser(ar e l!s d!s -l"im!s pu"!s l! cual se deduce que es"e pes!. es el pes! del s,lid! sec!&
*OR(U"ACION !E" (O!E"O (ATE(ATICO#
9eso del sólido seco & Nrea de la su"erficie de secado CON!ICION
&i & y "ermanece constante entonces tenemos lo si)uientes: .a Humedad total serB: i 9i,& +) )ua 7+) &&OOOOO & 2 .a Humedad media serB: (media' (i,ii' 7 2 +(9,92' ,2&' 7 2&OOO2 $ .a
De la *!rmula umer! "res p!dem!s !'ser(ar que la (el!cidad de secad! ! es"aría e *uci, de la ca"idad del pes! del s,lid! sec!
- educción del "eso del sólido seco : &i tanto en el secador uno y dos se "rocesan el mismo sólido seco se "uede decir que el secador dos# el "eso del sólido seco es de $0 )r("or la tendencia constante de su curva' y en el secador uno "or "ro"orciones seria: 30 )r ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,$ )r $3/ )r ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, )r 5/$-- )r TA,U"AN!O !ATOS - RA*ICAN!O : 9ara el secador de ca"acidad de 500 )r Tiempo (hora) 0.00 0.08 0.17 0.25 0.33 0.2 0.50 0.58 0.67 0.85 0.97 1.08 1.23 1.38 1.50 1.65 1.80 2.00 2.18 2.3 2.67 3.00 3.33 3.67
Pt1 (kg) 0.397 0.39 0.382 0.37 0.366 0.358 0.35 0.33 0.319 0.309 0.299 0.287 0.273 0.265 0.253 0.25 0.235 0.225 0.21 0.205 0.198 0.192 0.189 0.185
Pt2 (Kg) 0.09 0.086 0.082 0.078 0.075 0.07 0.068 0.063 0.059 0.056 0.052 0.08 0.05 0.01 0.037 0.032 0.025 0.022 0.02 0.018 0.015 0.015 0.013 0.013
S1 !me"ia (Kgag#a$K gS s.)
S1 % (&'Kg$h)1
5.86 5.73 5.59 5.5 5.31 5.17 .96 .69 .8 .30 .11 3.88 3.69 3.52 3.3 3.19 3.01 2.83 2.65 2.51 2.0 2.32 2.26
0.08 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.19 0.18 0.05 0.09 0.10 0.09 0.05 0.10 0.05 0.07 0.05 0.06 0.0 0.03 0.02 0.01 0.01
Jraficando y tabulando "ara el secador 2 de ca"acidad de 00)r Tiempo (hora) 0.00 0.08 0.17 0.25 0.33 0.2 0.50 0.58 0.67 0.85 0.97 1.08 1.23 1.38 1.50 1.65 1.80 2.00 2.18 2.3 2.67 3.00 3.33 3.67
Pt2 (Kg) 0.09 0.086 0.082 0.078 0.075 0.07 0.068 0.063 0.059 0.056 0.052 0.08 0.05 0.01 0.037 0.032 0.025 0.022 0.02 0.018 0.015 0.015 0.013 0.013
!me"ia (Kgag#a$KgSs.)2
% (&'Kg$h)2
5.77 5.6 5.15 .88 .58 .31 .0 3.69 3.2 3.15 2.85 2.58 2.31 2.00 1.65 1.19 0.81 0.62 0.6 0.27 0.15 0.08 0.00
0.05 0.05 0.05 0.0 0.06 0.02 0.06 0.05 0.02 0.03 0.03 0.02 0.03 0.03 0.03 0.05 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.01 0.00
ANA"ISIS !E "OS RA*ICOS :
/acied! ua c!mparaci, de l!s d!s $r)*ic!s p!dem!s c!cluir que la cur(a de (el!cidad de secad! c!rresp!de a u s,lid! p!r!s!& Las d!s cur(as "iee u peri!d! de (el!cidad que es casi c!s"a"e e es"a e"apa el ma"erial permaece a la "empera"ura de 'ul'! h-med!& E el primer secad!r la (el!cidad de secad! es ma#!r que la del secad!r d!s per! es"! ! idicaría que es mu# e*icie"e p!r l! si$uie"e La (el!cidad ser) mu# r)pida per! al *ial quie e0"rae mas a$ua seria el secad!r d!s p!r las humedades cri"icas que !'ser(am!s& E la se$uda e"apa !'ser(am!s que ha# ua re$i, d!de la (el!cidad de secad! es decrecie"e per! c!s"a"e es"! es ua carac"erís"ica de l!s ma"eriales p!r!s!s p!r que "!da la super*icie del s,lid! "edr) humedad P!r l!s p!r!s
II.' !ETER(INAR E" CO(PORTA(IENTO !E" AIRE !URANTE E" PROCESO !E SECA!O#
, 9ara saber el com"ortamiento del aire durante el "roceso de secado hallaremos los si)uientes valores: )ua eva"orada en los secadores (en forma ideal y e="erimentalmente' ?asa de aire seco mFnimo necesario "ara todo el "roceso de secado (en ambos'
atos:
a' & &ólido seco b' eva" )ua Eva"orada c' Ho y Hf Humedad del aire al entrar y salir del secador d' 1 bs 1em"eratura de bulbo seco e' 1 bh 1em"eratura de bulbo hmedo f' 9o y 9f 9eso inicial y "eso final )' ?as ?asa de aire seco necesario "ara el secado h' o y f Humedad inicial y final del sólido i'
a' 9ara hallar el a)ua eva"orada: eva" 9o , 9f OOOOOOOOOOO1 b' ?asa de aire seco necesario "ara el "roceso de secado 1enemos la relacion: (?as ' (Ho , Hf ' & (o , f 'OOOOOO2 El e=treme derecho les el a)ua eva"orada durante el "roceso entonces tenemos:
(?as ' (Ho , Hf ' eva" OOOOOOOO3 c' 9ara hallar las humedades del ire d' 9ara calcular estos datos usaremos la carta "sicrometrica .a humedad de entrada del aire serB:
9ara hallar la humedad de salida utiliaremos la ecuación $ "ero tendrFamos una ecuación con dos incó)nitas "ara esto asumiremos que la mFnima cantidad de aire seria la requerida "ara que el aire saliera saturado con a)ua En la carta "sicrometrica si a "artir de las condiciones de entrada del aire se)uimos "or la lFnea adiabBtica hasta lle)ar a la saturación encontraremos la tem"eratura y humedad final del aire 8bservamos la fi)ura:
e' 9ara hallar la humedad relativa en la entrada del secador 1enemos la )rafica y lue)o inter"olamos
f' 9ara hallar el volumen de aire hmedo necesario H7 4 ' ( K179 'OOOOOOO4 )'
9resentación de resultados:
Agua Evaporada(Kg)
Secador (5 gr.)
Secador +deal(5 gr.)
Secador ! ( " gr.)
.!"!
.33#
.,,
Aire seco Necesario (Kg)
!#.
%$&,.$&
".$&5
Volumen de Aire Necesario (m3)
3.%&
.$3
""."!,
Condiciones del Aire H o ' .5$& H ' .%55 o ' % C ' &5 C H o ' .5$& H ' .%55 o ' % C ' &5 C H o ' .5$& H ' .%55 o ' % C ' &5 C
Humedad Relativa al ingreso.
3# *
3# *
3# *
ANA"I/AN!O "OS !ATOS TENE(OS#
9rimero hallamos la eficiencia de los secadores En el secador (500 )r' Hacemos la si)uiente relación sobre el a)ua eva"orada: &iO
$$30 )r ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,00% 220 )r ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, % 62 % En el &ecador 2 (00 )r' la eficiencia seria de 00% "or que "ermanece constante el "eso &ólido seco al final del secado P!r l! "a"! c!cluim!s que el secad!r 1 es me!s e*icie"e p!r que !pera al 23 4 de su (erdadera capacidad es"! se de'e al$u!s pr!'lemas que l! deducirem!s despu+s&
hora si com"aramos las ca"acidades de ambos secadores la relación de ambos seria de 5: Con esto "odrFamos hacer una com"aración de la masa de aire seco necesario "ara el "roceso de secado# "ara esto tomamos con referencia el secador 2 "or tener una eficiencia del 00% tenemos: (04-5'Q 5 5-225 +) de aire seco
P!r l! "a"! es"a ca"idad !s idica la ca"idad de aire que ecesi"aría el secad!r de 566$r de capacidad l! que ! !curre e el secad!r 1 p!r que s!lame"e reci'e 37&82 9$ de aire sec! que es ua ca"idad mu# pequea # p!r es"a ra%, su ie*iciecia iclus! si (em!s la "a'la au "ra'a;ad! al 1664 de e*iciecia siempre "edría u d+*ici" de aire l! cual #a seria pr!'lemas de dise!
,I,"IORA*IA#
9roblemas de alance de ?ateria y Ener)Fa en la ndustria limentaria R188 <.E1E KEK&S
1ermodinBmica R <
9roblemas de n)enierFa MuFmica R8C8 T 18@8S
EMU.K8 E &EC8 KE<&1 E JEEK MU?C