Dto. de Máquinas y Motores Térmicos


Makina eta Motore Termikoetako Saila

 

 

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SECADERO DE BANDEJAS

     

 

 

 

 

 

Objeto: 

Realizar un balance de materia y energía en un secadero.

Esta práctica servirá como herramienta de entrenamiento para los estudiantes de ingeniería. Las experiencias de secado que aquí se presentan son para  niveles diferentes de temperatura y velocidad del aire. 

    Siguiendo las experiencias de secado propuestas, serás capaz de:

     1- familiarizarte con un secadero de bandejas y con el proceso de secado que en él se lleva a cabo.

    2- determinar los perfiles de temperatura, contenido de agua y velocidad de secado de productos diferentes. 

    3- analizar la velocidad de pérdida de humedad del producto como una función de su contenido de agua X para determinar si (a) existe un período de velocidad de secado constante y (b) si el período de velocidad descendente puede ser dividido en dos o más regiones con mecanismos de transferencia de materia aparentemente diferentes.

    4- ver el fenómeno de reducción de volumen que ocurre en algunos productos durante el proceso de secado.

Material:

Secadero de bandejas, materiales a ensayar, psicrómetro de aspiración, anemómetro, balanza digital, termohigrómetro digital, diagrama psicrométrico y tablas de vapor de agua.

Los secaderos de bandeja son secaderos de pequeña escala usados en laboratorios y plantas piloto para experimentar sobre secado de diversos materiales.

   

 Las condiciones experimentales pueden ser variadas para permitir la demostración de los aspectos teóricos y prácticos de la operación de secado a escala industrial.  El aire es introducido a la cámara con un ventilador de flujo axial, situado en uno de los extremos del túnel. La velocidad del aire a través del secadero es ajustada regulando la velocidad del ventilador. Un banco de resistencias eléctricas se encuentra situado corriente arriba del compartimiento de secado permitiendo elevar la temperatura del aire variando la potencia de las mismas. El compartimiento de secado tiene aproximadamente 0.04 m3 de capacidad y es equipado con una puerta de acceso transparente. Una serie de bandejas, con una capacidad de almacenamiento de sólido de 8 kg aproximadamente, se encuentra ubicada dentro de la cámara. El túnel, corriente arriba y corriente abajo del compartimiento de secado, ha sido diseñado para producir un flujo de aire uniforme sobre las bandejas.

 

Fundamento teórico

El secado es un fenómeno complejo que involucra la transferencia de calor y materia (el transporte de calor hacia dentro del material y el transporte de agua hacia el exterior). 

    Existen muchos mecanismos posibles de secado, pero aquellos que controlan el secado de una partícula dependen de su estructura y de los parámetros de secado-condiciones de secado (temperatura T, velocidad v y humedad relativa del aire), contenido de humedad, dimensiones, superficie expuesta a la velocidad de transferencia, y contenido de humedad de equilibrio de la partícula. Durante el secado con aire bajo condiciones ambientales constantes, la curva de secado puede ser dividida en los siguientes cuatro períodos de velocidad de secado (Fig. 1):

Figura 1. Representación esquemática de los períodos de la velocidad de secado.

(X: contenido de humedad; Nw: velocidad de secado; T: temperatura)

    I- Período Inicial: la evaporación ocurre como desde una superficie libre y, usualmente, la temperatura incrementa desde su valor inicial (To) hasta la temperatura de bulbo húmedo del aire (Twb). En algunos casos, cuando la temperatura del producto es mayor que la correspondiente temperatura de bulbo húmedo del aire, el producto disminuye su temperatura. Este período inicial dura pocos minutos. (Xo: contenido de humedad inicial).

    II- Período de velocidad constante (Nwc): durante este período el secado aún se lleva a cabo por evaporación de la humedad desde una superficie saturada (evaporación desde una superficie libre) y el material permanece a Twb. La mayoría de los productos alimenticios no exhiben un período de velocidad de secado constante.

    III- Primer período de velocidad descendiente: El contenido de humedad al final del período de velocidad constante es el contenido de humedad crítico (Xcr). En este punto la superficie del sólido ya no se encuentra saturada de agua, y la velocidad de secado disminuye con el decrecimiento en el contenido de humedad y el incremento en la temperatura. En el punto final de este período, el film de humedad superficial se ha evaporado completamente y, con el posterior decrecimiento en el contenido de humedad, la velocidad de secado es controlada por la velocidad de movimiento de la humedad dentro del sólido.

    IV- Segundo período de velocidad descendente: Este período representa las condiciones correspondientes a una velocidad de secado totalmente independiente de las condiciones externas. La transferencia de humedad puede ocurrir por una combinación de difusión de líquido, movimiento capilar, y difusión de vapor. La temperatura del producto se acerca a la temperatura de bulbo seco (Tg) y el contenido de humedad se aproxima asintóticamente al valor de equilibrio (Xe).

    Los mecanismos I y II siguen la ley de transferencia de calor y masa para un objeto totalmente húmedo. Los mecanismos III y IV siguen la segunda ley de difusión de Fick, pero usando diferentes condiciones de borde: para el mecanismo III es la igualdad de flujos de transferencia de masa en la superficie, y para el mecanismo IV, la igualdad del contenido de agua al valor de equilibrio Xe.

  Método operativo

Se utiliza un secadero de bandejas para procesar productos con diferentes características de secado.

    Antes de las experiencias, el material es preparado, y son fijadas las condiciones iniciales del aire (velocidad, temperatura y humedad). Luego, se carga el producto sobre bandejas dentro de la cámara de secado permitiendo que el aire pase sobre él en flujo turbulento. Durante las experiencias, se llevan a cabo mediciones de la temperatura del producto, su peso y humedad y temperatura del aire.

    Finalmente, el material debe ser colocado en una estufa de vacío para conocer su peso seco final. 

Trabajo de gabinete:

Difiere según la asignatura de referencia.  Se pueden obtener las curvas características de secado y de velocidad de secado, realizar el balance de materia y energía, y analizar el proceso por medio del balance psicrométrico. También se puede calcular el flujo de calor recibido por el aire entre las secciones 2 y 3 del secadero y la humedad absorbida por el aire en la zona de bandejas 3-4. 

Otra capacidad experimental consiste en obtener el coeficiente de convección en la superficie de secado:

Suponiendo la expresión h = k G0'8  en W/m2 ºC, se trata de hallar k experimentalmente.

siendo expresado en kg/h m2

El secadero deberá estar funcionando en condiciones estables

Se remite al alumno al guión de prácticas correspondiente.

Analizar los resultados obtenidos y realizar el informe de la práctica según las normas generales de elaboración de informes de laboratorio.

  Acceso a  Carta Psicrométrica.

 

                     
 

 

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Web publicada por primera vez el 20 de mayo de 2001                 ---                 última actualización : 05/07/2015

 

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José A. Millán