INFORME DE LABORATORIO DE SECADO

INTEGRANTES: GIOCARLO VASQUEZ GIRALDO

ALVARO JAVIER VESGA GAVANZO CAMILA RAMIREZ BELTRAN

SERGIO BUENO VICTOR BENARTE VIVIANA AVELLO MILENA SUAREZ

GRUPO: O2

PRESENTADO A: CRISISTOMO BARAJAS

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER BUCARAMANGA

2014

OBJETIVO GENERAL Realizar la operacin de secado de papa mediante la utilizacin de aire precalentado, usando un secador de bandejas. OBJETIVOS ESPECIFICOS Evaluar experimentalmente el coeficiente de transferencia de calor convectivo en el aire. Conocer el equipo necesario para llevar a cabo la operacin de secado por lotes, para as obtener el peso seco de la muestra con el fin de determinar el contenido de humedad de la misma. Estimar la velocidad de secado en el perodo anticrtico mediante las condiciones de equilibrio de la operacin de secado. INTRODUCCIN. La operacin de secado es una operacin de transferencia de masa de contacto gas- slido, donde la humedad contenida en el slido se transfiere por evaporacin hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presin de vapor ejercida por el slido hmedo y la presin parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el slido y el gas estn en equilibrio y el proceso de secado cesa. En general, el secado significa la remocin de cantidades de agua relativamente pequeas de cierto material. La evaporacin se refiere a la eliminacin de cantidades de agua bastante grandes; adems, ah el agua se elimina en forma de vapor a su punto de ebullicin. En el secado, el agua casi siempre se elimina en forma de vapor con aire. MARCO TEORICO El trmino secado se aplica principalmente a la remocin de humedad de una sustancia. En algunos casos el agua puede ser removida de los slidos mecnicamente por medio de prensas, centrifugacin y otros mtodos. En la prctica, usualmente se requiere estimar el tamao del aparato a utilizar y las condiciones de operacin como humedad de equilibrio y temperatura, as como el tiempo necesario para secar determinada cantidad de slido bajo ciertas especificaciones de humedad. Sin embargo, en general no se puede predecir la humedad de equilibrio, por lo que debe determinarse en forma experimental. Los mtodos y procesos de secado se clasifican de diferentes maneras; se dividen en procesos de lotes, cuando el material se introduce en el equipo de secado y el proceso se verifica por un periodo; o continuos, si el material se aade sin interrupcin al equipo de secado y se obtiene material seco con rgimen continuo. Los procesos de secado se clasifican tambin de acuerdo con las condiciones fsicas usadas para adicionar calor y extraer vapor de agua: En la primera categora, el calor se aade por contacto directo con aire caliente a presin atmosfrica, y el vapor de agua formado se elimina por medio del mismo aire

http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/tomadecisiones/tomadecisiones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE

En el secado al vaco, la evaporacin del agua se verifica con ms rapidez a presiones bajas, y el calor se aade indirectamente por contacto con una pared metlica o por radiacin (tambin pueden usarse bajas temperaturas con vaco para ciertos materiales que se decoloran o se descomponen a temperaturas altas) En la liofilizacin, el agua se sublima directamente del material congelado. El mecanismo del proceso de secado depende considerablemente de la forma de enlace de la humedad con el material: cuanto ms slido es dicho enlace, tanto ms difcil transcurre el secado. Durante el secado el enlace de la humedad con el material se altera. Las formas de enlace de la humedad con el material se clasifican en: qumico, fsico-qumico y fsico- mecnico. La humedad ligada qumicamente es la que se une con mayor solidez al material en determinadas proporciones (estequiometrias) y puede eliminarse slo calentando el material hasta altas temperaturas o como resultado de una reaccin qumica. Esta humedad no puede ser eliminada del material por secado. EQUIPOS Secador de bandejas: Un tipo de secadores que es ampliamente utilizado en la industria, es el secador de cama fija, estando restringido para aquellos materiales que por sus caractersticas no pueden ser expuestos a movimientos bruscos, o que por su alto costo, no se debe perder el polvo que necesariamente sera arrastrado por gases secos en caso de utilizarse otro mecanismo de secado. En este tipo de secadores, la fuente de calor es indirecta, fluye en el interior del secador a travs de una serie de tuberas, las cuales calientan las placas sobre las cuales se depositan las charolas de secado que contienen los slidos hmedos a secar. Tpicamente, estos aparatos cuentan con una corriente de aire ambiental precalentado que fluye por el espacio entre las charolas, con el fin de mantener siempre un ambiente que permita con mayor facilidad la evaporacin de agua. Secador rotatorio: En estos aparatos, el producto avanza mientras se esta agitando en el interior de un cilindro rotatorio, ligeramente inclinado. El aporte de calor queda asegurado por una circulacin de aire caliente (con velocidad baja para no arrastrar partculas de productos) o por conduccin a partir de las paredes del aparato. El secado es rpido y uniforme. VARIABLES Y MEDICIONES DEL PROCESO VARIABLES Flujo de aire Temperatura del aire del secador Dimensiones de la muestra hmeda Humedad inicial de la muestra Disposicin para el soporte de la muestra Tiempo total de secado

MEDICIONES Temperatura de entrada del aire Temperatura del aire despus del precalentamiento Temperatura de bulbo seco y de bulbo hmedo del aire de secado (a la entrada) Temperatura de bulbo seco y de bulbo hmedo del aire a la salida Volumen de condensado de vapor Registro del peso de la muestra durante la operacin de secado PROCEDIMIENTO En la prctica de laboratorio se determin la humedad total contenida en la masa del pltano, se tomaron mediciones durante tiempos diferentes de la masa perdida (contenido de humedad retirado) hasta que el peso de la muestra no variara considerando que el tiempo en el que suceda esto ya haba un equilibrio. Los datos de secado se determinaron empleando una bandeja (tipo malla) previamente pesada. Luego se pes nuevamente la bandeja con la muestra, de forma que por diferencia se conoci el peso de la muestra que se introdujo en la cmara de secado. Primero, se cort el pltano en lminas cuadradas las cuales fueron ubicadas sobre la superficie de la maya formando un rectngulo, la malla inicialmente haba sido pesada. Luego, la balanza del equipo de secado se llev a cero y se suministr energa elctrica al equipo, para poner en funcionamiento el ventilador, las resistencias elctricas y el control automtico de temperatura. Los datos que se registraron a intervalos constantes de tiempo de 5 minutos, fueron: Temperatura del aire a la entrada. Temperatura de precalentamiento del aire. Temperaturas de bulbo seco y bulbo hmedo del aire antes de su paso por la bandeja y a la salida. Temperatura del vapor condensado. Volumen condensado a la salida del banco de tubos. Prdida de peso. Presin. Luego, determin nuevamente el peso de la bandeja con la muestra despus del proceso y posteriormente el peso la muestra de unidad de pltano completamente seca. DATOS EXPERIMETALES Datos del aire:

Velocidad de entrada 4.57 m/s

Velocidad de salida 5.90 m/s

rea entrada y salida 13x25 cm.

Datos de peso de la muestra:

Peso dela unidad de slido hmedo 2.23 g.

Peso dela unidad slido seco 0.89 g.

Peso de la malla vaca 126.5 g

Peso de la malla con la muestra hmeda 190.7 g

Peso de la malla con la muestra despus del secado 152.6 g.

Datos tomados de la operacin del secador:

Datos de calibracin de la balanza:

Tiempo (min)

T entrada de aire (C)

T. aire Precalent.

(C)

T Entrada(C) T. Salida(C) Peso Perdido

(Lb)

Condensado Presin

(Psi) Tg1

TH1

Tg2 TH2

T (C)

Vol. (ml)

0 34 - - - - - 0 - - -

5 34 39.8 71 31.5 48 29 1 93 9.2

10 35 40.5 71.5 32.5 50 32 2 92 2150 8

15 35 41 71.5 32.5 51 34 3 89 2000 6.7

20 36 41.5 72.5 33 52 35 4 89 1550 8.95

25 36 41.5 72.5 33 52.5 36 5 89 1125 8.15

30 36 41.5 72.5 33 52 36.5 6 91 1400 7.95

35 36 41.5 72.5 33 52 37 6.5 90 1350 8.1

40 36 42 73 33.3 52 37.5 7 91 1380 8.5

45 36 42 73 33.3 52 38 7.5 92 1370 6.5

50 36 42 72.5 33 52 38.5 8 92 1350 8.1

55 37 42.2 73.2 33.3 53 39 8.5 93 1420 8.15

60 36 42.2 73 33.5 53 39 8.8 91 1445 7.6

65 36 42.2 73 33.5 52 39 8.9 92 1450 7.5

70 36 42.2 73 33.5 53 38 9 92 1440 8.1

75 36 42.2 73 33.5 52 39 9 91 1400 7.1

80 36 42.2 72.5 33.5 51 39 9 92 1370 7.5

Lb

gr

0 0

5 21.4

10 43.5

15 61.5

20 86.3

25 108.1

26 110.8

40 171.8

50 214.2

60 257.4

70 300.5

Grafica 1. Recta de calibracin de la balanza. ANLISIS DE DATOS

=

= 190.7 126.5 = 64.2 = .

= 152.6 . 126.5 = 26.1

Calibracin de la balanza: El comportamiento de los datos de calibracin de la balanza corresponde a una lnea recta, realizando regresin lineal de los datos de calibracin se hall que la recta est dada por la siguiente ecuacin:

= 0.0250074 + 4.28709 (1) Con los datos obtenidos en la balanza remplazados en la ecuacin (1) se obtiene el peso perdido en gramos, en la siguiente tabla:

Medida de la Balanza(Lb)

Peso perdido (g)

1 4.54

2 8.82

3 13.11

4 17.4

5 21.68

6 25.97

6.5 28.12

80 343.3

90 385.4

95 407.4

100 429.0

105 450.5

110 471.5

115 493.4

120 514.8

130 558.0

135 579.2

140 600.3 0

100

200

300

400

500

600

700

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Pe

so e

n g

ram

os

Peso en libras

7 30.26

7.5 32.4

8 34.55

8.5 36.7

8.8 37.98

8.9 38.4

9 38.84

Determinacin de la humedad: Se determina la masa hmeda y la humedad en base seca de la muestra, correspondiente a cada intervalo de tiempo.

perdidoinicialhumedo WWW (2)

humedo

unidadladehmedosolido

unidadladeosolidoW

W

WSs *

sec (3)

hmedoW SsX

Ss

(4) Dnde:

humedoW : Peso del material hmedo en el secador en un intervalo de tiempo.

inicialW : Peso del material antes de entrar al secador

perdidoW : Peso de la humedad retirada en el secador en un intervalo de tiempo.

SS : Masa de slido totalmente seco.

En primera instancia se determina, el humedoW total de la mezcla y el valor de Ss con este valor total de la masa hmeda que para efectos de clculo consideraremos constante. De la ecuacin (2):

humedoW = (64.2 - 26.1) g

humedoW = 38.1 g

1.38*23.2

89.0Ss

= 15.206

La determinacin de la masa perdida en cada intervalo se hall utilizando la ecuacin de calibracin de la balanza del secador de bandejas.

Tiempo (min.) W perdido (g) W hmedo (g) X(g humedad/g Ss)

0 0 64.2 3.222017625

5 4.54 59.66 2.92345127

10 8.82 55.38 2.64198343

15 13.11 51.09 2.35985795

20 17.4 46.8 2.07773247

25 21.68 42.52 1.79626463

30 25.97 38.23 1.51413916

35 28.12 36.08 1.3727476

40 30.26 33.94 1.23201368

45 32.4 31.8 1.09127976

50 34.55 29.65 0.9498882

55 36.7 27.5 0.80849665

60 37.98 26.22 0.72431935

65 38.4 25.8 0.69669867

70 38.84 25.36 0.66776273

75 38.84 25.36 0.66776273

80 38.84 25.36 0.66776273

Ya teniendo estos datos se grafica la masa hmeda vs. Tiempo y X (g humedad/g de slido seco)

vs. Tiempo; diferenciando en estas dos zonas una recta y una curva.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Mas

a H

um

eda

(g)

Tiempo (min)

Grafica 1. Masa humeda vs. Tiempo

La regin lineal est dada entre el tiempo t=0 a t=30 (min)

La regin curva corresponde a el tiempo t=30 hasta t=70 (min)

Del minuto 70 en adelante se encuentra en zona de equilibrio. Para el periodo anticrtico (< a 30 min) se obtuvo:

= 0.8573 + 63.949

= 1 Para el periodo postcrtico (> a 30 min) se obtuvo:

= 5 108 6 + 1 105 5 0.00154 + 0.09023 2.99952 + 51.848 322.3

= 1

Ecuaciones para la Grafica 2. Humedad en Base Humeda x (t): Para el periodo anticrtico (< a 30 min) se obtuvo:

= 0.053 + 0.7728

= 0.98 Para el periodo postcrtico (> a 30 min) se obtuvo:

= 1 1096 + 3 1075 4 1054 + 0.00233 0.07882 + 1.3854 9.3216

= 1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Hu

med

ad e

n B

ase

Hu

med

a (g

liq

/g S

h)

Tiempo (min)

Grafica 2. Humedad en Base Seca vs Tiempo

Tiempo crtico tc = 30 min.

Humedad crtica:

xc = 0.6022 g de humedad/g Slido seco

Ecuaciones para la Grafica 3. Humedad en Base Seca X (t): Para el periodo anticrtico (< a 30 min) se obtuvo:

= 0.0564 + 3.2055

= 1 Para el periodo pos-crtico (> a 30 min) se obtuvo: Se obtienen dos periodos pos-crticos:

Para 30 < 50 = 0.0282 + 2.36

2 = 1

Para 50 < 70 = 0.00082 0.11 + 4.4356

2 = 1

Tiempo crtico

tc = 30 min.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Hu

med

ad e

n B

ase

Sec

a (

g H

2O/g

Ss)

Tiempo (min)

Grafica 3. Humedad en Base Seca vs. Tiempo

Humedad crtica:

Xc = 1.5135 g de humedad/g Slido seco Por lo tanto el periodo de rapidez constante de secado del pltano est comprendido entre los 0 y 30 minutos, mientras el periodo de rapidez variable inicia a los 30 minutos. Determinacin de la velocidad de secado: Para determinar los valores del flux y realizar su respectiva grfica en funcin de la humedad en base seca, en la grfica de humedad en base seca en funcin del tiempo se hallan las pendientes de las rectas tangentes a los puntos considerados; derivando las correlaciones de la regin lineal y curva se obtiene, respectivamente:

= 0.0564

= 0.0282

= 1.6 103 + 0.11

Los valores de dX/dt y los valores de N en g/cm2 min. Se muestran a continuacin

X (g humedad/g Ss) -dX/dt

3,222018 0,0564

2,923451 0,0564

2,641983 0,0564

2,359858 0,0564

2,077732 0,0564

1,796265 0,0564

1,514139 0,0564

1,372748 0,0282

1,232014 0,0282

1,091280 0,0282

0,949888 0,0282

0,808497 0,0282

0,724319 0,014

0,696699 0,006

0,667763 -0,002

0,667763 0

0,667763 0

dt

dX

A

SsN *

Donde: Ss: Masa de slido seco = 15.206 g A: rea de transferencia de masa = 14*16 = 224 cm2

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,5 1 1,5 2 2,5 3

-dX

/dt

X: Humedad en Base Seca

Grafico 4. -dX/dt Vs Humedad en Base Seca

-0,0005

0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0,0025

0,003

0,0035

0,004

0,0045

0,4 0,9 1,4 1,9 2,4 2,9 3,4

N: R

apid

ez

de

Se

cad

o (

g H

um

ed

ad/

cm^2

*s)

X: Humedad en Base Seca

Grafico 5. Rapidez de Secado Vs Humedad en Base Seca

N= 0.003828654 g humedad / cm2 min XC= 1,51413916 g humedad / g solido seco X*= 0.1661 kg humedad / kg solido seco

tac= 30 min En la grfica se puede observar el periodo de rapidez constante de secado, en donde: NC = 0.003828654 kg humedad / kg solido seco min, que se presenta hasta que el contenido de humedad promedio del slido alcanza un valor XC = 1,51413916 Kg humedad/g solido seco, y es conocido como el periodo anticrtico. Despus de ste valor la cintica del secado presenta un decrecimiento hasta alcanzar el valor de equilibrio. El periodo decreciente de la rapidez de secado se conoce como periodo postcrtico. CONCLUSIONES

Se pudo concluir que la cantidad de humedad perdida por la muestra da una escala de la cantidad de agua presente en el alimento (Pltano verde)

Se pudieron aplicar todos los conocimientos acerca del proceso de secado logrando una estimacin de la rapidez de secado, y la cantidad de agua retirada.

Se observ claramente cules son los periodos del proceso de secado (anticrtico y postcriticos)

Se pudo evidenciar que las condiciones externas al proceso afectan significativamente en las condiciones finales de la muestra (humedad en base seca de equilibrio)