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8/11/2019 informe secado.docx

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. Laboratorio de Operaciones de Separacin Reaccin y Control

SECADO DE LMINAS DE PIA POR EL MTODO DE SECADO DIRECTO

Andrea Perico 244674, Karen Pieros 244675, Fabin Huertas 244640, Daniel Jaimes244643Grupo 1

Departamento de Ingeniera Qumica y Ambiental, Facultad de Ingeniera, Universidad Nacional de

Colombia, Bogot D.C., Colombia.

Presentado a: Luis Fernando Crdoba

RESUMEN

El presente trabajo evalu el tiempo y el comportamiento de la velocidad de secado de lminas de piamediante la operacin de secado directo. El experimento fue realizado en un secador de contacto directocon una temperatura de 65C aproximadamente y una presin de 560 mmHg. Las variables determinadasfueron, temperatura del aire a la entrada y salida del equipo, velocidad del aire y el seguimiento continuodel peso de la pia. Asimismo, se determin la humedad de la pia haciendo uso de una mufla, de estaforma fue posible determinar la cantidad de agua presente en la muestra. Los anteriores datos permitieron

realizar la curva de secado y determinar de la eficiencia del proceso.

Palabras Clave: Secador directo, Humedad Relativa, Temperatura de bulbo hmedo, Curva de rapidez desecado.

1. INTRODUCCINEs posible determinar la humedad de frutas yresiduos vegetales a travs de procesos desecado directo e indirecto, sin embargo, losmecanismos de transferencia de masa y de calorpresentes en la operacin por contacto directopermiten un mayor control de los parmetros deinters, generando de esta forma un productofinal de mejor calidad y un proceso con mayoreficiencia y econmicamente rentable.De esta forma, el proceso de secado permite laeliminacin de la humedad con el fin de producirun slido seco de inters. Este proceso es llevadoa cabo en diferentes etapas de acuerdo a lavelocidad de secado, donde la etapa inicial ocurrecuando el producto hmedo es calentado hasta latemperatura de vaporizacin, en seguida es

provocada una reduccin importante delcontenido de agua a una velocidad constante,finalmente, cuando el material llega hasta sucontenido de humedad de equilibrio, la velocidadalcanza un valor de cero.

Con el fin de obtener los resultados esperados deacuerdo a los datos presentados en la literatura,se trabaj con un secador de contacto directo,

evaluando el comportamiento de la prdida dehumedad de una rodaja de pia comn,siguiendo el comportamiento del aire de secado.Los resultados obtenidos son presentados acontinuacin, as como las posibles sugerenciascon el fin de mejorar la eficiencia del proceso.

2. METODOLOGAPara la determinacin de la humedad de la piase plantearon dos rutas experimentales. Laprimera consiste en la determinacin de lahumedad a partir de una pequea muestra depia (de masa conocida), la cual se dispone enuna mufla donde se realiza un secado completo auna temperatura de 60C, previniendo ladestruccin de las dems molculas presentesdentro de la pia.

El segundo mtodo es el secado directo de unarodaja de pia, la muestra de esta forma describemuy bien todas las fracciones fsicas dentro deesta fruta (corazn y pulpa). Esta rodaja debe deser lo ms delgada posible, pues como semostrara ms adelante el grosor de la muestraaltera considerablemente el tiempo de secado dela muestra.


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El equipo de secado directo consiste bsicamenteen dos cmaras y tuberas que las conectan entres. La cmara de acondicionamiento del aire desecado, donde se fija la temperatura del agua y latemperatura del aire que se desea, esto logra fijarlas condiciones del aire en unos valoresconocidos fcilmente mediante la cartapsicomtrica.

Para poder secar la pia es necesario ubicarla enla cmara de secado, en donde puededeterminarse el flujo que deseamos pase por lamuestra (transversal o tangencial). En este casose determin que el flujo sobre la pia estransversal, esto es as, pues es en este frentedonde ms rea puede ser cubierta por el flujodel aire.

Luego de que el aire ha pasado por la pia semiden las condiciones a las que este seencuentra, tales como velocidad, humedad y

temperatura, todos estos datos son importantes,pues adems de la cantidad de peso perdida porla pia, que se registra constantemente en labalanza, se puede usar este mtodo teniendo lasdiferencias en la humedad del aire.

Para el manejo del equipo es importante tener encuenta el tiempo en el que este se estabiliza. Sedebe encender el sistema que mueve el aire,luego la bomba que lo humedece y el sistema decalentamiento. Luego de que el sistema alcancelos valores fijados, se coloca la pia junto con lamalla que facilita la operacin de secado ypesado de la pia. Al finalizar, se debe apagar elequipo cuando no se extraiga ms masa de lapia.

2.1. Determinacin de la humedad

Pesar la muestra deslido humedo (peso

inicial)

Calentar la mufla a 65C

Introducir la muestraen la mufla

Esperar 20 minutosde secado

Dejar secar la mestraen el desecador por 5

minutos

Repetir elprocedimiento hasta

que el peso semantenga constante

registrar el peso finaldel slido seco


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2.2. Determinacin de la Curva de Secado2.2.1. Preparacin del Equipo

2.2.2. Puesta en marcha del Equipo

Revisar que elequipo se

encuentre apagado

Las vlvulas debenestar abiertasexcepto la que

desocupa la piscina

En la piscina debehaber agua

(mnimos 7 cm deprofundidad)

Comprobar que lostermopares estn

ubicadoscorrectamente

Asegurar que elflujo de aire se est

controlando

Prender la bomba,

el ventilador y elsistema auxiliar decalentamiento de

agua

Prender loscontroles detempertaura

Ajustar la

temperatura debulbo seco en 65Ccon el botn "set"

y las flechas

Ajustar latemperatura de

bulbo hmedo en45.6 C

Esperar 30-35minutos hastaestabilizacin

Preparar el slidode prueba (pia)

Colocar la bandejasobre la estructura

Cerrar la puertainterna, asegurar yregistrar el peso de

la badeja y laestructura

Introducir labandeja con elslido y ubicarla en

el soporte

Cerrar la puertainterna y

asegurarla,teniendo en

cuenta que labandeja no toque

la puerta

Cerrar la puertaexterna

Apagar el sistemaauxiliar decalentamiento de

agua

Registrar el pesocuando sea estable

(peso inicial)

Registrar el pesoen intervalos

determinados detiempo hasta quela muestra est

seca

Abrir las puertasde la cmara de

secado

Retirar la bandeja junto con el slido


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2.2.3. Finalizacin

Notas de seguridad

No prender el equipo si tiene el tablerode control abierto

No exceder los lmites de establecidos deoperacin

Mantener el equipo limpio y despejadode objetos

3. SUGERENCIAS Y RECOMENDACIONES Organizar el tiempo debidamente para

con el fin de que el secado de la muestraproblema sea lo ms completa posible.El tiempo de estabilizacin puede tomardemasiado tiempo y debe preversedicha situacin.

Las rebanadas de la muestra deben serlo ms delgadas posibles para facilitar elsecado, as disminuir el tiempo del

mismo, y asegurar adems que el reade secado sea nicamente la transversal.

Tener un control peridico de lascondiciones del aire para asegurar unsecado uniforme de la muestra y noincurrir a errores en los clculos.

Para mejorar las condiciones deoperacin, sera apropiado utilizar aireacondicionado al momento de mezclar elaire de salida de la cmara de secadocon el aire seco ya que actualmente seutiliza aire atmosfrico y por tanto lascondiciones de humedad y temperaturavaran paulatina y drsticamenteaumentando los errores asociados a laparte experimental

Llevar los valores decontrol del agua y del

aire mnimo permitido

Esperar 20 minutospara que el sistema se

enfre

Apagar el sistema decalentamiento de agua,

la bomba y el ventilador

Apagar los controles detemperatura

Cerrar las puertas de lacmara de secado

Apagar los sistemaselctricos del equipo


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4. OBTENCIN Y MANEJO DE DATOS

Tabla 1. Determinacin de la masa de la pia secaTiempo min Peso g0 2.4

120 0.7611150 0.677180 0.6294230 0.578360 0.5586390 0.5502

Tabla 2. Condiciones de operacinPia

rea de transferencia (m 2) Dimetro 9.4 cm Grosor 0,73 cmAire

Velocidad (m/s) 0.9 2.4 1 1.1 0.8Temperatura Bulbo Seco (C) 64.7 65.2 65.3 65.4 65Temperatura de BulboHumedo (C)

25.5 25.8 26 26.5 27.1

Humedad Relativa (%) 27 28 30 21 32Equipo

Temperatura del Agua (C) 26.3 26.5 26.8 26.4 27.2

Tabla 3. Generacin de la curva de secadoTiempo (min) Masa de Muestra (g)0 60.90 57.75 57.010 56.315 55.520 54.625.6 53.635 5245 50.555 48.865 47.375 45.885 44.495 42.9105 41.6115 40.3125 39.1135 37.9145 36.7


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5. CLCULO DE RESULTADOS

Inicialmente debemos calcular el valor total de lahumedad de la pia partir de la grafica de peso

vs tiempo del procedimiento realizado en lamufla.

Ilustracin 1 Curva peso vs tiempoprocedimiento en la mufla

A partir de la grafica con el peso final de la pia yel peso inicial se puede calcular la humedad totalcontenida en la pia:

( ) ( )

( )

Peso total del agua contenida en la pia:

( ) ( )

Para el procedimiento que se realiza en elsecador a nivel planta piloto con los datos de latabla 3, y el peso inicial de la pia podemosobtener el peso del agua total contenida y en lapia y el slido seco a partir de la humedadcalculada con el procedimiento de la mufla.

Peso del agua

( )

Peso del solido seco Ss:

( ) ( ) ( )

Con los datos de la tabla 3 se debe calcular la

humedad en cada punto de la muestra a partir dela siguiente frmula:

A continuacin se muestra el clculo de lahumedad para la medicin a los primeros 5 min.

( ) ( )

( )

Con estos datos podemos calcular la cuerva dehumedad vs tiempo.

Ilustracin 2. Curva de humedad de la pia.

Para determinar la curva de rapidez de secado apartir de estos datos se aplica la siguientefrmula para determinar el flux de transferenciade masa del agua de la pia al aire:

Donde N es el flux, A es el rea de transferencia

de contacto de la pia con el aire, y es la

pendiente de la curva en cada punto.

El se calcula a partir de la curva de humedad se

le realiza una regresin exponencial de la cualobtuvimos la siguiente expresin

00.5

11.5

22.5

3

0 100 200 300 400

P e s o g

Tiempo min

00.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 50 100 150

X

tiempo min


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de la cual se obtiene un R 2 de 0.999lo cual nos indica que tiene un buen ajuste. Partirde esta ecuacin se deriva de la siguientemanera.

Con esta frmula podemos calcular la pendientede la grafica en cada punto y calcular el flux con laecuacin anterior.

A continuacin se muestra el clculo con losdatos obtenidos en la medicin realizada a los 5minutos:

( )

De estos datos obtenemos la siguiente grafica:

Para calcular la cantidad total de agua extradade la pia lo podemos realizar de 2 maneras, unaes mediante el balance de masa de la pia en laque se resta el peso inicial de la pia del pesofinal.

La otra manera es a partir de las condiciones delaire medidas en la prctica. Con estas condicionespodemos realizar un balance de masa ydeterminar el agua transferida al aire en todo eltranscurso de la prctica.

Humedad ganada por el aire:

El flujo msico del aire se calcula con las medidade la velocidad y el rea transversal donde semide el flujo: Vel=0.9 m/s obtenido de unpromedio entre todos los medidos. At=0,00228m2 que es la mitad del rea transversal de untubo de 4 pul. Y el volumen hmedo que seobtiene a partir de la carta psicomtrica a lascondiciones dadas, la cual se obtiene un valor de1,29 m3 / kg aire seco.

Para determinar la humedad ganada por el airese utiliza la siguiente frmula:

( )

Donde Ys es la humedad de aire a la salida delproceso, Ye es la humedad del aire a la entrada.

Para determinar estas humedades tomamos encuenta las medidas tomadas en el aire, para lahumedad del aire en la entrada observamos lacarta psicomtrica a 65 C de temperatura debulbo seco y 25C de temperatura de bulbohmedo, con la cual obtuvimos una humedad de0,004 kg agua/ Kg a seco. Con las condiciones delaire a la salida obtenemos la humedad de lamisma manera con la carta psicomtrica de lacual obtuvimos una humedad de 0.006 Kg agua/Kg a seco.

As con la formula a anterior y tomando untiempo total de secado de 145 min:

( )

Comparando ambos resultado de la humedadganado por el aire y perdida por la pia se

5

79

11

13

15

17

1 2 3

N g / m 2 s

X


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observa HPP=24.2 g HGA=27.7 g se obtiene unporcentaje de error de 12.57%.

6. ANLISIS DE RESULTADOS

El proceso llevado a cabo en la mufla arroj unvalor de humedad del 77% despus de 5 horas desecado, sin embargo, es necesario tener encuenta que el valor de humedad real no seencuentra definido debido a que la muestra depia presenta una prdida continua de aguadesde el momento de cortarla hasta suintroduccin en la mufla. Este valor de humedadencontrado se encuentra muy cercano alreportado en la literatura, no obstante, este

presenta un porcentaje de error debido afactores externos como la humedad absorbidadel aire en el momento de la medicin.

El diagrama de humedad vs tiempo presenta unatendencia exponencial decreciente, sin embargo,no es el esperado ya que no se obtiene un valorde humedad constante, este hecho es causadopor el espesor de la muestra de pia y el pocotiempo disponible para la operacin de secado.

Es necesario tener en cuenta en el anlisis de lacurva de rapidez de secado que la primera etapade una curva tpica de este tipo de proceso, lacual representa la humedad no ligada, no seobserva en los datos experimentales debido aque la muestra ha perdido dicha humedadmientras se encontraba expuesta a lascondiciones ambientales.

As, la grfica obtenida presenta la perdida dehumedad ligada continua a travs del tiempo. En

este punto se presenta una fractura en la cual elflux de la humedad se ve afectada por latransferencia de masa de la humedad superficialy la humedad contenida al interior del slido, esla razn por la cual el flux disminuye de maneraconstante.

De esta manera, no fue posible obtener la curvacompleta debido a las situaciones yamencionadas al no ser posible obtener el slidototalmente seco.

Asimismo, al realizar la comparacin entre elpeso de agua perdido por la pia y la humedadganada por el aire, se encuentra un error del12,57%, este error es justificado debido a laimprecisin de la carta psicomtrica, laincertidumbre al determinar la velocidad ytemperatura de bulbo hmedo del aire a la salidadel secador.

Partiendo de una muestra de 60.9 g y despus de145 minutos se obtiene una muestra de 36.7 g,

obteniendo una humedad retirada de 24.2 g, esdecir, el proceso present una eficiencia de51,5%. Esta eficiencia puede llegar a serincrementada, aumentando la relacin entre elaire nuevo y el aire recirculado, de la mismaforma, es posible aumentar la diferencia entre lastemperaturas.

De la misma manera, no es posible realizar lacomparacin con la curva generadaexperimentalmente en otras localidades (en este

caso, el experimento fue realizado en Manizales)ya que no se encuentra completa y el sentido dela comparacin se pierde.

7. CONCLUSIONES

Las condiciones de operacin en el aire desecado determina la mxima humedad que sepuede extraer de la pia, por lo quedependiendo de la aplicacin es importantefijar estas condiciones y as evitar gastos

energticos innecesarios.

La humedad reportada de maneraexperimental utilizando la mufla es de 77%mientras que por el mtodo de secado directono es posible obtener un valor de humedadporque el slido no fue secadocompletamente.


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No es posible realizar una comparacin conotras curvas de rapidez de secado debido a lainsuficiencia de datos obtenidos.

Con la grafica obtenida de rapidez de secado,es posible estimar el tiempo necesario paraun cambio de humedad especfico de unamuestra de pia si su humedad se encuentrapor debajo de su humedad crtica.

8. BIBLIOGRAFA[1] TREYBAL, Robert. Operaciones deTransferencia de Masa. Segunda edicin,McGrawHill, Mxico, 1998.pp. 723-742.

[2] MCCABE, Warren. Operaciones unitarias enIngeniera Qumica. Cuarta Edicin, McGrawHill,Espaa 1998. Pp.821-843

[3] MARCILLA. A. Introduccin a las operacionesde Separacin. Clculo por etapas de Equilibrio.Publicaciones de la Universidad de Alicante. PP.33.

[4] MUOZ D. CABRERA G. El Secado directo eindirecto de la pia. Facultad de cianciasAgropecuarias VOL. 4 No. 1 pp. 59. 66-

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