Práctica Psicrometria en Secador

Prof. Jesús Medina Salas – ESMC - FAIN Refrigeración y A. A. – 2015 - Prácticas

Práctica 1 Primera Parte

PSICROMETRÍA EN SECADOR

INTRODUCCION

El término humedad se aplica en los general a la cantidad de vapor presente en un gas. Aunque los términos vapor y gas, podrían ser equivalentes, no lo son; el gas es un estado físico en donde, por arriba de ciertas condiciones "críticas" de presión y temperatura, no puede condensarse, es decir, convertirse en líquido. Es claro que el gas bajo las condiciones antes mencionadas podría licuarse y por lo tanto evaporarse, recibiendo el nombre de vapor. Entonces el vapor es el producto de la evaporación de un líquido.

Al aumentar la temperatura en el liquido aceleramos el proceso de vaporización, es decir, habrá una mayor cantidad de vapor, presente en el gas, el proceso de evaporación continua hasta la última gota de liquido.

Los puntos de rocío se refieren a la temperatura y presión a la cual un sistema condensa. Cuando, por ejemplo, en una habitación se comienzan a empañar los vidrios ocurre que se ha llegado al punto de saturación de la humedad del local y al descenso de la temperatura esa humedad “precipita”, condensándose sobre las superficies. El rocío matutino sobre las hojas de las plantas es un ejemplo similar.

1.- Objetivos:1. Conocer y saber interpretar las cartas psicrométricas.2. Conocer el concepto de secado y entender su utilidad.3. Conocer de qué factores depende el secado.4. Saber expresar el contenido de humedad de un producto en base seca y base

húmeda.

2.- Fundamento teórico:

Conceptos básicos:

Humedad en la atmósfera.- El aire en la atmósfera se considera normalmente como una mezcla de dos componentes: aire seco y agua. La capacidad de la atmósfera para recibir vapor de agua se relaciona con los conceptos de humedad absoluta, que corresponde a la cantidad de agua presente en el aire por unidad de masa de aire seco, y la humedad relativa que es la razón entre la humedad absoluta y la cantidad máxima de agua que admite el aire por unidad de volumen. Se mide en tantos por ciento y está normalizada de forma que la humedad relativa máxima posible es el 100%.

Cuandolahumedadalcanzaelvalordel100%,se dice que aire está saturado, y el exceso de vapor se condensa para convertirse en niebla o nubes. El fenómeno del rocío en las mañanas de invierno se debe a que la humedad relativa del aire ha alcanzado el 100% y el aire no admite más agua. También se alcanza el la saturación cuando usamos agua

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muy caliente en un recinto cerrado como por ejemplo en un baño, en este caso el agua caliente se evapora fácilmente y el aire de la habitación alcanza con rapidez el 100% de humedad relativa.

Estos dos fenómenos son diferentes pero ilustran las dos formas en que puede aumentar la humedad de un recinto: por disminución de la temperatura ambiental o por aumento de la cantidad de agua en el ambiente. El primero de los fenómenos se relaciona con el concepto de temperatura de rocío. Si se mantiene la cantidad de agua en el ambiente constantey sedisminuyelatemperatura llegaunmomentoenquesealcanzala saturación, a esta temperatura se le llama temperatura del punto de rocío. Cualquier objeto de una habitación que tenga una temperatura menor que la temperatura de rocío presenta condensación en sus paredes por este fenómeno. Así ocurre, por ejemplo, cuando sacamos una lata de bebida del refrigerador, su temperatura es seguramente, menor que la de rocío y observamos como la lata se empaña de humedad.Humedad relativa.- La humedad relativa,HR [%], eslaproporción de vapor de agua real en el aire comparada con la cantidad de vapor de agua necesaria para la saturación a la temperatura correspondiente. Indica que tan cercaestáelairedelasaturación.Semide en porcentaje entre 0 y 100, donde el 0% significa aire seco y 100% aire saturado:

Temperatura del punto de rocío.- La temperatura de punto de rocío, Td, es la temperatura a la cual el aire se satura si se enfría a presión constante. La Td esta únicamente determinada por la presión de vapor del aire y por lo tanto es la temperatura a la cual la presión de vapor es igual a la presión de saturación del aire.

Temperatura de Bulbo Seco.-La temperatura indicada por un termómetro no afectada por el vapor de agua contenido en el aire.

Temperatura de Bulbo Húmedo.- La temperatura del aire indicada por un termómetro de bulbo húmedo; temperatura a la cual el agua, por evaporación en el aire, puede llevar aire a saturación adiabáticamente a la misma temperatura.

(1) Secador de cajas:Entendemos por “secado” la disminución de la humedad de un sólido húmedo mediante un procedimiento térmico.A veces el concepto de secado se extiende a la eliminación de agua mediante procedimientos mecánicos (prensado, filtrado, centrifugado, etc.), sin embargo en este caso es preferible denominar al proceso como deshidratación de alimentos.Utilidades:El secado de los alimentos es uno de los métodos más antiguos utilizados para su conservación, ya que al reducirse el contenido de agua en un alimento:

Se reduce la posibilidad de su deterioro biológico, y se reducen otros mecanismos de deterioro.

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Se reduce su peso y volumen, aumentando la eficacia de los procesos de transporte y almacenaje (sopas deshidratadas, leche en polvo, etc.).

Puede conseguirse un alimento más apto para el consumo (jamón serrano, chorizo, pimientos para pimentón, etc.).

El proceso de secado puede ser deliberado, como en los casos anteriores, o no. Por ejemplo, en la cocción o en el tueste del pan, la hogaza se seca por la aplicación de calor. A veces el secado se produce en casos en los que no se desea, por ejemplo, en la maduración del queso o en la carne refrigerada.Factores que intervienen:En el proceso de secado intervienen una gran cantidad de factores que hay que tener en cuenta. Por ejemplo, no debe dañarse la estructura de los productos, influyendo negativamente sobre la calidad de los mismos. Otras veces será necesario que el producto seco se pueda rehidratar hasta un producto que tenga prácticamente la misma calidad que el original (sopas deshidratadas, leche en polvo, etc.).Nos centraremos aquí en los aspectos termodinámicos del proceso de secado. Es decir, consideraremos que el secado es un proceso de transferencia simultánea de materia (agua) y de energía (calor), sin tener en cuenta los factores biotecnológicos, bromatológicos, nutritivos, etc.Tampoco se tendrá en cuenta los procesos o mecanismos que tienen lugar en el producto (que serán estudiados en otras asignaturas). Por tanto, desde nuestro punto de vista, en el proceso de secado intervendrán:

a) Una transmisión de calor que proporcione el calor latente de vaporización necesario para eliminar el agua.

b) Una transmisión de agua desde el alimento hacia el exterior.

(2) Tipos de secado:Aunque existen otros métodos (liofilización, secado a vacío), nos centraremos en el secado por contacto con aire. El alimento se encuentra en presencia del aire atmosférico (a la presión atmosférica) y se le transmite calor mediante una corriente de aire caliente o bien mediante el contacto con una superficie caliente. El agua se extrae en forma de vapor junto con el aire. Este mecanismo es el más sencillo y es muy utilizado en la práctica, por ello será el que consideraremos en este tema. El conocimiento de las ecuaciones y diagramas psicrométricos será especialmente útil en éste caso.Para realizar estos procesos se utilizan una gran variedad de instalaciones de secado o secaderos (de túnel, de bandejas o armario, etc.). En este tema, sin embargo, no consideraremos las particularidades de cada instalación.

(3) Contenido de humedad:Antes de comenzar con el estudio de los balances de materia y energía en el proceso de secado, resulta conveniente definir y conocer algunos términos que permiten expresar la cantidad de agua que contiene el sólido a secar, así como la cantidad de agua que es necesario eliminar para secarlo. Al igual que en el caso del aire húmedo,

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consideraremos que el sólido húmedo está formado por una parte completamente seca (sólido seco) más una cierta cantidad de agua.

Equipo y materiales:Equipo de Secador de cajas:Descripción del equipo:Nombre: secador de cajasCódigo: ICIO6D (code: 993500)Voltaje de descarga máxima: 220 volt. Monofásico

Descripción de las Partes del secador de cajas:

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Leyenda: 1: velocidad del aire acondicionado. 2: peso de la bandeja. 3: velocidad del ventilador. 4: potenciómetro de control de la temp. del aire. 5: interruptor de OFF / ON ventilador. 6: interruptor de encendido y apagado del calentador de aire.

Leyenda: A: TERMOMETRO DE BULBO SECO. B: TERMOMETRO DE BULBO HUMEDO.

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A

B

El higrómetro:

Higrómetro de Reloj con Certificado Nist

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Descripción:- Tpm-contr4040* higrómetro con reloj

marca la Hora - la Temperatura y humedad de 20 – 90 %

con certificado trazable nistProcedimiento:Paso 01: instalar y realizar una previa inspección del equipo, verificando que se encuentre en perfectas condiciones para poder realizar una buena práctica en el laboratorio.

Agregar agua continuamente para el termómetro de bulbo húmedo cuando sea requerido.

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Paso 02: con una velocidad constante de 1 m/seg, registrar las medidas de las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo (colocadas en dos ductos que se encuentran encima del equipo respectivamente) durante un intervalo de 4 minutos cada una, cuando el potenciómetro está indicando las siguientes medidas: 0, 8, 9 y 10.

Paso 03: al mismo tiempo registrar las medidas con la ayuda del higrómetro, colocándolo en el interior del equipo.

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Medidas a desarrollar con el potenciómetro:

1) De 02) De 83) De 94) De 10

Regulador de aire caliente.

Termómetro de bulbo húmedo

Termómetro de bulbo seco

Con una velocidad constante de 1 m/seg.


Paso 04: luego con la ayuda de una carta psicrométrica determinar la humedad relativa, humedad absoluta, la entalpía y el punto de rocío.

Resultados:Uso de la Carta PsicrométricaCon dos propiedades del aire, se pueden localizar sus condiciones en la Carta Psicométrica y todas las otras propiedades pueden ser encontradas con la lectura en la escala apropiada.Figura 1 ilustra el trazo de una condición localizada en la intersección de las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco. La temperatura de bulbo seco está representada en la carta por las líneas verticales con su escala al fondo de la carta. La

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COLOCAR EL HIGROMETRO en el interior del equipo


temperatura de bulbo húmedo es leída a lo largo de la línea de saturación y está representada en la carta por las líneas diagonales sólidas. La entalpía de saturación, para una temperatura de bulbo húmedo dada es leída de la escala diagonal a la izquierda usando las líneas diagonales que se extienden desde la línea de saturación.

Figura 2 Ilustra el trazo de una condición en la intersección de la temperatura de bulbo seco y la humedad relativa. La humedad relativa está representada en la carta por las líneas curvas que están marcadas en por ciento de humedad relativa.

Figura 3 Ilustra el trazo de una condición en la intersección de la temperatura de bulbo seco y la temperatura de rocío. La temperatura de rocío es leída a lo largo de la línea de saturación que intersecta la línea horizontal de humedad específica. El valor de la humedad específica es leída de las escalas a la derecha en libras o granos de humedad por libra de aire seco mediante la selección de la escala apropiada.

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Figura 4 Ilustra la determinación del volumen especificó desde la carta. El volumen especificó está representado por las líneas diagonales punteadas marcadas en pies cúbicos por libra del aire seco. Los puntos intermedios son leídos por la interpolación entre las líneas.

Determinando la humedad relativa y absoluta; la entalpia y el punto de rocío.

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Tiempo(min.)

(m.p.)Temperatura de bulbo seco (°C)

Temperatura de bulbo húmedo (°C)

Humedad relativa (%)

Humedad absoluta (g/Kg) de aire seco

Entalpia (KJ/Kg)

Punto de rocío (ºC)

Color

4 0 18.7 15 70 9.4 42 12.7

8 8 38.7 21.9 23 9.8 65 13.1

12 9 46.2 24.5 16 10.4 75 14.2

16 10 48.3 26 17 12 81 16.7

(m.p.): medida del potenciómetroTemperatura del higrómetro:

ΔT Temperatura de bulbo seco (°C)

Porcentaje de humedad relativa (%)

0 22.9 51

8 23 47

9 23.9 46

10 26.8 41

Nota:Debemos recordar que va a existir siempre un problema con el higrómetro porque existen ciertas condiciones por ejemplo que el aparato de encontrarse a nivel del mar, si recordamos esta condición no fue cumplida, por ello existe una gran diferencia en las lecturas de humedad relativa y temperatura de bulbo seco.

PROBLEMAS A RESOLVER, para el informe a presentar. Resolver los siguientes problemas

9.3-1. Humedad a partir de la presión de vapor. El aire de una habitación esta a 37.8 “C (100 “F) y a presión total de 101.3 kPa abs, contiene vapor de agua presión parcial pA = 3.59 kPa. Calcule: a) La humedad; b) La humedad de saturación y el porcentaje de humedad; c) Porcentaje de humedad relativa.

9.3-2. Porcentaje de humedad relativa. El aire de una habitación tiene humedad H de 0.02 1 kg H2O /1 kg de aire seco a 32.2 “C (90 ‘F) y a 101.3 kPa abs depresión. Calcule: a) El porcentaje de humedad HP; b) El porcentaje de humedad relativa HR; Respuesta: a) HP = 67.5%; b) HR = 68.6%

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9.3-3. Uso de la gráfica de humedad. El aire entra a un secador a temperatura de 65.6 “C (150 “F) y punto de rocío de 15.6 “C (60 “F). Usando la gráfica de humedad, determine la humedad real, el porcentaje de humedad y el volumen húmedo de esta mezcla. Además, calcule también cs usando unidades SI y del sistema inglés. Respuesta: H = 0.0113 kg H2O /kg de aire seco, HP = 5.3%; cs = 1.026 kJ/kg * K (0.245 btu/lb, *“F); vH = 0.976 m3 de aire + vapor de agua l kg de aire seco.

9.3-4. Propiedades del aire que entra a un secador. Una mezcla de aire y vapor de agua que se alimenta a un proceso de secado, tiene una temperatura de bulbo seco de 57.2 “C (135 “F) y humedad de 0.030 kg H2O/kg de aire seco. Usando la gráfica de humedad y las ecuaciones apropiadas, determine el porcentaje de humedad, la humedad de saturación a 57.2 “C del punto de rocío, de calor húmedo y de volumen húmedo.

9.3-5. Temperatura de saturación adiabática. Una corriente de aire a 82.2 “C (180 “F) con humedad H = 0.0655 kg H2O /kg de aire seco, se pone en contacto con agua en un saturador adiabático. Sale del proceso con 80% de saturación. a) ¿Cuáles son los valores finales de H y T “C?; b) ¿Cuáles serían los valores de H y T para el 100% de saturación? Respuesta: a) H = 0.079 kg H2O /kg de aire seco, T = 52.8 “C (127°F).

9.3-6. Saturación adiabática del aire. Una corriente de aire entra a un saturador adiabático con una temperatura de 76.7 “C y una temperatura de punto de rocío de 40.6 “C. Sale del saturador con 90% de saturación. ¿Cuáles son los valores finales de H y T OC?

9.3-7. Humedad a partir de temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco. Una mezcla de aire y vapor de agua tiene una temperatura de bulbo seco de 65.6 “C y una temperatura de bulbo húmedo de 32.2 “C. ¿Cuál es la humedad de la mezcla? Respuesta: H = 0.0175 kg H2O /kg de aire seco.

9.3-8. Humedad y temperatura de bulbo húmedo. La humedad de una mezcla de aire y vapor de agua es H = 0.030 kg H2O/kg de aire seco. La temperatura de bulbo seco de la mezcla es 60“C. ¿Cuál es la temperatura de bulbo húmedo?

9.3-9. Deshumidificación de aire. Se desea secar aire con temperatura de bulbo seco de 37.8 “C y temperatura de bulbo húmedo de 26.7 “C, enfriándolo primero a15.6 “C para condensar el vapor de agua y después calentándolo a 23.9 “C. a) Calcule la humedad y el porcentaje de humedad iníciales; b) Calcule la humedad y el porcentaje de humedad fínales. [Sugerencia: Localice el punto inicial en la gráfica de humedad. Después, desplácese horizontalmente (enfriamiento) hasta la línea de 100% de saturación. Siga la línea hasta 15.6 “C. Después, desplácese horizontalmente hacia la derecha hasta 23.9 “C.] Respuesta: b) H = 0.0115 kg H2O /kg de aire seco, Hp = 60%.

9.310. Enfriamiento y des humidificación de aire. El aire entra a una cámara de enfriamiento adiabático a temperatura de 32.2 ‘T y porcentaje de humedad de65%. Se enfría por medio de un rocío de agua fría y se satura con vapor de agua en la cámara. Después de salir de ésta, se calienta a 23.9 “C. El aire final

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tiene un porcentaje de humedad de 40%. a) ¿Cual es la humedad inicial del aire?; b) ¿Cuál es la humedad final después del calentamiento?

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