Proyecto Final de Secadores

7/26/2019 Proyecto Final de Secadores

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UNIVERSIDAD TCNICA DE MACHALA

UNIDAD ACADMICA DE CIENCIAS

QUMICAS Y DE LA SALUD

CARRERA DE INGENIERA QUMICA

PROYECTO DE OPERACIONES UNITARIAS II

TEMA

DISEO DE UN SECADOR DE TAMBOR ROTATORIO

AUTORES

BRAVO CARRERA ANDRES RICARDO

RIOS COELLO GARY BRYAN

CURSO

SEXTO SEMESTRE DE INGENIERIA QUIMICA

DOCENTE

ING.QUIM. WILSON LEN CUEVA

MACHALA, 11 DE FEBRERO DEL !1"


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DEDICATORIA

Dedicamos con infinito amor este trabajo a DIOS a nuestros padres quienescon su sacrificio, amor y sabios consejos nos ensearon a enfrentar losobstculos, para llegar a la meta. Depositando su entera confianza en cada retoque se nos presente sin dudar ni un solo momento en nuestra inteligencia ycapacidad haciendo realidad el sueo de obtener el ttulo profesional.

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AGRADECIMIENTO

!uestra gratitud, a nuestros padres por su apoyo econ"mico y moral, a nuestrosfamiliares y amigos, que sir#en como fuente de moti#aci"n, en los diferentes

obstculos que se nos presentan, para as culminar con muchos $%itos nuestracarrera.

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RESUMEN

&l trabajo detallado a continuaci"n se fundamenta en el diseo y construcci"n deun secador de tambor rotatorio , siendo el punto de partida la trasferencia decalor y la necesidad de solucionar el problema de alto contenido de humedad enlas diferentes clases de alimentos en este caso las habas , con esto se pretendi"mejorar el proceso de secado por medio de un secador 'otatorio. Se realiz" eldiseo mecnico del secador para posteriormente comenzar con su construcci"n.&fectuando un debido proceso para que realice las operaciones necesarias. (araun buen funcionamiento de la mquina secadora, se implement" un blo)uer elcual ser el encargado de realizar el proceso de secado en la mquina. *l tenerun control automtico de la mquina secadora, se logra reducir la humedad a

ni#eles que estn dentro del rango permitido para el almacenamiento adecuadomejorando la calidad del producto.

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INDICE

DEDICATORIA................................................................................................. 2

AGRADECIMIENTO..........................................................................................3

RESUMEN.......................................................................................................4INTRODUCCION..............................................................................................6

OBJETIVOS.....................................................................................................7

OBJETIVO GENERAL....................................................................................7

OBJETIVOS ESPECIFICOS............................................................................8

CAPITULO I.MARCO TEORICO.........................................................................8

ANTECEDENTES..........................................................................................8

METODOLOGA............................................................................................ 8

CARACTERSTICAS Y ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO.........................9IMPORTANCIA DEL SECADO EN GENERAL...................................................9

SECADO DE SLIDOS................................................................................10

PARMETROS INVOLUCRADOS EN EL SECADO.........................................10

TRANSFERENCIA DE CALOR......................................................................11

Mecanis!s "e #$ans%e$encia "e ca&!$......................................................11

C!n"'cci(n............................................................................................12

C!n)ecci(n.............................................................................................13

*'e"a" &i+$e......................................................................................15

*'e"a" &i,a"a....................................................................................15

*'e"a" "es&i,a"a...............................................................................16

FACTORES -UE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE SECADO.....................16

Tee$a#'$a "e& ai$e................................................................................16

C!n#eni"! "e /'e"a" en &!s ,$an!s......................................................16

Ve&!ci"a" "e& ai$e....................................................................................16

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Tee$a#'$a "e seca"!............................................................................16

C'$)as "e seca"!....................................................................................16

SELECCIN DEL SECADOR........................................................................17

Seca"!$es R!#a#!$i!s..............................................................................17

Seca"! Di$ec#!........................................................................................17Seca"!$ R!#a#!$i! Di$ec#! en %&'0! a$a&e&!...............................................18

CAPITULO II. DISE1O....................................................................................18

DETALLE DEL PROCESO DE SECADO........................................................18

COSTOS DE CONSTRUCCION DEL SECADOR DE TAMBOR ROTATORIO......19

DIAGRAMA.................................................................................................20

CAPITULO III. CALCULOS Y RESULTADOS.....................................................20

CONCLUSIONES............................................................................................21

'&+O&!D*+I-!.........................................................................................23

I/IO0'*1I*............................................................................................... 24

ANE2OS........................................................................................................25

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INTRODUCCION

&l secador rotatorio constituye una de las formas ms ampliamente utilizadas

para el secado, de una amplia gama de materiales, a ni#el industrial, en forma

rpida y con bajo costo unitario cuando se trata de grandes cantidades. &n este

tipo de secador, el material h2medo es continuamente ele#ado por la rotaci"n del

secador, dejndolo caer a tra#$s de una corriente de aire caliente que circula a lo

largo de la carcasa del secador. &l flujo de aire puede ser tanto en paralelo como

en contracorriente. /os secadores de gran tamao poseen, a continuaci"n, un

enfriador del producto, que opera en base al mismo principio y con aire en

contracorriente o un enfriador en lecho fluidizado. &stos secadores se pueden

disear para tiempos de secado comprendidos entre 3 y 45 minutos y capacidad

de secado desde unos pocos cientos de 6ilogramos por hora hasta alcanzar las

755 t8h.

Son muy adecuados para el secado de productos granulares, con buenas

caractersticas de flujo que requieren tiempos de secado moderados. (ueden ser

adaptados para manipular materiales algo pegajosos mediante dispositi#os

especiales que disgreguen las costras s"lidas formadas. De hecho, la acci"n de

#olcado es beneficiosa dentro de ciertos lmites para todos los productos, pues se

rompe la corteza semipermeable que se forma en la superficie de las partculas

que se secan, con lo cual se facilita la salida de la humedad desde el interior de

las partculas. *dems se adecuan bastante bien para materiales termo

sensibles, en los casos en que una restricci"n en la temperatura de secado no

implique que el tiempo de secado tenga que ser muy prolongado. Sin embargo,

no son adecuados para las siguientes aplicaciones9 secado de barros,

suspensiones, materiales muy pegajosos y materiales que requieran ms de una

hora para el secado. *dems, presentan limitaciones en el secado de materiales

pol#orientos o li#ianos, los cuales son arrastrados fcilmente por la corriente

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gaseosa. &n estos casos deben tomarse en consideraci"n los secadores

rotatorios indirectos, como los ms adecuados.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

+onstruir un secador de tambor rotatorio y #alidar su funcionamiento mediante la

deshidrataci"n de habas, obteniendo un producto deshidratado

homog$neamente y con una apariencia aceptable.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Diseo de un secador de tambor rotatorio con los materiales apropiados

para su mejor funcionamiento y, con un sistema electr"nico confiable para

el control de las #ariables :temperatura y #elocidad de flujo de aire; Desarrollar pruebas de funcionamiento del equipo para alcanzar los

parmetros de estandarizaci"n deseados y obtener un resultado de

calidad. 1uncionamiento y puesta a punto del equipo para demostrar los resultados

alcanzados.

CAPITULO I.MARCO TEORICO

ANTECEDENTES

&n el &cuador actualmente e%isten una #ariedad de m$todos de secado dealimentos, esto es debido a la e%istencia de diferentes formas de industria

alimenticia y agropecuaria diferencindose principalmente en los recursos

econ"micos que $stas manejan, de tal modo que la utilizaci"n de tecnologas

ms a#anzadas representan por lo general una in#ersi"n mayor, cosa que no

todas las industrias pequeas poseen. +on estos antecedentes se plantea

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integrar el diseo y construcci"n de un secador de tambor rotatorio para el

secado de habas.

METODOLOGA

&l secador de habas constar de un cilindro rotatorio, un blo)uer el cual ser el

encargado de realizar el proceso de secado. /a implementaci"n del secador

giratorio para cacao contempla las siguientes fases9

para cualesquier caso siempre se deber hacer

una comparaci"n costo?beneficio entre los procesos a fin de apro#echar al

m%imo los recursos disponibles. @$cnicamente, se deben considerar los

parmetros del proceso de secado como tiempos de secado, cur#as de

#elocidad, temperatura, humedad, radiaci"n solar etc. A lle#arlos a condiciones

controladas para obtener datos estadsticos que nos permitirn determinar la

eficiencia del m$todo de secado.

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IMPORTANCIA DEL SECADO EN GENERAL

/a importancia del secado de los productos radica en que algunos productos que

en la mayora son agrcolas, preser#en y mejoren sus propiedades, dndoles

mayor #alor si $stos son para la e%portaci"n, o tambi$n mejorando la

prolongaci"n del tiempo de almacenamiento que necesitan, y reduciendo las

p$rdidas durante el mismo. &l proceso de secado se lle#a a cabo desde hace

miles de aos. &l prop"sito principal del secado, en el caso especfico de los

alimentos, es el de preser#arlos de la manera ms natural posible. &l secado

conlle#a a la deshidrataci"n en los alimentos, los cuales al no tener un contenido

de humedad significati#o inhibe el crecimiento bacteriano. /os alimentos

deshidratados adecuadamente pueden durar meses sin que su almacenamiento

refrigerado sea necesario. /os tratamientos de los productos son importantes,

como es el secado que es un tema de gran importancia, $ste se lo realiza en

alimentos, plantas, granos, etc., para e#itar la descomposici"n por enzimas o

fermentos, disminuir el #olumen, poder realizar el almacenamiento de granos,

facilitar el transporte, como parte de un proceso de producci"n, para lograr

homogeneidad de un producto, impide el desarrollo de microorganismos y

reacciones de o%idaci"n y de hidr"lisis. &n la cadena de transformaci"n y

conser#aci"n de productos el secado ocupa un lugar importante ya que se realizasobre un gran n2mero de productos. &l objeti#o de secar los productos es

conseguir un producto en las condiciones "ptimas de estabilidad, y mejorar sus

propiedades nutricionales y organol$pticas.

SECADO DE SLIDOS

+onsiste en separar pequeas cantidades de agua u otro lquido de un materials"lido con el fin de reducir el contenido de lquido residual hasta un #alor

aceptablemente mediante el aporte de calor. &l secado es habitualmente la etapa

final de una serie de operaciones. &s necesario conocer el proceso de secado

para as determinar las condiciones "ptimas del secado. &l secado es muy

importante en muchas industrias, las razones pueden ser una de $stas9

1acilitar el manejo posterior del producto

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(ermitir el empleo satisfactorio del mismo

'educir el costo del embarque

(reser#ar los productos durante el almacenamiento y transporte

*umentar el #alor o utilidad de productos residuales

PARMETROS INVOLUCRADOS EN EL SECADO

&l tiempo total de secado depende cantidad de humedad que tiene al principio los

pellets, la #elocidad de secado y el porcentaje de humedad deseado. * su #ez la

#elocidad de secado depende de la intensidad de la corriente del aire, de latemperatura del mismo y de la cantidad de pellets a secar, es ms rpida al inicio

pero luego #a disminuyendo a medida que a#anza el proceso. Se supone que un

buen conocimiento de factores que inter#ienen en el proceso de secado y su

control, se podr realizar un mejor manejo y utilizaci"n de las instalaciones para

obtener un proceso completamente eficiente. &s importante mencionar que en el

secado interact2an #arios factores que hacen posible que $ste proceso se lle#e a

cabo, la importancia de cada uno de ellos depende del material que se est

secando, tales como9

@ransferencia de calor

(rocesos psicom$tricos

*tm"sfera de secado

+ondiciones e%ternas

@ipos de grano

TRANSFERENCIA DE CALOR

@ransferencia de calor, en fsica, proceso por el que se intercambia energa en

forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo

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cuerpo que estn a distinta temperatura. &l calor se transfiere mediante

con#ecci"n, radiaci"n o conducci"n. *unque estos tres procesos pueden tener

lugar simultneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine

sobre los otros dos.

Mecanis!s "e #$ans%e$encia "e ca&!$

/a transferencia de calor siempre se produce del sistema de temperatura ms

ele#ada hacia el de temperatura ms baja. /a transferencia de calor se detiene

cuando los dos sistemas alcanzan la misma temperatura. /a energa no se

transfiere de un sistema de temperatura baja a otro de temperatura ms alta si no

se realiza trabajo.

Ca&!$.&l calor se define como la energa cin$tica total de todos los tomos o

mol$culas de una sustancia.

Tee$a#'$a./a temperatura es una medida de la energa cin$tica promedio

de los tomos y mol$culas indi#iduales de una sustancia.

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Fi,'$a 34 &squema de los mecanismos de transferencia de calor

/os mecanismos de transferencia de calor pueden ser9

@ransferencia de calor por conducci"n.

@ransferencia de calor por con#ecci"n

@ransferencia de calor por radiaci"n

C!n"'cci(n

&s un mecanismo de transferencia de calor, que se presenta a ni#el molecular y

por contacto de $ste, donde las mol$culas con mayor energa :mayortemperatura; ceden calor a los de menor energa :menor temperatura;, tal como

muestra la figura 7.

Fi,'$a 54 ecanismo de conducci"n

qB C ? dt

dx

Donde9

C +oeficiente de transferencia de calor por con#ecci"n en EF 8 m 6G

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dt

dx C 0radiente de temperatura en la direcci"n %

qBC 1lujo de calor por unidad de rea : ) 8 m7;

C!n)ecci(n

&s un mecanismo de transferencia de calor, que se presenta entre una superficie

y un fluido en mo#imiento, los que se encuentran a diferentes temperaturas.

&%isten dos tipos de con#ecci"n9

C!n)ecci(n na#'$a&4+uando el mo#imiento es producido por el cambio de

densidad que e%perimenta por las diferencia de temperaturas.

C!n)ecci(n %!$6a"a4+uando el mo#imiento es pro#ocado por un agentee%terno al sistema, lo cual pro#oca el mo#imiento del fluido.

Hste mecanismo se muestra en la figura =.

Fi,'$a 74 ecanismo de con#ecci"n

Tee$a#'$a "e +'&+! /8e"! 9#+/:

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&l mecanismo del secado a #elocidad constante est dado por la e#aporaci"n

desde una superficie liquida y la presencia del s"lido no afecta a este

mecanismo., Sin embargo, el s"lido puede alterar las propiedades de la

superficie liquida y con ello la #elocidad de e#aporaci"n es a #eces distinta a la

obtenida con el lquido puro. &ste efecto del s"lido es relati#amente pequeo y

habitualmente la reducci"n en la #elocidad de e#aporaci"n no es mayor del 75.

/a #elocidad de secado est determinada por la #elocidad de difusi"n del #apor a

tra#$s de la pelcula gaseosa que recubre la superficie del secado hacia la

corriente de gas, y una #ez alcanzado el equilibrio, con la presencia de una

cantidad relati#amente grande de gas de secado, las condiciones son

apro%imadamente las que definen la temperatura de bulbo h2medo. +ualquier

punto de la superficie tiende entonces a adquirir la temperatura del bulbo h2medo

correspondiente a la temperatura, humedad y cantidad del gas de secado. Si la

cantidad de gas y sus caractersticas en el punto dado permanecen constantes,

la temperatura superficial o de bulbo h2medo tambi$n es constante. De acuerdo

con ello la presi"n parcial y humedad en la superficie es tambi$n la presi"n

parcial de saturaci"n y la humedad de saturaci"n a la temperatura de bulbo

h2medo

Tee$a#'$a "e +'&+! sec! 9#+s:

&s la temperatura que marca un term"metro cuando se lo e%pone al aire

ambiente, siendo $ste una mezcla de aire y #apor de agua.

P'n#! "e $!c;! ! #ee$a#'$a "e sa#'$aci(n

&l punto de roco o temperatura de roco es la temperatura a la que empieza acondensarse el #apor de agua contenido en el aire, produciendo roco, neblina o,

en caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja, escarcha.

*'e"a" "e 'n s(&i"!

&s el peso de agua que acompaa a la unidad de peso de s"lido seco.

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*'e"a" "e e


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C!n#eni"! "e /'e"a" en &!s ,$an!s

&s la temperatura de la superficie de la especie a secar. &sta temperatura en el

secado y en sistemas considerados como aire?agua se lo considera igual a la

temperatura de bulbo h2medo del aire.

Ve&!ci"a" "e& ai$e

Otro factor muy importante es la #elocidad con la que ingrese el aire caliente, ya

que de esta tambi$n depender el tiempo de secado, el menos tiempo de

e%posici"n, es decir, mayor #elocidad, disminuye la eficacia del secado.

Tee$a#'$a "e seca"!

&n el secado de productos es importante realizar el estudio de los elementos

que componen estos productos y su comportamiento a diferentes temperaturaspara poder determinar la temperatura m%ima admisible para el secado sin que

$sta afecte en una mayor parte a sus componentes.

C'$)as "e seca"!

Son cur#as construidas a partir de datos e%perimentales que dan informaci"n

sobre la #elocidad de secado de un alimento bajo determinadas condiciones. Se

obtienen preferiblemente en un equipo que reproduzca lo ms fielmente posible

el equipo de proceso usando condiciones de aire que se asemejen a las que se

usan en el mismo. /a informaci"n obtenida de estas cur#as es 2til para

prop"sitos de9

&stimar el tamao del secador

&stablecer las condiciones de operaci"n

+alcular, estimar o a2n predecir el tiempo de secado

SELECCIN DEL SECADOR

Seca"!$es R!#a#!$i!s

/os secadores rotatorios al usados en su mayora para productos que no sean

frgiles sensibles al calor, es por ello que son los ms usados en la industria.

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+onsta de una coraza cilndrica, usualmente construida de plancha de acero,

dentro de la cual el material a secar ingresa por un lado y se descarga JsecoK del

otro, ya que poseen una cierta inclinaci"n que hace el desalojo ms fcil.

@ambi$n consta de una configuraci"n de aletas que le#antan el material para

secarlo como cascada. Di#ersos fabricantes de secadores tienen su propio

diseo patentado de aletas, aunque ya e%isten di#ersos grficos en donde se

obser#an dichas configuraciones. &l Secado puede ser directo o indirecto9

Seca"! Di$ec#!

&n este los gases calientes estn en flujo paralelo o contraflujo con respecto al

sentido de direcci"n del material. /a transferencia de calor es por con#ecci"n.

Fi,'$a =4 (artes de la coraza de un secador 'otatorio directo :+&

'aymond#arlletSno)+o.;

Seca"!$ R!#a#!$i! Di$ec#! en %&'0! a$a&e&!

&n este tipo de secador el material a secar a#anza paralelamente a los gases y

se lo utiliza principalmente para minerales, fertilizantes, pulpa de remolacha, los

concentrados de flotaci"n, el carb"n 8 coque, fosfatos, alimentos para animales,

el germen

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Fi,'$a >.

Secador

'otatorio en flujo paralelo

CAPITULO II. DISE1O

DETALLE DEL PROCESO DE SECADO

&l secado se produce por la energa entregada de los gases al producto y por el

arrastre de #apor e%trado, para luego obtener el material seco. (ara el

dimensionamiento de los sistemas que conforman el secador se los di#ide en9

Sistema motriz

&structura mecnica

Sistema t$rmico

* continuaci"n se hace un estudio de cada uno de los elementos mecnicos aseleccionar o dimensionar.

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COSTOS DE CONSTRUCCION DEL SECADOR DE TAMBOR ROTATORIO

MATERILES COSTO

(lancha1

16 gal#anizada : < m %

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DIAGRAMA.

CAPITULO III. CALCULOS Y RESULTADOS.

#.1.1 VARIABLES DE PROCESO

#.1.1.1 C$%&'%( )* %+ *%(&-)+) )* *&+)( / )*% 0-*2( )* *&+)(

2+3+ %( )-4*3*50* 2*3-()(

De acuerdo a la curva de velocidad de secado habr un periodo de velocidad de secado

constante y otro de velocidad de secado constante.

Per! C"#$%"$e A"$&'r$&'

1( P%r% '%)'*)%r )% +e)'&!%! '"#$%"$e ,%'e-# *# !e )% E'. 1.2.1.3/1

20

S ' A

$


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D"!e

'= Velocidad de secado constante

A= Superficie expuesta al secado

S= Solido seco

= Variacin de humedad en base seca

$= Variacin de tiempo de secado

D%$#

&"&'&%1 60 0.60

'r&$&'% 490.49

$1 0 ,

$2 1 , 60 -&"#

S 0.38148

A 0:6132 -2

21


23/35

2

S)*'&;"

Nc=S

A [ x t]

N=0.38148 kg

0.6132 [0.600.49600 ]

N=0.7589 kg

hm2

P%r% '%)'*)%r e) $&e-


24/35

2

,-2


25/35

?: @1: T1 ?: @2: T2

SOLIDO

SECADOR ROTATORIO

?AS

?#: TS1: 1 2: TS2: ?#

24

S)*'&;"

t1=S

A(XiXcN )

t1=0.3841 kg

0.132m2( 0.600.490.7589 )

t1=0.41h

#.1. CALCULOS PARA EL DISEO DEL SECADOR DE TUNEL

3.1.3.1CALCULO DE LA LON?ITUD

#.1.#.1.1 BALANCE DE MASA

Graf. Secador de ROTARIO

?# C%*!%) !e) #;)&! 0,38148 kg/h

1 =*-e!%! !e) #;)&! % )% e"$r%!% 0, 60

2 =*-e!%! !e) #)&! % )% #%)&!% 0, 49

@2 =*-e!%! !e) %&re % )% e"$r%!% 0,009 kg de H2O/kg de aire seco

T#1 Te-


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25

CT2 Te-


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BALANCE DE ENER?IA

=1e"$%1

Salida

=2#;1&!#%1&!%( C'%)=2 E0:65 D 0:13(G 48>C

. C

=2 37.44>'%

)

>

#.1.#.1.1. CALCULO DE LAS ENTALPIAS DEL AIRE

3n las entalpias del aire se utili2ara la 3c: &.#.*4-

3ntrada

=2E%&re e"$r%!%( E0:24 D 0:46@2($2 D 597:2@2

=2 0:24 0:46 0:009(( 90 597:2 0:009(

=2 27:34


28/35

>'%) >


29/35

66

Salida

=1%&re#%1&!%( 0:24 0:46@1($1

597:2@1 =1 E0:24 D 0:46@1(50 D

597:2@1

=1 12 620:2@1

3l clculo de la cantidad necesaria de aire y su humedad de salida se efect5a por

aplicacin de un balance simultneo de materia y ener(a con 6=!" pues no hay p7rdidas

de calor:

=1e"$%1


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CONCLUSIONES

Despu$s del proceso de diseo y prueba de maquina se concluy" que se logr" el

objeti#o satisfactoriamente de reducir la humedad presente en la haba dando un

resultado positi#o.

/a mquina cumple clon los requerimientos establecidos, se logr" un equipo

funcional y de bajo ruido de fcil operaci"n.

/a operaci"n y el mantenimiento del equipo es muy sencillo, solo requiere tomar

todas las precauciones de seguridad mencionada en el manual del usuario para

e#itar accidentes.


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'&+O&!D*+I-!&s recomendable que el equipo se encuentre operando en un lugar con

#entilaci"n para e#itar la recirculaci"n de aire caliente y arrastres de humedad.

!o es recomendable sobrepasar los parmetros de diseo y funcionamiento

durante el proceso de secado como son temperatura, tiempo, cantidad y tipo de

producto, ya que puede ocasionar el deterioro en las propiedades del producto y

el funcionamiento del equipo.

&s necesario mantener todas las precauciones, como un mantenimiento

pertinente para e#itar problemas de deterioro y mal funcionamiento del equipo


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I/IO0'*1I*

http988repositorio.uis.edu.co8jspui8bitstream8


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ANE2OS


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