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AO DE LA UNIN NACIONAL FRENTE A LAS CRISIS EXTERNA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA QUMICAASIGNATURA TEMA DOCENTE CICLO ALUMNO : Laboratorio de Operaciones Unitarias : Secador de Bandejaa. : Ing. Jimnez Escobedo Manuel : VII : JAMANCA ANTONIO, Edgar Martin

HUACHO PER

Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambientalndice

ndice ..................................................................................................................................................... 2 Resumen ................................................................................................................................................ 4 SECADOR DE BANDEJAS .......................................................................................................................... 4 Introduccin ....................................................................................................................................... 4 Fundamento Terico ........................................................................................................................... 4 Operacin de Secado....................................................................................................................... 4 La Humedad ................................................................................................................................... 5 La Carta Psicromtrica .................................................................................................................... 6 Cintica de Secado ........................................................................................................................ 12 Mecanismo de Secado: Transferencia Simultnea de Calor y Masa ................................................ 14 Equipos para el secado .................................................................................................................. 14 Seccin Experimental ........................................................................................................................ 15 Equipo y Materiales Empleados ..................................................................................................... 15 Metodologa Experimental ............................................................................................................ 15 Tabulacin de Datos Experimentales Recolectados ........................................................................ 16 Resultados ........................................................................................................................................ 18 Velocidad Mxima, Velocidad Promedio, Nmero de Reynolds y el Flujo Msico del aire utilizado. ....................................................................................................................................... 18 Humedad Libre, Humedad Base Seca (X)........................................................................................ 18 Humedad Crtica y Humedad en Equilibrio ..................................................................................... 19 Velocidad de Secado N .................................................................................................................. 19 Tiempo de Periodos....................................................................................................................... 20 Propiedades Psicromtricas........................................................................................................... 21 Calor Pre-Calefaccin y Recalentamiento....................................................................................... 24 Coeficientes hc y hy ....................................................................................................................... 24 Anlisis y Discusin de Resultados ..................................................................................................... 24 Conclusiones ..................................................................................................................................... 25 Recomendaciones ............................................................................................................................. 25 Nomenclatura................................................................................................................................... 25 Referencias Bibliogrficas ................................................................................................................. 25 Apndice .............................................................................................................................................. 26 Ejemplo de Clculos .......................................................................................................................... 26

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalAire Utilizado ................................................................................................................................ 26 Deduccin de Ecuaciones .................................................................................................................. 29 Velocidad Mxima ........................................................................................................................ 29 Velocidad Promedio ...................................................................................................................... 29 Carta Psicromtrica....................................................................................................................... 29 Tablas adicionales, grficos y figuras varias ...................................................................................... 31 X vs T ............................................................................................................................................ 31 N vs X............................................................................................................................................ 31 (1/N) vs X ...................................................................................................................................... 32 Tabla de propiedades del aire y glicerina: ...................................................................................... 32 Carta Psicromtrica....................................................................................................................... 33 Cuestionario ..................................................................................................................................... 34

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalResumenEl siguiente informa muestra la operacin unitaria de secado, en este caso el secado de la cascara de naranja, que manifiesta una humedad de 60%. En la operacin se usan como base la teora para demostrar cuantitativamente el comportamiento de las propiedades psicromtricas del aire hmedo, como tambin la humedad que est perdiendo el material y por ltimo la cintica del secado.

SECADOR DE BANDEJAS IntroduccinPor lo general, el trmino secado se refiere a la eliminacin de humedad en una sustancia. Se aplica tan fcil e incongruentemente que es necesario restringir su significado en el anlisis presente del tema. Por ejemplo, un slido hmedo, como madera, tela o papel, puede secarse por evaporacin de la humedad ya sea en una corriente de gas o sin el beneficio del gas para acarrear el vapor; sin embargo, generalmente no se considera como secado la eliminacin mecnica de esta humedad mediante el exprimido o centrifugado. Una solucin puede secarse esparcindola en forma de pequeas gotas en un gas caliente y seco, lo que provoca la evaporacin del lquido; empero, la evaporacin de la solucin mediante ebullicin en ausencia de un gas para arrastrar la humedad por lo comn se considera una operacin de secado.

Fundamento Terico Operacin de Secado FundamentosEl secado es un fenmeno 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 partcula dependen de su estructura y de los parmetros 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 partcula. Se utiliza un secadero de bandejas para procesar productos con diferentes caractersticas 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 cmara de secado permitiendo que el aire pase sobre l en flujo turbulento. Durante las experiencias, se llevan a cabo mediciones de la temperatura del producto, su peso y humedad y temperatura del aire.

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalFinalmente, el material debe ser colocado en una estufa de vaco para conocer su peso seco final. La operacin del secado se fundamenta con las propiedades el aire hmedo y tambin con las propiedades de la carta psicomtrica.

La Humedad ConceptoSe denomina humedad ambiental a la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Se puede expresar de forma absoluta mediante la humedad absoluta, o de forma relativa mediante la humedad relativa o grado de humedad. La humedad relativa es la relacin porcentual entre la cantidad de vapor de agua real que contiene el aire y la que necesitara contener para saturarse a idntica temperatura, por ejemplo, una humedad relativa del 70% quiere decir que la totalidad de vapor de agua (el 100%) que podra contener el aire a esta temperatura, solo tiene el 70%.

TiposContenido de humedad, base seca: x

Contenido de humedad, base hmeda:

HUMEDAD DE EQUILIBRIO: x*, Humedad del slido cuando su presin de vapor se iguala a la presin de vapor del gas. Es decir, humedad del slido cuando est en equilibrio con el gas. HUMEDAD LIBRE: x- x*, Es la humedad del slido; que es la humedad que est en exceso con relacin a la humedad de equilibrio. Es sta la humedad que se puede evaporar y depende de la concentracin de vapor en la corriente gaseosa. HUMEDAD ABSOLUTA La humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Se expresa en gramos de agua por unidad de volumen (g/m). A mayor temperatura, mayor es la cantidad de vapor de agua que permite acumular el aire. HUMEDAD ESPECFICA La humedad especfica es la cantidad de vapor de agua contenido en el aire medido en gramos de vapor por kilogramo de aire hmedo (g/kg). HUMEDAD RELATIVA La humedad relativa es la humedad que contiene una masa de aire, en relacin con la mxima humedad absoluta que podra admitir sin producirse condensacin, conservando las mismas

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambientalcondiciones de temperatura y presin atmosfrica. Esta es la forma ms habitual de expresar la humedad ambiental. Se expresa en tanto por ciento (%).

Donde: Es la presin parcial de vapor de agua en la mezcla de aire; Es la presin de saturacin de vapor de agua a la temperatura en la mezcla de aire; y Es la humedad relativa de la mezcla de aire que se est considerando. Existen otras definiciones como humedad lmite; que es la humedad del slido que ejerce una presin de vapor de equilibrio menos que aquella que ejerce el lquido puro a la misma temperatura y la humedad no lmite que es la humedad del slido que ejerce una presin de vapor igual a la del lquido puro a la misma temperatura.

La Carta Psicromtrica DescripcinUna carta psicomtrica, es una grfica de las propiedades del aire, tales como temperatura, hr, volumen, presin, etc. Las cartas psicomtricas se utilizan para determinar, cmo varan estas propiedades al cambiar la humedad en el aire. Aunque las tablas psicomtricas son ms precisas, el uso de la carta psicomtrica puede ahorrarnos mucho tiempo y clculos, en la mayora de los casos donde no se requiere una extremada precisin.

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalComo se mencion al inicio de este prrafo, la carta psicromtrica es una grfica que es trazada con los valores de las tablas psicromtricas; por lo tanto, la carta psicromtrica puede basarse en datos obtenidos a la presin atmosfrica normal al nivel del mar, o puede estar basada en presiones menores que la atmosfrica, o sea, para sitios a mayores alturas sobre el nivel del mar. Existen muchos tipos de cartas psicromtricas, cada una con sus propias ventajas. Algunas se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunas para el rango de media temperatura y otras para el rango de alta temperatura. A algunas de las cartas psicromtricas se les ampla su longitud y se recorta su altura; mientras que otras son ms altas que anchas y otras tienen forma de tringulo. Todas tienen bsicamente la misma funcin; y la carta a usar, deber seleccionarse para el rango de temperaturas y el tipo de aplicacin.

Propiedades1. Temperatura de Bulbo Seco.- En primer trmino, tenemos la temperatura de bulbo seco. Como ya sabemos, es la temperatura medida con un termmetro ordinario. Esta escala es la horizontal (abcisa), en la parte baja de la carta, segn se muestra en la figura. Las lneas que se extienden verticalmente, desde la parte baja hasta la parte alta de la carta, se llaman lneas de temperatura de bulbo seco constantes, o simplemente lneas de bulbo seco. Son constantes porque cualquier punto a lo largo de una de estas lneas, corresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en la escala de la parte baja. Por ejemplo, en la lnea de 40 C, cualquier punto a lo largo de la misma, corresponde a la temperatura de bulbo seco de 40 C.

2. Temperatura de Bulbo Hmedo.- Es la segunda propiedad del aire de nuestra carta psicromtrica. Corresponde a la temperatura medida con un termmetro de bulbo hmedo.

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalComo ya se explic en la seccin anterior, es la temperatura que resulta cuando se evapora el agua de la mecha, que cubre el bulbo de un termmetro ordinario. La escala de temperaturas de bulbo hmedo, es la que se encuentra del lado superior izquierdo, en la parte curva de la carta psicromtrica, como se muestra en la figura. Las lneas de temperatura de bulbo hmedo constantes o lneas de bulbo hmedo, corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, en un ngulo de aproximadamente 30 C de la horizontal. Tambin se les dice constantes, porque todos los puntos a lo largo de una de estas lneas, estn a la misma temperatura de bulbo hmedo.

3. Temperatura de Punto de Roco.- Es otra propiedad de aire incluida en una carta psicromtrica. Esta es la temperatura a la cual se condensar la humedad sobre una superficie. La escala para las temperaturas de punto de roco es idntica que la escala para las temperaturas de bulbo hmedo; es decir, es la misma escala para ambas propiedades. Sin embargo, las lneas de la temperatura de punto de roco, corren horizontalmente de izquierda a derecha, como se ilustra en la figura 13.14, no en forma diagonal como las de bulbo hmedo. Cualquier punto sobre una lnea de punto de roco constante, corresponde a la temperatura de punto de roco sobre la escala, en la lnea curva de la carta.

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4. Humedad Relativa.- En una carta psicromtrica completa, las lneas de humedad relativa constante, son las lneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia la derecha. Se expresan siempre en porciento, y este valor se indica sobre cada lnea. Como ya hicimos notar previamente, la temperatura de bulbo hmedo y la temperatura de punto de roco, comparten la misma escala en la lnea curva a la izquierda de la carta. Puesto que la nica condicin donde la temperatura de bulbo hmedo y el punto de roco, son la misma, es en condiciones de saturacin; esta lnea curva exterior, representa una condicin de saturacin o del 100% de humedad relativa. Por lo tanto, la lnea de 100% de hr, es la misma que la escala de temperaturas de bulbo hmedo y de punto de roco. Las lneas de hr constante, disminuyen en valor al alejarse de la lnea de saturacin hacia abajo y hacia la derecha, como se ilustra en la figura.

5. Humedad Absoluta.- La humedad absoluta, es el peso real de vapor de agua en el aire. Tambin se le conoce como humedad especfica. La escala de la humedad absoluta, es la escala Laboratorio de Operaciones Unitarias Pgina 9

Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambientalvertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de la carta psicromtrica, como se indica en la figura. Los valores de esta propiedad se expresan, como ya sabemos, en gramos de humedad por kilogramo de aire seco (g/kg), en el sistema internacional, y en granos por libra (gr/lb), en el sistema ingls. Las lneas de humedad absoluta, corren horizontalmente de derecha a izquierda, y son paralelas a las lneas de punto de roco y coinciden con stas. As pues, podemos ver que la cantidad de humedad en el aire, depende del punto de roco del aire. A continuacin, veremos algunos ejemplos sencillos del uso de la carta psicromtrica, con las cinco propiedades fsicas descritas hasta este punto. Luego, veremos las dems propiedades que faltan por estudiar. Como se mencion anteriormente, conociendo dos de estas propiedades del aire, se pueden determinar las dems con el uso de la carta psicromtrica.

6. Entalpa.- Las lneas de entalpa constantes en una carta psicromtrica, son las que se muestran en la figura. Debe notarse que estas lneas, son meramente extensiones de las lneas de bulbo hmedo; puesto que el calor total del aire, depende de la temperatura de bulbo hmedo. La escala del lado izquierdo lejana a la lnea curva, da el calor total del aire en kJ/kg (kilojoules por kilogramo) de aire seco, en el sistema internacional o en btu/lb de aire seco, en el sistema ingls. Esta escala aumenta de -6 kJ/kg a la temperatura de -10oC de bulbo hmedo, hasta aproximadamente 115 kJ/kg a 33oC de bulbo hmedo.

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7. Volumen Especfico.- En la figura 13.19, se muestran las lneas del volumen especfico constante en una carta psicromtrica. Estas lneas estn en un ngulo aproximado de 60 C con la horizontal, y van aumentando de valor de izquierda a derecha. Por lo general, el espacio entre cada lnea, representa un cambio de volumen especfico de 0.05 m/kg. Cualquier punto que caiga entre dos de estas lneas, naturalmente debe ser un valor estimado. Si se desea saber la densidad del aire a cualquier condicin, como ya sabemos, se debe dividir uno entre el volumen especfico, puesto que la densidad es la inversa del volumen especifico y viceversa. Debido a que la mayora de los clculos en trabajos de aire acondicionado, se basan en el peso del aire en lugar del volumen de aire, se recomienda el uso del volumen especfico (m/kg de aire) en vez de la densidad (kg/m de aire). Ahora, echemos un vistazo a la carta psicromtrica de la figura 13.11. Su constitucin consiste de la sobreimposicin de las siete propiedades descritas, ocupando la misma posicin relativa sobre la carta. En la descripcin de cada una de las siete propiedades, se defini la lnea constante como una lnea que puede contener un nmero infinito de puntos, cada uno a la misma condicin; esto es, si fusemos a trazar una sola condicin del aire, tal como la temperatura del bulbo seco sobre la carta psicromtrica, sta podra caer en cualquier punto sobre la lnea constante, correspondiente a esa temperatura de bulbo seco.

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Cintica de Secado ConceptoSe refiere a todo lo concerniente con la velocidad y tiempo de secado. Con el fin de fijar horarios de secado y determinar el tamao del equipo, es necesario saber el tiempo que se requerir para secar una sustancia a partir de un contenido de humedad a otro en condiciones especficas. Tambin se desea calcular el efecto que tendrn las diferentes condiciones de secado en el tiempo del secado. El conocimiento del mecanismo de secado es tan incompleto que, salvo pocas excepciones, es necesario con este fin confiar al menos en algunas mediciones experimentales. Las mediciones de la rapidez del secado por lotes son relativamente fciles y proporcionan mucha informacin no slo para la operacin por lotes sino tambin para la continua.

PeriodosI- Perodo Inicial: la evaporacin ocurre como desde una superficie libre y, usualmente, la temperatura incrementa desde su valor inicial (To) hasta la temperatura de bulbo hmedo del aire (Twb). En algunos casos, cuando la temperatura del producto es mayor que la correspondiente temperatura de bulbo hmedo del aire, el producto disminuye su temperatura. Este perodo inicial dura pocos minutos. (Xo: contenido de humedad inicial). II- Perodo de velocidad constante (Nwc): durante este perodo el secado an se lleva a cabo por evaporacin de la humedad desde una superficie saturada (evaporacin desde una superficie libre) y el material permanece a Twb. La mayora de los productos alimenticios no exhiben un perodo de velocidad de secado constante. III- Primer perodo de velocidad descendiente: El contenido de humedad al final del perodo de velocidad constante es el contenido de humedad crtico (Xcr). En este punto la superficie del slido 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 perodo, 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 slido. Laboratorio de Operaciones Unitarias Pgina 12

Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalIV- Segundo perodo de velocidad descendente: Este perodo representa las condiciones correspondientes a una velocidad de secado totalmente independiente de las condiciones externas. La transferencia de humedad puede ocurrir por una combinacin de difusin de lquido, movimiento capilar, y difusin de vapor. La temperatura del producto se acerca a la temperatura de bulbo seco (Tg) y el contenido de humedad se aproxima asintticamente al valor de equilibrio (Xe). Los mecanismos I y II siguen la ley de transferencia de calor y masa para un objeto totalmente hmedo. Los mecanismos III y IV siguen la segunda ley de difusin 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.

FIGURA 1. REPRESENTACIN ESQUEMTICA DE LOS PERODOS DE LA VELOCIDAD DE SECADO. (X: CONTENIDO DE HUMEDAD; NW: VELOCIDAD DE SECADO; T: TEMPERATURA)

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalMecanismo de Secado: Transferencia Simultnea de Calor y MasaUn elemento fundamental en el proceso de secado es el estudio de la intensidad de la trasferencia de masa en el mismo. Para esto es necesario conocer los elementos ms tiles de la transferencia de calor y masa que funcionen en los secaderos de contacto directo. Las condiciones externas estn definidas por la resistencia a la transferencia de calor y de masa de la capa lmite del gas, y en el caso que predominen, el secado no depender de las caractersticas del slido sino de las condiciones del gas, y estar controlado por la transferencia de masa y calor entre el gas y la superficie del slido, emplendose en la evaporacin todo el calor que se recibe del gas, la cual se comporta como una superficie libre de agua. Las condiciones internas estn definidas, por la transferencia de calor y de masa a travs del slido. En el caso que predominen, es decir, que la resistencia a la transferencia de masa a travs del material sea muy superior a la de la capa lmite del gas, la difusin interna controlar el proceso y lo ms importante ser las propiedades del slido. Cuando se seca un slido se producen dos procesos fundamentales y simultneos: - Transmisin del calor para evaporar el lquido. - Transferencia de masa en humedad interna y lquido evaporado. Independientemente del mecanismo de transmisin de calor el cual puede ser por conduccin, conveccin, radiacin o una combinacin de cualquiera de estos, el calor tiene que pasar primero a la superficie exterior y desde esta al interior del slido. Excepto el secado por electricidad de alta frecuencia, que genera el calor intercambiante, esto conduce a la circulacin de calor desde el interior hasta la superficie exterior. Tambin se ha reportado otro tipo de secado llamado secado por sublimacin. En el secado por conveccin el calor necesario para la evaporacin del lquido se transmite por un agente gaseoso o un vapor que pasa por encima del slido o lo atraviesa. En el secado por conduccin el producto que debe secarse se encuentra en recipientes calentado o se desplaza por encima de estos. El calor tambin se difunde en el slido a travs de la conductividad del propio slido. En el secado por radiacin el calor se transmite por las superficies radiantes prximas. En el secado dielctrico la energa es generada en el interior del propio material mediante un campo electromagntico de alta frecuencia en la zona de microondas.

Equipos para el secado TiposDe acuerdo a la clasificacin de la operacin de secado encontramos los siguientes tipos de equipos: SECADEROS DE CALENTAMIENTO DIRECTO. a) Equipos discontinuos

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambiental Secaderos de bandejas con corriente de aire. Secaderos de cama fluidizada. Secaderos con circulacin a travs del lecho slido. b) Equipos continuos Secaderos de tnel. Secaderos neumticos. Secaderos ciclnicos. Secaderos de cama chorreada. Secaderos de cama vibratoria. Secadero de cama fluidizada. Secaderos sprays. Secaderos de tipo turbina. Secaderos rotatorios. SECADEROS DE CALENTAMIENTO INDIRECTO: a) Equipos discontinuos. Secaderos de bandejas a vaco. Secaderos de bandejas a presin atmosfrica. Secaderos por congelacin. b) Equipos continuos. Secaderos de tambor. Secaderos con circulacin a travs del lecho.

Seccin Experimental Equipo y Materiales Empleados EquiposCmara de secado Tablero de control Ventilador Balanza digital Manmetro diferencial (glicerina)

Materiales1 cronometro 1termometro 1 bandeja o recipiente donde se colocara el material a secar Material a secar (cascara de naranja)

Metodologa Experimental Experimento A: Producir las curvas caractersticas operacionales para un material solido hmedo, a la temperatura de secado constante y humedades (inicial y final) establecidas Experimento B: investigar la influencia del tamao de partculas de un material solido hmedo al ser secado. Laboratorio de Operaciones Unitarias Pgina 15

Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambiental Experimento C: Investigar la influencia del flujo de aire en la velocidad de secado de un material hmedo. Para cualquiera de los casos citados, se sigue el procedimiento siguiente: Encender el ventilador (soplador de aire): a continuacin, determinar en el manmetro la cada de presin mxima del sistema, cerrando el dmper de tubera principal y abriendo el dmper en tubo secundario. Con esta informacin, establecer el flujo de aire necesario; que debe permanecer constante regulando la posicin de los dmperes primarios y secundarios. Encender el sistema calefactor de aire, utilizando el controlador fijar a una temperatura establecida. Determinar las temperaturas de entrada y salida de la cmara de secado, hasta llegar a condiciones de estado estacionario (aproximadamente demora 20-30 minutos), alcanzando la temperatura de equilibrio recin se proceder a cargar el material a secar. Preparar el material a secar. Pesar una cantidad significativa del material, limpio y tamizado. La capacidad mxima de la balanza digital es de 1.00 kg. Si el material esta completamente seco, debe humedecerse con agua en una proporcin 15-20% del peso total y mezclar hasta homogenizacin, posteriormente se esparce uniformemente en la bandeja experimental. Finalmente debe introducir la bandeja con el material hmedo al secador, previamente calentado. Registrar datos experimentales, con intervalos definido cada 3-5-6 minutos proceder a pesar la muestra, anotar valores de tiempo transcurrido y masa hmeda. Simultneamente registrar temperatura de bulbo seco y bulbo hmedo del aire, a la entrada y salida del secador. Tambin variacin del manmetro, para calcular la velocidad del aire ingresado. La temperatura dentro de la cmara de secado deber mantenerse constante (en funcin del controlador). Se recomienda trabajar con bastante cuidado para obtener precisin de los datos experimentales a recopilarse durante la prueba. Por lo tanto, debe tenerse preparado toda la instrumentacin (cronometro, termmetro, hoja de datos, etc.). UNA VEZ INICIADO EL EXPERIMENTO NO HAY RETORNO Terminado el trabajo experimental, APAGAR PRIMERO EL SISTEMA DE CALEFACCION ELECTRICA, despus de 3 minutos apagar el ventilador.

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Tabulacin de Datos Experimentales RecolectadosTABLA N1 - DATOS DE LA MUESTRA INICIAL

Muestra sola (gr) Gancho (gr) Bandeja usada (gr) Madera Peso total de la muestra

100 1.4 58.2 66.8 226.4

Humedad promedio: 60 Muestra Seca. 40 Humedad: 4.5

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalTABLA N2 - DATOS DE LA MUESTRA FINAL

Pesada final Muestra sola inicial(gr) Muestra seca sola fina (gr) Cantidad de humedad perdida (g) rea

100 44.8 55.2 0.0082

TABLA N3 - DATOS DE LA OPERACIN DE SECADO

Dato N

Tiempo (min)

Peso total Muestra Sola (g) (g) 226.4 219.8 213.2 206.6 200.0 196.8 194.1 190.2 188.4 184.6 183.0 181.8 179.8 178.0 176.8 176.0 175.4 174.2 173.4 172.0 171.6 171.6 171.2 171.2 171.2 171.2 171.2 100.0 93.4 86.8 80.2 73.6 70.4 67.7 63.8 62.0 58.2 56.6 55.4 53.4 51.6 50.4 49.6 49.0 47.8 47.0 45.6 45.2 45.2 44.8 44.8 44.8 44.8 44.8

Temperatura de Cmara

Temperatura del aire

Altura

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

45.0 44.8 45.0 45.1 45.1 44.8 44.2 44.1 44.1 44.5 44.7 45.0 44.6 44.5 44.2 44.2 44.6 44.2 44.0 44.5 44.1 44.6 45.0 45.4 45.2 45.0 44.5

Tbs Tbh Tbs Tbh (cm) Entrada Entrada Salida Salida 25 21 41 31 12 25 23 40 30 12 24 22 41 30 12 24 23 40 30 12 26 22 39 30 12 25 22 40 30 12 25 23 41 30 12 24 22 41 30 12 25 23 41 30 12 25 21 41 30 12 25 22 41 30 12 26 22 41 30 12 26 22 41 31 12 25 22 41 32 12 26 22 41 31 12 26 21 40 30 12 26 22 41 30 12 25 23 39 30 12 26 21 40 30 12 26 23 40 32 12 25 21 41 30 12 25 21 41 30 12 25 23 41 32 12 26 23 41 30 12 26 23 41 32 12 25 22 39 31 12 26 23 40 32 12

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalResultados Velocidad Mxima, Velocidad Promedio, Nmero de Reynolds y el Flujo Msico del aire utilizado. La variacin de la presin para cada caso de abertura del dmper principal

La velocidad mxima

El resultado de velocidades promedio

Flujo msico de aire usado

Nmero de Reynolds

Humedad Libre, Humedad Base Seca (X)TABLA N4 - DATOS DE LA HUMEDAD DE LA MUESTRA

N Dato 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tiempo (min) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Peso Muestra (g) 100.0 93.4 86.8 80.2 73.6 70.4 67.7 63.8 62.0 58.2 56.6 55.4 53.4

Peso Muestra (Kg) 0.1000 0.0934 0.0868 0.0802 0.0736 0.0704 0.0677 0.0638 0.0620 0.0582 0.0566 0.0554 0.0534

Humedad Libre (Kg Agua) 0.0552 0.0486 0.0420 0.0354 0.0288 0.0256 0.0229 0.0190 0.0172 0.0134 0.0118 0.0106 0.0086

H. Base Seca (X) (Kg Agua/Kg M.S.) 1.3800 1.2150 1.0500 0.8850 0.7200 0.6400 0.5725 0.4750 0.4300 0.3350 0.2950 0.2650 0.2150Pgina 18

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambiental13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 51.6 50.4 49.6 49.0 47.8 47.0 45.6 45.4 45.2 44.8 44.8 0.0516 0.0504 0.0496 0.0490 0.0478 0.0470 0.0456 0.0454 0.0452 0.0448 0.0448 0.0068 0.0056 0.0048 0.0042 0.0030 0.0022 0.0008 0.0006 0.0004 0.0000 0.0000 0.1700 0.1400 0.1200 0.1050 0.0750 0.0550 0.0200 0.0150 0.0100 0.0000 0.0000

Humedad Crtica y Humedad en EquilibrioLa humedad crtica se deduce grficamente:

La humedad de equilibrio se halla:

Velocidad de Secado NTABLA N5 - VELOCIDAD DE SECADO

i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

t (min) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

t(h) 0.000 0.083 0.167 0.250 0.333 0.417 0.500 0.583 0.667 0.750 0.833 0.917 1.000 1.083 1.167 1.250 1.333

X 1.3800 1.2150 1.0500 0.8850 0.7200 0.6400 0.5725 0.4750 0.4300 0.3350 0.2950 0.2650 0.2150 0.1700 0.1400 0.1200 0.1050

N=-(dX/dt) 1.98795 1.98795 1.98795 1.98795 1.47590 0.99398 0.99398 0.85843 0.84337 0.81325 0.57229 0.57229 0.57229 0.45181 0.30120 0.21084 0.21084

R 9.6973 9.6973 9.6973 9.6973 7.1995 4.8487 4.8487 4.1875 4.1140 3.9671 2.7917 2.7917 2.7917 2.2039 1.4693 1.0285 1.0285

1/N 0.5030 0.5030 0.5030 0.5030 0.6776 1.0061 1.0061 1.1649 1.1857 1.2296 1.7474 1.7474 1.7474 2.2133 3.3200 4.7429 4.7429Pgina 19

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambiental17 18 19 20 21 22 85 90 95 100 105 110 1.417 1.500 1.583 1.667 1.750 1.833 0.0750 0.0550 0.0200 0.0150 0.0100 0.0000 0.21084 0.21084 0.15600 0.15600 0.15060 0.15060 1.0285 1.0285 0.7610 0.7610 0.7346 0.7346 4.7429 4.7429 6.4103 6.4103 6.6401 6.6400

Tiempo de Periodos Periodo de velocidad constante

Periodo de velocidad decreciente

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalPropiedades Psicromtricas EntradaTABLA N6 - PROPIEDADES PSICROMTRICAS DEL AIRE HUMEDO DE ENTRADA

Dato N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

TBS (C) 25 25 25 24 26 25 25 24 25 25 25 26 26 25 26 26 26 25 26 26

TBH (C) 21 23 23 23 22 22 23 22 23 21 22 22 22 22 22 21 22 23 21 23

Pv* BS (atm) 23.76 23.76 23.76 22.38 25.21 23.76 23.76 22.38 23.76 23.76 23.76 25.21 25.21 23.76 25.21 25.21 25.21 23.76 25.21 25.21

Pv* BH (atm) 18.65 21.07 21.07 21.07 19.83 19.83 21.07 19.83 21.07 18.65 19.83 19.83 19.83 19.83 19.83 18.65 19.83 21.07 18.65 21.07

Pv (atm) 16.65 20.07 20.07 20.57 17.83 18.33 20.07 18.83 20.07 16.65 18.33 17.83 17.83 18.33 17.83 16.15 17.83 20.07 16.15 19.57

Y(Kg Agua/Kg A.S)

Ym(mol Agua/Mol A.S.)

HR 0.70 0.84 0.84 0.92 0.71 0.77 0.84 0.84 0.84 0.70 0.77 0.71 0.71 0.77 0.71 0.64 0.71 0.84 0.64 0.78

HP (%) 0.69 0.84 0.84 0.92 0.70 0.77 0.84 0.84 0.84 0.69 0.77 0.70 0.70 0.77 0.70 0.63 0.70 0.84 0.63 0.77

0.0139 0.0169 0.0169 0.0173 0.0149 0.0154 0.0169 0.0158 0.0169 0.0139 0.0154 0.0149 0.0149 0.0154 0.0149 0.0135 0.0149 0.0169 0.0135 0.0164

0.0224 0.0271 0.0271 0.0278 0.0240 0.0247 0.0271 0.0254 0.0271 0.0224 0.0247 0.0240 0.0240 0.0247 0.0240 0.0217 0.0240 0.0271 0.0217 0.0264

V (m3 /Kg A.S.) 0.8631 0.8671 0.8671 0.8648 0.8674 0.8651 0.8671 0.8628 0.8671 0.8631 0.8651 0.8674 0.8674 0.8651 0.8674 0.8654 0.8674 0.8671 0.8654 0.8694

c (KJ/Kg A.S.C) 1.0312 1.0369 1.0369 1.0377 1.0331 1.0340 1.0369 1.0348 1.0369 1.0312 1.0340 1.0331 1.0331 1.0340 1.0331 1.0304 1.0331 1.0369 1.0304 1.0360

i (KJ/Kg A.S.) 60.5745 68.0567 68.0567 68.1187 64.1814 64.2413 68.0567 64.3010 68.0567 60.5745 64.2413 64.1814 64.1814 64.2413 64.1814 60.5167 64.1814 68.0567 60.5167 67.9945

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambiental20 21 22 23 24 25 26 SalidaTABLA N7 - PROPIEDADES PSICROMTRICAS DEL AIRE HUMEDO DE SALIDA

25 25 25 26 26 25 26

21 21 23 23 23 22 23

23.76 23.76 23.76 25.21 25.21 23.76 25.21

18.65 18.65 21.07 21.07 21.07 19.83 21.07

16.65 16.65 20.07 19.57 19.57 18.33 19.57

0.0139 0.0139 0.0169 0.0164 0.0164 0.0154 0.0164

0.0224 0.0224 0.0271 0.0264 0.0264 0.0247 0.0264

0.70 0.70 0.84 0.78 0.78 0.77 0.78

0.69 0.69 0.84 0.77 0.77 0.77 0.77

0.8631 0.8631 0.8671 0.8694 0.8694 0.8651 0.8694

1.0312 1.0312 1.0369 1.0360 1.0360 1.0340 1.0360

60.5745 60.5745 68.0567 67.9945 67.9945 64.2413 67.9945

Dato N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

TBS (C) 41 40 41 40 39 40 41 41 41 41 41 41 41

TBH (C) 31 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 31

Pv* BS (atm) 58.34 55.32 58.34 55.32 52.44 55.32 58.34 58.34 58.34 58.34 58.34 58.34 58.34

Pv* BH (atm) 33.70 31.82 31.82 31.82 31.82 31.82 31.82 31.82 31.82 31.82 31.82 31.82 33.70

Pv (atm) 28.7 26.82 26.32 26.82 27.32 26.82 26.32 26.32 26.32 26.32 26.32 26.32 28.7

Y(Kg Agua/Kg A.S)

Ym(mol Agua/Mol A.S.)

HR 0.49 0.48 0.45 0.48 0.52 0.48 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.49

HP (%) 0.47 0.47 0.43 0.47 0.50 0.47 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43 0.43 0.47

0.0244 0.0227 0.0223 0.0227 0.0232 0.0227 0.0223 0.0223 0.0223 0.0223 0.0223 0.0223 0.0244

0.0392 0.0366 0.0359 0.0366 0.0373 0.0366 0.0359 0.0359 0.0359 0.0359 0.0359 0.0359 0.0392

V (m /Kg A.S.) 0.9244 0.9191 0.9214 0.9191 0.9168 0.9191 0.9214 0.9214 0.9214 0.9214 0.9214 0.9214 0.92443

c (KJ/Kg A.S.C) 1.0514 1.0482 1.0473 1.0482 1.0490 1.0482 1.0473 1.0473 1.0473 1.0473 1.0473 1.0473 1.0514

i (KJ/Kg A.S.) 104.0700 98.7515 98.6677 98.7515 98.8352 98.7515 98.6677 98.6677 98.6677 98.6677 98.6677 98.6677 104.0700

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambiental13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 41 41 40 41 39 40 40 41 41 41 41 41 39 40 32 31 30 30 30 30 32 30 30 32 30 32 31 32 58.34 58.34 55.32 58.34 52.44 55.32 55.32 58.34 58.34 58.34 58.34 58.34 52.44 55.32 35.66 33.70 31.82 31.82 31.82 31.82 35.66 31.82 31.82 35.66 31.82 35.66 33.70 35.66 31.16 28.7 26.82 26.32 27.32 26.82 31.66 26.32 26.32 31.16 26.32 31.16 29.7 31.66 0.0266 0.0244 0.0227 0.0223 0.0232 0.0227 0.0270 0.0223 0.0223 0.0266 0.0223 0.0266 0.0253 0.0270 0.0428 0.0392 0.0366 0.0359 0.0373 0.0366 0.0435 0.0359 0.0359 0.0428 0.0359 0.0428 0.0407 0.0435 0.53 0.49 0.48 0.45 0.52 0.48 0.57 0.45 0.45 0.53 0.45 0.53 0.57 0.57 0.51 0.47 0.47 0.43 0.50 0.47 0.55 0.43 0.43 0.51 0.43 0.51 0.55 0.55 0.9275 0.9244 0.9191 0.9214 0.9168 0.9191 0.9252 0.9214 0.9214 0.9275 0.9214 0.9275 0.9198 0.9252 1.0556 1.0514 1.0482 1.0473 1.0490 1.0482 1.0564 1.0473 1.0473 1.0556 1.0473 1.0556 1.0531 1.0564 109.6910 104.0700 98.7515 98.6677 98.8352 98.7515 109.7817 98.6677 98.6677 109.6910 98.6677 109.6910 104.2443 109.7817

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalCalor Pre-Calefaccin y RecalentamientoTABLA N8 - CALOR DE PRECALEFACCION Y RECALENTAMIENTO

Dato N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Tbs Tbh Entrada Entrada (C) 25 25 25 24 26 25 25 24 25 25 25 26 26 25 26 26 26 25 26 26 25 25 25 26 26 25 26 (C) 21 23 23 23 22 22 23 22 23 21 22 22 22 22 22 21 22 23 21 23 21 21 23 23 23 22 23

Tbs Salida (C) 41 40 41 40 39 40 41 41 41 41 41 41 41 41 41 40 41 39 40 40 41 41 41 41 41 39 40

Tbh Salida (C) 31 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 31 32 31 30 30 30 30 32 30 30 32 30 32 31 32

T sat (C) 22,8 24,2 25,8 24,6 24,5 24,6 24,2 24,4 26,4 26 24,2 23,2 23,2 22,2 22,1 22,1 23,2 22,8 24,5 23,2 23,2 23,2 23,1 24,6 26 22,8 23,8

T Q Q humeda precalefaccion recalentamiento (C) 21,2 20,6 22,7 22 22 21,6 21,4 21,6 21,6 22 20,2 19,8 19,6 19,8 21,4 19,8 19,8 21,2 22 22 22 19,8 20,4 18,3 22 21,2 20,6 KJ/s 0,00837704 0,023052329 0,039804063 0,027225381 0,026195828 0,016707075 0,012526023 0,025147995 0,046073721 0,052539694 0,033625404 0,002087323 0,002087671 0,002094951 0,001047301 0,001047475 0,012569704 0,008380935 0,026178251 0,002087671 0,002087671 0,002087323 0,001043491 0,011462268 0,031304724 0,003136435 0,018854556 KJ/s 0,232739409 0,211250234 0,18674339 0,216463661 0,217430017 0,216463661 0,229253887 0,209407457 0,19179755 0,193895794 0,211250234 0,238777445 0,238777445 0,238405568 0,239453217 0,239453217 0,228777445 0,232735514 0,217430017 0,229887856 0,229887856 0,238777445 0,221909649 0,216270109 0,193895794 0,242739409 0,215126385

Q total KJ/s 0,24111645 0,23430256 0,22654745 0,24368904 0,24362585 0,23317074 0,24177991 0,23455545 0,23787127 0,24643549 0,24487564 0,24086477 0,24086512 0,24050052 0,24050052 0,24050069 0,24134715 0,24111645 0,24360827 0,23197553 0,23197553 0,24086477 0,22295314 0,22773238 0,22520052 0,24587584 0,23398094

Coeficientes hc y hy

Anlisis y Discusin de Resultados Los clculos hallado de humedad pueden verse un poco desviados ya que el pesado muchas veces no fue muy efectivo. Los datos en la carta psicromtrica son muy efectivos pero no exactos, pero representa una gran herramienta.

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Conclusiones Se observ que efectivamente ocurren los periodos de velocidad de secado constante y decreciente, mostrando los fenmenos determinados por la teora Se concluyo que la humedad que fuga es simplemente la humedad libre el material. Se comparacin de datos de la carta psicromtrica con los clculos, no da resultado con poco margen de error por lo que podemos concluir que el uso de la carta psicromtrica es muy importante en caso en las cuales tenga que tomarse decisiones inmediatas.

Recomendaciones Se recomienda tener mucho cuidado, pues el pesado puede ser el mayor factor de la inexactitud. Se debe tener en cuenta la temperatura de calcinacin ya que si secamos el material a una temperatura superior a esta, el material terminara calcinndose. Usar termmetros distintos tanto para la medicin de la temperatura de entrada y salida.

Nomenclatura: Temperatura de bulbo Hmedo (C) : Temperatura de bulbo seco (C) : Temperatura de saturacin. (C) : Temperatura de rocio. : Calor latente de evaporacin de A a : Humedad Absoluta a ,, : Calor especifico del gas hmedo, : Coeficiente de transferencia de masa. : Coeficiente de transferencia de calor por conduccin. : Entalpia especifica. : Presin de vapor del lquido A, mm Hg : Presin parcial de A, mm Hg :Humedad de Saturacion Absoluta, Kg de A/ Kg de B. : Humedad Porcentual, %. : Humedad Relativa, %. R: Contaste de los gases, 0.082 atm .m3/ Kmol K.

,

Referencias Bibliogrficas JOAQUIN OCON Y GABRIEL TOJO PROBLEMAS DE INGENIERA QUMICA EN OPERACIOENS UNITARIAS TOMO I ESPAA 1971 GEANKOPLIS C. PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS. 2 EDICIN, EDITORA CONTINENTAL, MXICO D.F., MXICO (1995) TREYBAL R.E. OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA. 2. EDICIN. MCGRAW-HILL, MXICO D.F., MXICO (1980).

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalApndice Ejemplo de Clculos Aire UtilizadoCalculo de la cada de presin mxima:

Los valores de densidad y gravedad, se muestran en la Tabla N del Apndice y la altura es de 15 cm 0.15 m:

Calculo de la cada de presin perdida:

Donde h1 representa el valor de la altura cuando el dmper est abierto y para este caso la altura es 12 cm 0.12 m:

Por tanto la cada de presin que se usa en la operacin de secado es:

La relacin de dimetros expresados por la letra

es de la siguiente manera:

Donde: : Dimetro del orificio (m) : Dimetro de la tubera (m) Reemplazando valores:

Por el la deduccin de ecuaciones podemos afirmar:

Reemplazando los valores obtenidos para cada caso: Para el dmper principal cerrado:

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Para el dmper principal abierto:

Para la velocidad mxima del dmper de trabajo estara dada por:

Calculando el valor del nmero de Reynolds en funcin de la velocidad mxima a Dmper principal cerrado:

El clculo de la velocidad promedio se har mediante el uso de la relacin siguiente que nos indica que para flujos turbulentos es:

La cual despejando para la velocidad promedio podemos obtener:

Finalmente la velocidad promedio para cada abertura del dmper seria: Dmper Principal Cerrado:

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Dmper Principal Abierto:

Para el aire usado en el secado:

El flujo msico del aire utilizado es:

Reemplazando los valores conocidos de dmper principal cerrado o abierto:

Para el flujo msico de aire utilizado hacemos un balance de materia:

Conociendo estas variables encontramos que:

Por lo tanto:

El nmero de Reynolds en funcin de este flujo msico seria:

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalDeduccin de Ecuaciones Velocidad Mxima

Adems:

Por tanto:

Velocidad Promedio

Donde: Re 2300 2300 Re 20000 Re 20000

Factor C = 0.50 Factor c= 0.75 Factor c = 0.81

Carta PsicromtricaLas propiedades de la carta psicromtrica son las siguientes: Humedad de saturacin a temperatura de bulbo hmedo:

Humedad absoluta msica empleando relacin psicomtrica:

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalHumedad de Saturacin msica:

Humedad de saturacin molar:

Presin parcial:

Humedad porcentual:

Humedad Relativa:

Volumen especifico:

Calor especifico:

Entalpia especifica:

La relacin psicrometrica es:

El clculo del valor hc es:

El clculo del valor ky es:

Humedad en equilibrio:

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalTablas adicionales, grficos y figuras varias X vs TGRFICO N 01 X VS T

N vs XGRFICO N 02 N VS X

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y Ambiental(1/N) vs XGRFICO N 03 (1/N) VS X

Tabla de propiedades del aire y glicerina:TABLA N9 - PROPIEDADES DEL AIRE Y GLICERINA

Propiedad Densidad (Kg/m3) Viscosidad cinemtica (m2/s)

Aire 1,20225 0,0000151

Glicerina 1258 -

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalCarta Psicromtrica - GRFICO N 04 Propiedades Psicromtricas

Entrada: Rojo Salida: Azul

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Faculta de Ingeniera Qumica, Metalurgia y AmbientalCuestionario1. Qu efecto tendra el tamao de partcula, y/o la textura del material utilizado, en el contenido de la humedad de equilibrio ?

IDEAL

MATERIALES NO POROSOS

MATERIALES POROSOSMATERIALES GRANULARES

X X XC C C Segn el C grafico anterior podemos apreciar los efectos de la textura del material utilizado. C 2. Cul esCel significado fsico, e importancia, de humedad en el equilibrio? Qu valor C experimental alcanzo, en caso contrario, explicar por qu no llego a este valor? El material ya no se puede secar ms a las condiciones especficas dadas, a la temperatura y presin. Es importante conocer la humedad en equilibrio pues a partir de este valor estable ya no es dable seguir secando la muestra, por lo tanto se podra ahorrar energa y tiempo. 3. Cul es el significado de nmero e Lewis? Cmo se aplica para el trabajo experimental desarrollado? Es un nmero a dimensional definido como el cociente entre la difusividad trmica y la difusividad msica usa para caracterizar flujos en donde hay procesos simultneos de transferencia de calor y masa por conveccin, se define como:

Donde la difusividad trmica caracteriza la rapidez con el cual varia la temperatura del material, ante una solicitud trmica Y; donde la difusividad msica es una propiedad que depende de la temperatura, presin y de la naturaleza de los componentes. 4. Qu entiende por saturacin adiabtica? Cmo se calcula sus valores? La saturacin adiabtica es un proceso adiabtico en el cual est dado por una fase lquida y una fase de vapor en equilibrio (sistema binario), en este experimento aire-vapor de agua. Si una mezcla gaseosa a T y H se pone en contacto durante un proceso bastante largo en un saturador adiabtico, saldr saturada a Hs y Ts los valores de Hs y Ts se determinan mediante la siguiente ecuacin:

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Donde: Hs: humedad de saturacin: kg/kg Ts: temperatura de saturacin: K

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