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Perdidas de calor en un Secador de bandejas 2012

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TABLA DE CONTENIDO

N0 PAG.

1.- INDICE DE TABLAS 2

2.- RESUMEN 4

3.- INTRODUCCION 5

4.- PRINCIPIOS TEORICOS 6

5.- DETALLES EXPERIMENTALES 13

6.- TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS 15

7.- DISCUSION DE RESULTADOS 23

8.- CONCLUSIONES 24

9.- RECOMENDACIONES 24

10.- BIBLIOGRAFIA 25

11.- APENDICEEjemplo de clculosGrficas

12.- ANEXOS

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1-INDICE DE TABLAS

N PAG

Tabla N 1 CONDICIONES AMBIENTALES 15

Tabla N2 CONDICIONES DEL SECADOR 15

Tabla N3 DATOS CARTA PISCROMETRICA 15

Tabla N4 DATOS DEL TUBO DE PITOT 15

Tabla N5 Datos de la cara A 16



Tabla N8 Datos de la cara B 17



Tabla N11 Datos de la cara C 17



Tabla N14 Datos de la cara D 19

Tabla N15 Datos de la cara D 20

Tabla N 16 Datos de la cara E 20



Tabla N 19 DATOS DEL MTODO DE REA TOTAL 21



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Tabla N 23 CALOR POR MTODO DE CUADRANTE, REAS 22

Tabla N 24 CALOR POR MTODO DE CUADRANTE, REAS, BALANCE DE ENERGA,RESISTENCIA ELCTRICA 22

Tabla N 25 DESVIACIN RESPECTO AL CALOR DE LA RESISTENCIA ELCTRICA 22


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2.- RESUMEN

El objetivo de la prctica es el clculo de las prdidas de calor en la superficie de unsecador de bandejas.

Las condiciones de trabajo en el laboratorio son, Temperatura del aire a 18C, yPresin a 756 mmHg.

En la experiencia las prdidas de calor varan entre110.518-141.505 W .

En resumen, Las prdidas de calor en la superficie se dan por el fenmeno deconveccin libre.


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3. INTRODUCCIN

En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado por la atmsfera por conduccin y

radiacin cerca de la superficie, es transportado a otras capas o niveles de la atmsfera

por conveccin.

La conveccin es el trmino que se usa para describir la transferencia de calor desde

una superficie a un fluido en movimiento. En contraposicin con la conduccin, la

conveccin implica transporte de energa y de materia, por lo tanto, esta forma de

transmisin de calor es posible solamente en los fluidos y es adems caracterstica de

ellos.

En el tratamiento de la transferencia de calor por conveccin, abordaremos dos ideas

principales, una de ellas ser comprender los mecanismos fsicos de la conveccin y la

otra introducirnos en los medios para llevar a cabo clculos de transferencia de calor

por conveccin.

El secador de bandejas utiliza la transmisin de calor por conveccin utilizando como

fluido el aire.

En trminos generales, el trmino secado se refiere a la eliminacin de lquidos, en

cantidades grandes, de un material slido, por medio de vapor arrastrado por un gas.El lquido a remover, es generalmente agua, no obstante hay otros.


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4. PRINCIPIOS TERICOS

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

La temperatura es una magnitud fsica que se refiere a la sensacin de fro o caliente altocar alguna sustancia. En cambio el calor es una transferencia de energa de una partea otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, producida por una diferencia detemperatura. El calor es energa en trnsito; siempre fluye de una zona de mayortemperatura a otra de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la zonams fra y reduce la de la zona ms clida, siempre que el volumen de los cuerpos semantenga constante. La energa no fluye desde un objeto de temperatura baja a otrode temperatura alta si no se realiza trabajo. La materia est formada por tomos o

molculas que estn en constante movimiento, por lo tanto tienen energa de posicino potencial y energa de movimiento o cintica. Los continuos choques entre lostomos o molculas transforman parte de la energa cintica en calor, cambiando latemperatura del cuerpo.

Calor:

El calor se define como la energa cintica total de todos los tomos omolculas de una sustancia.

Temperatura.:

La temperatura es una medida de la energa cintica promedio de lostomos y molculas individuales de una sustancia. Cuando se agregacalor a una sustancia, sus tomos o molculas se mueven ms rpido ysu temperatura se eleva, o viceversa.

Temperatura de Bulbo Seco:

Es la temperatura de una mezcla vapor-gas determinada en la formaordinaria por inmersin de un termmetro en la mezcla gaseosa.

Temperatura de bulbo hmedo:

Es la temperatura de equilibrio dinmico obtenida por una superficie deagua cuando la velocidad de transferencia de calor por conveccin, esigual a la transferencia de masa que se aleja de la superficie.

Humedad Relativa del aire:

Es la relacin entre la presin parcial del vapor de agua presente en ese

momento y la presin de saturacin de vapor de agua a la mismatemperatura.


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LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON:

La ley de enfriamiento de Newton permite calcular el calor transferido entre un slido

y un fluido por conveccin.Dada una superficie slida en contacto con un fluido.

DONDE:Tp = temperatura de la pared.Tf= temperatura del fluido (en su seno)A= superficie de contacto

La energa transferida entre la pared y el fluido por unidad de tiempo proporcional a lasuperficie y al salto de temperaturas entre ambos es:

La constante de proporcionalidad h se denomina coeficiente de transferencia porconveccin.Esta constante de proporcionalidad depende de varios factores:

1.- Que la pared sea plana o curva2.- Que sea horizontal, inclinada vertical3.- Que el fluido en contacto sea un gas un lquido.4.- La densidad, viscosidad, calor especfico y conductividad trmica del fluido.

5.- Las caractersticas del escurrimiento del fluido ( laminar turbulento).6.- Si tiene lugar evaporacin, condensacin no hay cambio de fase.

El valor de hes mayor, cuando mayor es la turbulencia en el fluido, que a su vez es

mayor cuando mayor es la velocidad y /o cuando menor es la viscosidad. En el caso demuy bajas velocidades o altas viscosidades se puede alcanzar un grado de turbulenciadespreciable y el escurrimiento se denomina laminar. En este caso el valor de hes

muy bajo y la transferencia de calor es cercana (algo mayor) a la que se producira porconduccin a travs del fluido.A bajas velocidades los fluidos tienden a moverse como si fueran un conjunto de

"lminas lquidas" superpuestas que deslizan unas sobre otras. No hay mezcladolateral (entre lminas) respecto a la direccin del movimiento global del fluido. Seest en presencia de un escurrimiento laminar.

La ecuacin anterior, independientemente que la conveccin sea natural o forzada,sirve como definicin del coeficiente de conveccin h . Su valor numrico se tiene quedeterminar analtica o experimentalmente.Como las condiciones de flujo varan de punto a punto sobre la superficie, q y htambin varan a lo largo de la superficie. La transferencia de calor Q se obtieneintegrando el flujo local que sobre toda la superficie.


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Podemos explicar que el modo de transferencia de calor por conveccin se componede dos mecanismos. Adems de la transferencia de energa debida al movimientomolecular aleatorio (conduccin), la energa tambin se transfiere mediante elmovimiento global o macroscpico del fluido, esto es la transferencia de calor se debe

entonces a una superposicin de dos transportes de energa, uno por el movimientoaleatorio de las molculas y el otro por el movimiento global del fluido. Se acostumbraa utilizar el trmino conveccin haciendo referencia a este transporte acumulado.Por ejemplo en el caso del fluido que se mueve sobre una placa plana es posibleidentificar por una parte la transmisin de calor de la placa slida al fluido en contactocon ella y por otra, el proceso de elevacin de la temperatura por aumento de laenerga de las molculas del fluido, que se produce en el resto de la masa del mismocomo consecuencia de las corrientes de conveccin. La gradiente de temperaturadepende de la velocidad a la cual el fluido disipa el calor, una alta velocidad produceun gradiente de temperatura mayor y as sucesivamente. Por lo tanto el gradiente de

temperatura en la pared depende del campo de flujo

COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIN

Es posible interpretar los fenmenos fsicos que determinan el comportamiento de lacapa lmite e ilustrar ms su importancia en el transporte por conveccin mediante eldesarrollo de las ecuaciones que gobiernan las condiciones de la capa lmite. Estosignifica que en cada una de las capas lmites (trmica e hidrodinmica), se identificanlos procesos relevantes y se aplican las leyes de conservacin apropiadas (ecuacin decontinuidad, de cantidad de movimiento y de energa) en volmenes de control detamao infinitesimal. Las ecuaciones as obtenidas proporcionan una representacincompleta de las condiciones de las capas lmites hidrodinmica y trmica. La resolucinde estas ecuaciones permitira determinar h, pero solo en los casos de flujo simpleestas soluciones se obtienen fcilmente.Desde luego que el mtodo ms prctico a menudo implica el clculo de h a partir deecuaciones empricas. La forma particular de estas ecuaciones, se obtienencorrelacionando resultados de mediciones de transferencia de calor con gruposadimensionales apropiados.Mediante diversas tcnicas (anlisis dimensional, analogas, soluciones aproximadas delas ecuaciones) es posible hallar los grupos adimensionales que intervienen en la

formulacin de la transferencia de calor por conveccin.

La expresin general que describe este fenmeno es una funcin del tipof(Nu,Pr,Gr) = 0 conveccin naturalf(Nu,Pr,Re) = 0 conveccin forzada

En la conveccin natural, la fuerza motriz procede de la variacin de densidad en elfluido como consecuencia del contacto con una superficie a diferente temperatura, loque da lugar a fuerzas ascensoriales. El fluido prximo a la superficie adquiere unavelocidad debida nicamente a esta diferencia de densidades, sin ninguna influencia

de fuerza motriz exterior.


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Ejemplos tpicos son la transmisin de calor al exterior desde la pared o el tejado deuna casa en un da soleado sin viento, la conveccin en un tanque que contiene unlquido en reposo en el que se encuentra sumergida una bobina de calefaccin, el calortransferido desde la superficie de un colector solar en un da en calma, etc.

La conveccin forzada tiene lugar cuando una fuerza motriz exterior mueve un fluidosobre una superficie que se encuentra a una temperatura mayor o menor que la delfluido. Esa fuerza motriz exterior puede ser un ventilador, una bomba, el viento, etc.Como la velocidad del fluido en la conveccin forzada es mayor que en la conveccinnatural, se transfiere, por lo tanto, una mayor cantidad de calor para una determinadatemperatura.

El nmero adimensional que caracteriza la conveccin forzada es el nmero deReynolds, que es el cociente entre las fuerzas de inercia y las fuerzas de viscosidad

El coeficiente de transmisin de calor por conveccin forzada depende, en general, dela densidad, de la viscosidad y de la velocidad del fluido, as como de sus propiedadestrmicas (conductividad trmica y calor especifico) y la velocidad viene impuesta alsistema por una bomba, ventilador, etc, y se puede medir directamente.

En la conveccin natural, el coeficiente de transferencia de calor depende de: La diferencia de temperaturas entre la superficie y el fluido Del coeficiente de dilatacin trmica del fluido que determina el cambio de

densidad por unidad de diferencia de temperatura Del campo de fuerzas exteriores que, en general, es la gravedadRgimen laminar por el interior de tuberas: Re < 2000Rgimen turbulento por el interior de tuberas: Re >8000

ANLISIS DIMENSIONAL. NMEROS ADIMENSIONALES

Una herramienta que es utilizada en fenmenos tan complicados es el anlisisdimensional, esta metodologa permite obtener una relacin entre un conjunto deciertos nmeros adimensionales, que de alguna forma, incluyen toda la informacinnecesaria para describir el fenmeno con un cierto rigor (cuanto mayor sea este msinformacin se requiere).

A travs de correlaciones, cuya forma matemtica es obtenida a travs del anlisisdimensional, y sus factores y exponentes a travs de la determinacin experimental, sepuede describir un fenmeno como la conveccin, de estas expresiones participan losnmeros adimensionales, que como se dijo introducen la informacin que describe lasituacin.


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A. Nmero de Nusselt (Nu)

Expresa la relacin entre la transferencia de energa por conveccin y la transferenciaque habra nicamente por conduccin bajo una dada situacin en un fluido:

Es decir un nmero de Nusselt alto significa que en la situacin en anlisis espredominante la transferencia por conveccin en el caso de Nu muy bajos latransferencia por conduccin cobra importancia, es el caso concreto de los metales

lquidos.Dos fluidos con diversas caractersticas pero que tienen igual Nu presentan similarcomportamiento en cuanto a las importancias relativas de la transferencia porconveccin y por conduccin.

B. Nmero de Prandtl (Pr):

El nmero de Prandtl es una relacin entre la "capacidad" del fludo de transferircantidad de movimiento y la "capacidad" de transferir su energa. Se obtiene a travsdel cociente de la difusividad de cantidad de movimiento ( / r) (que mide lo primero)

y la difusividad trmica (que mide lo segundo).Como se observa el nmero de Prandtl depende de las propiedades del fluido.

C.- Nmero de Grashop (Gr)

Este nmero adimensional es utilizado en las correlaciones para la conveccin natural.Mide la importancia de las fuerzas viscosas. Se obtiene como cociente de lasexpresiones correspondientes:


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SECADO EN BANDEJAS

Secador de bandejas

Est formado por una cmara metlica rectangular que contiene unos soportes mviles sobrelos que se apoyan los bastidores. Cada bastidor lleva cierto nmero de bandejas pocoprofundas, montadas unas sobre otras con una separacin conveniente que se cargan con elmaterial a secar.

Se hace circular aire caliente entre las bandejas por medio del ventilador acoplado al motorhacindole pasar previamente por el calentador constituido por un haz de tubos por cuyointerior circula normalmente vapor de agua. Los tabiques distribuyen uniformemente el airesobre las pilas de bandejas.

Por medio del conducto de salida se evacua continuamente aire hmedo y a travs de laabertura se entrada penetra aire fresco. Al final del ciclo de secado, normalmente largo, sesaca d el acamara al conjunto de los bastidores para proceder a la descarga del producto secoy a una nueva carga.

Cuando las caractersticas del material lo permiten, se utilizan bandejas perforadas en las queel aire circula a travs de la capa de slidos, con lo que se consigue aumentar la superficieexpuesta a la accin del aire y disminuyendo consiguientemente la duracin del ciclo desecado.

El secado de este quipo puede ser:

De flujo horizontal, si el aire circula paralelamente al lecho a secar.De flujo transversal, si el aire circula perpendicularmente al lecho a secar.

Los rendimientos trmicos de este tipo de secador suelen estar comprendidos entre el 20 y el50% pudiendo ser ms bajo.Los secadores de bandejas son tiles para secar pequeas cargas de productos valiosos.

En general se aplican cuando la capacidad necesaria no excede de 25 a 50kg/h de productoseco.

En ellos se puede secar prcticamente cualquier material, pero a causa de la mano de obrarequerida para la carga y descargar, su operacin resulta costosa para su baja capacidad deproduccin. Si embargo, la polivalencia y la buena calidad comerciadle los productos obtenidoslos hace utilizables en la deshidratacin de los productos agrcolas


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Esquema de un secador de bandejas.VELOCIDAD DEL AIRE

La velocidad del aire en el secador tiene como funciones principales, en primer lugar,transmitir la energa requerida calentar el agua contenida en el material facilitando suevaporacin, y en segundo lugar, transportar la humedad saliente del material.La capa limite que existe entre el material a secar y el aire juega un papel importanteen el secado. Cuanto menor sea el espesor de estas capa limite, ms rpida ser laremocin de humedad. La forma de la corriente del aire es importante para lavelocidad, una corriente turbulenta es mucho ms eficaz que un laminar, pues laprimera afecta en mayor forma la capa limite y el aire.Durante las primeras etapas del secado, la velocidad del aire desempea un papel muyimportante, sobre todo cuando el material contiene un alto contenido de humedad. A

mayor velocidad, mayor ser la transferencia de vapor y menor el tiempo de secado yviceversa, si la velocidad del aire disminuye la tasa de evaporacin disminuye y eltiempo de secado aumenta. Por tal razn, para asegurar un secado rpido y uniformees indispensable una circulacin del aire fuerte y regular.


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5. DETALLES EXPERIMENTALES

1. Materiales utilizados

Secador de bandejas

Tubo de pitot

Ventilador

Bandejas

Psicrmetro

1 termmetro

termmetro infrarrojo

1 Cinta mtrica

Ventilador centrfugo Resistencia Electrica


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2. Procedimiento experimental

Se prende el ventilador centrfugo y se grada la frecuencia a 40 Hz.

Se encendi el sistema de resistencia elctrica, se programa la temperatura

en el secador y se espera una hora hasta que llegue a la temperatura

deseada.

Se mide la temperatura de entrada y salida de la cmara de secado.

En cada cara del secador se toman temperaturas, para ello se procede adividir cada cara del secador en partes iguales (cuadrantes) a cada cara y

en el centro de cada cuadrante se mide la temperatura respectiva


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6.- TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla N 1 : Condiciones Ambientales

condiciones

Temperatura ambiente C 18

Temperatura bulbo seco C 18

Temperatura bulbo hmedo C 17

Presion atmosfrica (mmHg) 756

Tabla N 2: Condiciones del secador

Temperatura secador

Entrada (C) 47

Salida (C) 39

H (KJ/Kg Aire seco) 39 C 69.2

H (KJ/Kg Aire seco) 47 C 77.5

Tabla N 3 : Datos obtenidos con las carta Psicrometrica

carta psicrometrica

Humedad absoluta Kg agua/Kg aire seco 0.01157Volumen especifico m3/Kg aire seco 0.8405

X agua 0.01143

Y aire 0.98856

Tabla N4: Datos del Tubo de Pitot

Tubo de pitot

H dinmica ( pulg) 0.44

H esttica (cm) 6.5

Velocidad mx. (m/s) 12.455Dimetro (m) 0.113

Reynolds 95789.335

rea (m2) 0.00994

V/V mx. 0.860

V media (m/s) 10.712

G (Kg AH/s ) 0.1281

G ( Kg As/s ) 0.1267


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Tabla N 5: Datos de la cara A

cuadranteAltura(cm)

Ancho(cm) Tw (C)

Area(cm2)

Perimetro (cm)

L(equivalente)

(cm)Tw-T

(Tw+T)/

2 (k)

1 31.00 31.00 25.40 961.00 124.00 7.75 7.40 294.85

2 31.00 31.00 27.00 961.00 124.00 7.75 9.00 295.65

3 31.00 31.00 35.00 961.00 124.00 7.75 17.00 299.65

4 31.00 31.00 28.20 961.00 124.00 7.75 10.20 296.25

5 31.00 27.60 26.00 855.60 117.20 7.30 8.00 295.15

6 31.00 31.00 25.40 961.00 124.00 7.75 7.40 294.85

7 31.00 31.00 26.60 961.00 124.00 7.75 8.60 295.45

8 31.00 31.00 33.00 961.00 124.00 7.75 15.00 298.65

9 31.00 31.00 28.00 961.00 124.00 7.75 10.00 296.15

10 31.00 27.60 25.80 855.60 117.20 7.30 7.80 295.05

11 30.50 31.00 26.40 945.50 123.00 7.69 8.40 295.35

12 30.50 31.00 27.60 945.50 123.00 7.69 9.60 295.95

13 30.50 31.00 37.80 945.50 123.00 7.69 19.80 301.05

14 30.50 31.00 28.60 945.50 123.00 7.69 10.60 296.45

15 30.50 27.60 25.80 841.80 116.20 7.24 7.80 295.05


cuadrante Tw (C) Beta () (K-1) Pr aire humK aire hum

W/mK V aire hum.

1 25.40 0.00339 0.70994 0.02581 0.00002058

2 27.00 0.00338 0.70975 0.02588 0.00002045

3 35.00 0.00334 0.70879 0.02620 0.00001983

4 28.20 0.00338 0.70960 0.02593 0.00002036

5 26.00 0.00339 0.70987 0.02584 0.00002052

6 25.40 0.00339 0.70994 0.02581 0.00002058

7 26.60 0.00338 0.70979 0.02586 0.000020488 33.00 0.00335 0.70903 0.02612 0.00001999

9 28.00 0.00338 0.70963 0.02592 0.00002037

10 25.80 0.00339 0.70989 0.02583 0.00002054

11 26.40 0.00339 0.70982 0.02585 0.00002049

12 27.60 0.00338 0.70967 0.02590 0.00002040

13 37.80 0.00332 0.70846 0.02631 0.00001960

14 28.60 0.00337 0.70955 0.02594 0.00002033

15 25.80 0.00338926 0.70988918 0.02583055 0.00002054


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cuadrante Tw (C) Grashof Ra Nusselt hl (W/m2K) Q (w)

1 25.400 270477.5513 192022.0020 10.8184 3.6035 2.5626

2 27.000 332426.1533 235938.1122 11.3915 3.8038 3.2899

3 35.000 658831.9263 466974.1321 13.5583 4.5828 7.4869

4 28.200 379336.6867 269178.3356 11.7768 3.9396 3.8617

5 26.000 245602.0639 174344.3845 10.5610 3.7379 2.5585

6 25.400 270477.5513 192022.0020 10.8184 3.6035 2.5626

7 26.600 316936.7448 224959.7003 11.2558 3.7562 3.1043

8 33.000 574065.2612 407029.3347 13.0867 4.4100 6.3570

9 28.000 371471.5285 263606.0666 11.7146 3.9176 3.7649

10 25.800 239196.1187 169802.7369 10.4919 3.7123 2.4775

11 26.400 301738.3988 214179.2140 11.1179 3.7394 2.9699

12 27.600 347190.0087 246391.8324 11.5166 3.8806 3.5223

13 37.800 762550.7585 540234.2363 14.0798 4.8184 9.0204

14 28.600 385564.9747 273579.5358 11.8252 3.9907 3.9996

15 25.800 233739.9871 165929.4881 10.4320 3.7196 2.4423

Tabla N8: Datos de la cara B

cuadranteAltura(cm)

Ancho(cm) Tw (C)

Area(cm2)

Perimetro(cm) L (equi) (cm) Tw-T

(Tw+T)/2

(k)

1 46.5 30.8 23.4 1432.2 154.6 9.2639 5.4 293.85

2 46.5 30.8 24.2 1432.2 154.6 9.2639 6.2 294.25

3 46.5 30.8 26.4 1432.2 154.6 9.2639 8.4 295.35

4 46.5 30.8 26.2 1432.2 154.6 9.2639 8.2 295.25

Tabla N 9: Datos de la cara B


W/mKV aire

hum.(m/s)

1 23.4 0.00340 0.71018 0.02574 0.000020837

2 24.2 0.00340 0.71008 0.02577 0.000020737

3 26.4 0.00339 0.70982 0.02585 0.000020494

4 26.2 0.00339 0.70984 0.02585 0.000020509


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Tabla N10: Datos de la cara B


1 23.4 330087.621 234420.196 11.3738 3.1597 2.4437

2 24.2 382165.069 271367.838 11.8019 3.2826 2.91493 26.4 528133.670 374878.553 12.8146 3.5764 4.3026

4 26.2 514983.035 365556.296 12.7321 3.5523 4.1718

Tabla N 11: Datos de la cara C

cuadranteAltura(cm)

Ancho(cm) Tw (C) Area (cm2)

Perimetro(cm)

L (equi)(cm) Tw-T

(Tw+T)/2

(k)

1 30.800 38.000 22.000 1170.400 137.600 8.506 4.000 277.150

2 30.800 38.000 23.000 1170.400 137.600 8.506 5.000 278.150

3 30.800 38.000 25.400 1170.400 137.600 8.506 7.400 280.550

4 30.800 37.000 24.600 1139.600 135.600 8.404 6.600 279.750

5 30.800 38.000 22.800 1170.400 137.600 8.506 4.800 277.950

6 30.800 38.000 25.000 1170.400 137.600 8.506 7.000 280.150

7 30.800 38.000 28.000 1170.400 137.600 8.506 10.000 283.150

8 30.800 37.000 27.400 1139.600 135.600 8.404 9.400 282.550

Tabla N 12: Datos de la cara C

cuadrante Tw (C) Beta () (K-1) Pr aire hum

K aire hum

W/mK

V aire

hum.(m/s)

1 22.000 0.045455 0.7103 0.02568 0.00002101

2 23.000 0.043478 0.7102 0.02572 0.00002089

3 25.400 0.039370 0.7099 0.02581 0.00002058

4 24.600 0.040650 0.7100 0.02578 0.00002069

5 22.800 0.043860 0.7102 0.02571 0.00002091

6 25.000 0.040000 0.7100 0.02580 0.00002064

7 28.000 0.035714 0.7096 0.02592 0.00002037

8 27.400 0.036496 0.7097 0.02589 0.00002042

:


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Tabla N13 : Datos de la cara C


1 22.000 186561.589 132522.678 10.303 3.111 1.45632 23.000 235599.767 167328.471 10.922 3.302 1.9326

3 25.400 357580.441 253859.560 12.121 3.679 3.1861

4 24.600 305019.198 216573.520 11.649 3.574 2.6880

5 22.800 225710.751 160310.449 11.649 3.266 1.8349

6 25.000 336813.782 239132.624 11.649 3.622 2.9674

7 28.000 491097.884 348496.107 11.649 3.998 4.6791

8 27.400 443749.890 314928.494 11.649 3.941 4.2221

Tabla N 14: Datos de la cara D

cuadrante

Altura(cm)

Ancho(cm) Tw (C)

Area(cm2)


(Tw+T)/

2 (k)

1 31 30.8 25.2 954.8 123.6 7.724919094 7.2 294.75

2 31 30.8 25.4 954.8 123.6 7.724919094 7.4 294.85

3 31 30.8 24.4 954.8 123.6 7.724919094 6.4 294.35

4 31 30.8 24.6 954.8 123.6 7.724919094 6.6 294.45

6 31 30.8 24.9 954.8 123.6 7.724919094 6.9 294.6

7 31 30.8 24.4 954.8 123.6 7.724919094 6.4 294.35



W/mKV aire

hum.(m/s)

1 25.2 0.003393 0.7100 0.0258 0.00002061

2 25.4 0.003392 0.7099 0.0258 0.000020583 24.4 0.003397 0.7101 0.0258 0.00002071

4 24.6 0.003396 0.7100 0.0258 0.00002069

6 24.9 0.003394 0.7100 0.0258 0.00002065

7 24.4 0.003397 0.7101 0.0258 0.00002071


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1 25.2 260065.187 184636.089 10.713 3.579 2.460

2 25.4 267860.045 190163.738 10.792 3.606 2.5483 24.4 229219.362 162758.651 10.382 3.464 2.117

4 24.6 236881.280 168193.389 10.467 3.494 2.202

6 24.9 248435.845 176388.608 10.592 3.537 2.330

7 24.4 229219.362 162758.651 10.382 3.464 2.117

Tabla N 17: Datos de la cara E

cuadranteAltura(cm)

Ancho(cm) Tw (C)

Area(cm2)


(Tw+T)/2

(k)

1 31 38 25.8 1178 138 8.536 7.8 295.05

2 31 38 23.2 1178 138 8.536 5.2 293.75

3 31 38 23.4 1178 138 8.536 5.4 293.85

4 31 37 26.2 1147 136 8.434 8.2 295.25

5 31 38 24.8 1178 138 8.536 6.8 294.55

6 31 38 23.2 1178 138 8.536 5.2 293.75

7 31 38 22.8 1178 138 8.536 4.8 293.55

8 31 37 25.2 1147 136 8.434 7.2 294.75

9 27.6 38 26.6 1048.8 131.2 7.994 8.6 295.4510 27.6 38 24 1048.8 131.2 7.994 6 294.15

11 27.6 38 22.6 1048.8 131.2 7.994 4.6 293.45

12 27.6 37 27.8 1021.2 129.2 7.904 9.8 296.05



W/mKV aire

hum.(m/s)

1 25.8 0.00339 0.70989 0.02583 0.00002054

2 23.2 0.00340 0.71020 0.02573 0.00002086

3 23.4 0.00340 0.71018 0.02574 0.00002084

4 26.2 0.00339 0.70984 0.02585 0.00002051

5 24.8 0.00340 0.71001 0.02579 0.00002066

6 23.2 0.00340 0.71020 0.02573 0.00002086

7 22.8 0.00341 0.71025 0.02571 0.00002091

8 25.2 0.00339 0.70996 0.02581 0.00002061

9 26.6 0.00338 0.70979 0.02586 0.00002048

10 24 0.00340 0.71010 0.02576 0.00002076

11 22.6 0.00341 0.71027 0.02570 0.0000209412 27.8 0.00338 0.70965 0.02591 0.00002039


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1 25.8 382404.723 271464.976 11.803 3.571 3.282

2 23.2 248173.663 176252.821 10.590 3.192 1.955

3 23.4 258252.962 183404.969 10.696 3.225 2.051

4 26.2 388583.102 275832.387 11.850 3.632 3.416

5 24.8 330012.760 234311.881 11.372 3.436 2.752

6 23.2 248173.663 176252.821 10.590 3.192 1.955

7 22.8 228140.937 162036.482 10.371 3.124 1.766

8 25.2 338433.955 240274.843 11.444 3.502 2.8929 26.6 347811.563 246874.452 11.522 3.728 3.362

10 24 237134.378 168390.081 10.471 3.374 2.123

11 22.6 179187.025 127271.376 9.772 3.142 1.516

12 27.8 385739.190 273739.987 11.827 3.877 3.880

Tabla N 20: Datos del mtodo de rea total

CARAAltura(cm)

Ancho(cm) Tw (C)

Area(cm2)

Perimetro(cm)

L (equi)(cm) Tw-T

(Tw+T)/2

(k)

A 92.50 151.60 28.44 14023.00 488.20 28.72 10.44 296.37

B 93.00 61.60 25.05 5728.80 309.20 18.53 7.05 294.68

C 61.60 151.00 24.78 9301.60 425.20 21.88 6.78 294.54

D 93.00 61.60 24.82 5728.80 309.20 18.53 6.82 294.56

E 89.60 151.00 24.63 13529.60 481.20 28.12 6.63 294.47

Tabla N 21: Datos del mtodo de rea total

CARA Tw (C) Beta () (K-1) Pr aire hum

K aire hum

(W/mK)

V aire

hum.(m/s)A 28.44 0.0033916 0.70994 0.02581 0.00002057

B 25.05 0.0033936 0.70998 0.02580 0.00002059

C 24.78 0.0033952 0.71001 0.02579 0.00002061

D 24.82 0.0033949 0.71001 0.02579 0.00002066

E 24.63 0.0033960 0.71003 0.02578 0.00002062


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Tabla N 22: DATOS DEL MTODO DE REA TOTAL

CARA Tw (C) Grashof Ra Nusselt hl (W/m2K) Q (w)

A 28.440 19458058.080 13813993.991 34.225 3.076 45.031B 25.050 3519618.613 2498854.274 21.198 2.952 11.922

C 24.775 5558826.969 3946831.264 24.069 2.838 17.882

D 24.817 3383330.573 2402186.903 20.971 2.919 11.400

E 24.633 11546623.865 8198431.385 29.504 2.706 24.283

Tabla N23: CALOR POR MTODO DE CUADRANTE, REAS

Calor (W)

CARA mtodo cuadrantes reas

A 59.980 45.031B 13.833 11.922

C 22.966 17.882

D 13.774 11.400

E 30.951 24.283

total 141.505 110.518

Tabla N 24: Calor por mtodo de cuadrante, reas, balance de energa, resistencia elctrica

cuadrantes reas Balance Energa Resistencia el.

CALOR (W) 141.505 110.518 -1051.417 2970

Tabla N25 Desviacin respecto al calor de la resistencia elctrica

cuadrantes reas balance

% Desviacion (%) 4.76 3.72 35.4


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7.-DISCUSION DE RESULTADOS

En la tabla N25 Desviacin respecto al calor de la resistencia elctrica, se observa

que la diferencia entre el mtodo usando cuadrantes y el mtodo de rea total es

pequea. Esto indica que para este secador de bandejas el tomar cuadrantes o el rea

total en una cara, no es un factor que cause grandes errores respecto a las prdidas

de calor en la superficie del secador. Para fines prcticos en la medicin de prdidas de

calor en la superficie del secador, ambos mtodos son adecuados.

En la figura 2 de los anexos, se observan las temperaturas superficiales ms altas del

secador, siendo la mxima temperatura de 37.8 C en la parte inferior de la puerta delsecadora su vez esta cara presenta la mayor prdida de calor de todo el secador (Tabla

23), posiblemente a que el aislante de la puerta este deteriorado por el uso y el

tiempo.

Las prdidas de calor en la superficie son mayores en la zonas inferiores del secador

debido a que en esta parte es donde el flujo de aire caliente presenta mayor energa,

de manera anloga en la parte superior del secador en las paredes verticales y

horizontales, la temperatura superficial es menor que en la zonas inferiores. (Se

visualizan en el las figuras de los anexos ) Hay un aumento de la temperatura en las superficies aledaas de la salida del aire

hmedo ,esto se debe que existe un flujo rpido de aire debido a la contraccin que

existe a la salida del secador generado una transferencia de calor por conveccin

forzada de mayor magnitud en la parte interna de la salida del secador.

No se logro a medir las temperaturas cara inferior del secador debido a su difcil

acceso, debido a esto los clculos presentan una aproximacin en defecto de las

prdidas totales del secador.


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8.-CONCLUSIONES

Las prdidas de calor en la superficie se da por el fenmeno de conveccin libre.

En relacin a los mtodos, el uso del mtodo de rea total resulta el ms prctico

debido al menor tiempo de clculo.

9.-RECOMENDACIONES

Esperar que la temperatura del aire q pasa por la resistencia se mantenga

estable antes de realizar las mediciones.

Mantener aislado la cmara donde se ubica la resistencia.

Evitar la presencia de corrientes de viento a la superficie del secador durante la

toma de temperaturas.

Calibrar el manmetro de aceite que registra la velocidad del are en el tubera.

Tener en cuenta la distancia optima del medidor de temperatura hasta la

superficie de secador.

Mantener bien cerradas las puertas del secador.


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10.-BIBLIOGRAFIA

FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Frank P. IncroperaDavid P. Hewitt

P. Fito; A.M. Andres; J. M. Barat; Albors A.M. albors. Introduccin al secado de

alimentos por aire caliente, editorial Universidad politcnica de valencia.

OPERACIONES BASICAS DE INGENIERIA QUIMICA, VOLUMEN 1,Warren L.

McCabe,Julian C. Smith


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11. APENDICE

1. EJEMPLO DE CLCULOS.

METODO DE LA TEMPERATURA MEDIA USANDO CUADRANTES

a. Clculo de las propiedades del aire hmedo:

Clculo de la composicin del aire hmedo

Temperatura del bulbo seco: 18 C

Temperatura del bulbo hmedo: 17C

Con los datos anteriores evaluamos en la carta psicomtrica donde tenemos:

Humedad absoluta: 0.01157 Kg agua/kg aire seco

Fraccin en peso de agua y aire:

Clculo de la densidad del aire hmedo

Temperatura del bulbo hmedo = 18C

Temperatura del bulbo seco = 17C

Los datos anteriores son ingresados en la Carta Psicomtrica, de la cual se obtiene:

H.abs (Humedad absoluta)= 0,01157 kg de agua/kg de aire seco.

V'(Volumen especfico) = 0,8405 m3/kg de aire seco.


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b. Clculo de las prdidas de calor en las paredes verticales del secador.

Para la primera divisin de la pared A tenemos:

rea: 0.0961m2

Permetro: 1.24 m

TW (temperatura de pared) = 25.4 C

T (temperatura del fluido)= 18 C

Para calcular las prdidas de calor en esta pared aplicamos las siguientes ecuaciones:

Procedemos entonces a hallar el nmero de Grashof, para esto tomamos las

propiedades de los fluidos a la temperatura media y hallamos la longitud caracterstica

de la superficie:


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Pgina28

Entonces, de la tabla A.6, Propiedades termodinmica del agua saturada, pgina 846 y

la tabla A.4 propiedades termodinmicas de gases a presin atmosfrica pgina 839 del

libro Incropera Frank, David P. DeWitt; Fundamentos de transferencia de calor;

Editorial Prentice may, Mxico 1999:

8

Calcular el nmero de Gr L

Reemplazar los valores correspondientes:


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Calcular Nmero de Pr. Aire hmedo:

0.7099

Calcular Nmero de K. Aire hmedo:

Calcular Nmero de Ra L.: Calcular Nmero de Nu L.:

Reemplazando los valores del nmero de Ra y Pr :

Calcular h L.:

Despejando , se tiene:


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Reemplazando el valor de , K Y

Calcular el calor .:

c. Clculo de las prdidas de calor en las paredes horizontales del secador.

CARA C

Para este clculo hacemos un procedimiento similar a la parte b. pero usamos la

ecuacin del nmero de Nusselt correspondiente a paredes horizontales con superficies

calientes hacia arriba y hacia abajo respectivamente.

Superficie caliente hacia arriba.

Tenemos:

rea: 0.1170 m2

Permetro: 1.376 m(temperatura de pared) = 22 C (temperatura del fluido)= 18C Para calcular las prdidas de calor en esta pared aplicamos las siguientes ecuaciones:


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Procedemos entonces a hallar el nmero de Grashof, para esto tomamos las

propiedades de los fluidos a la temperatura media y hallamos la longitud

caracterstica de la superficie:

Entonces, de la tabla A.6, Propiedades termodinmica del agua saturada, pgina 846 y

la tabla a.4 propiedades termodinmicas de gases a presin atmosfrica pgina 839 dellibro Incropera Frank, David P. DeWitt; Fundamentos de transferencia de calor;

Editorial Prentice may, Mxico 1999:

8


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Calcular Nmero de Pr. Aire hmedo:

0.7103

Calcular Nmero de K. Aire hmedo:

Calcular Nmero de Ra L.:

Calcular Nmero de Nu L.


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Calcular h L.:


Reemplazando el valor de , K Y

Calcular el calor :


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METODO DE LA TEMPERATURA MEDIA USANDO TEMPERATURA

PROMEDIO DEL AREA TOTAL

Consiste en tomar la temperatura promedio de cada cara del secador y el reatotal de cada cara.

Datos:

CARA A

rea: 1.4023 m2

Permetro: 4.882 m(temperatura de pared) en la cara ATemperatura(C)

25.400

27.000

35.000

28.200

26.000

25.400

26.600

33.000

28.000

25.800

26.400

27.600

37.800

28.600

25.800

(temperatura del fluido)= 18C


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Pgina35

8



Calcular Nmero de Ra L.: Calcular Nmero de Nu L.:

Reemplazando los valores del nmero de Ra y Pr :


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Calcular h L.:


Reemplazando el valor de

, K Y

Calcular el calor .:

BALANCE DE ENERGA EN LA ENTRADA Y EN LA SALIDA DEL

SECADOR.

CLCULO DE LA DENSIDAD DEL ACEITE POR EL MTODO DEL PICNOMETRO

Prueba N1:

Wpic (Peso del picnmetro) = 18,9817 g

Wpic+ agua(Peso del picnmetro ms agua) =44,5357 g

Wpic+ aceite(Peso del picnmetro ms aceite) = 40,7070 g

Densidad H2O (22C)= 998.00 Kg/m3


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Prueba N2:

Wpic (Peso del picnmetro) = 24.6774 g.

Wpic+ agua(Peso del picnmetro ms agua) =76.2160 g.

Wpic+ aceite(Peso del picnmetro ms aceite) = 68.9279 g.

Densidad H2O (21C)= 998.00 Kg/m3


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Determinacin de la Viscosidad del fluido

Donde:

Luego:

Para hallar las viscosidades del agua y el aire, se usa un nomograma:

(FUENTE: Frank P. Incropera. "Fundamentos de transferencia de calor" Apndice A, tabla A.4 Y

TABLA A.6 pginas. 839 y 846).

Reemplazando en la primera frmula:


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CLCULO DE LA DENSIDAD DEL AIRE HMEDO

Temperatura del bulbo hmedo = 17C

Temperatura del bulbo seco = 18C

Los datos anteriores son ingresados en la Carta Psicomtrica, se obtiene:

H.abs (Humedad absoluta)= 0,01157kg de agua/kg de aire seco

V'(Volumen especfico) = 0,8405 m3/kg de aire seco

( )

CLCULO DE VELOCIDAD MXIMA

Se calcula la velocidad puntual, utilizando la ecuacin:

A la frecuencia de 39.8 Hz

h= 0.44 pulg. De aceite 0.011176 m.


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Velocidad puntual real:

NOTA: CPitot (Coeficiente de Pitot) es 1,0 (Extrado del Manual del Ingeniero Qumico, John H.

Perry, Pg. 598).

Determinacin del nmero de Reynolds mximo

: Densidad dl aire hmedo = kg/m3V: Velocidad mxima (en el centro del tubo de Pitot) =12.455 m/s

D: Dimetro de la tubera = 0,1151 m

u=Viscosidad =0,000017605 kg/m-s

Determinacin del nmero de Reynolds mximo.


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a) Determinacin de la relacin velocidad / velocidad mxima usando la grafica

de Grfica de Nikuradse.

= 0.86b) Determinacin de la velocidad promedio.

c) Calculo de la viscosidad del aire hmedo y rea de la tubera.

0.86


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Clculo de flujos msicos G (kg AH/s) y G (kg AS/s):

Luego:

Calculo de Q perdido (W):

Asumimos que la humedad absoluta en la salida del secador es igual a la humedadabsoluta en la entrada del secador, por lo tanto:

Las temperaturas de bulbo seco en la entrada y salida del secador son :

Las entalpias sern para los datos de la entrada y la salida del secador:


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Balance de energa de la resistencia.

PRDIDAS DE CALOR AL MEDIO AMBIENTE

Por el mtodo de iteraciones:

Por balance de energa:


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12.-ANEXOS

SECADOR DE BANDEJAS ( FIGURA N1)

CARA A ( FIGURA N2)


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CARA E ( FIGURA N3)

CARA D ( FIGURA N4) CARA B ( FIGURA N5)

CARA C ( FIGURA N6)