UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERIADEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA

INFORME N 2SECADO EN SECADOR ROTATORIO

ASIGNATURA:Transferencias de Masas 2

INTEGRANTES:Miguel Aravena.Walter Cisternas.Carolina Espinosa.Carlos Herrera.Francisca Rivera.

PROFESOR:Daniel Olivares Salazar.

AYUDANTE:Ivn Urbina.Giannina Villagrn.

FECHA EXPERIENCIA:19 de junio de 2014.

FECHA ENTREGA:03 de julio de 2014.

RESUMENEl da jueves 19 de junio del ao 2014, en el laboratorio de operaciones y procesos unitarios del departamento de Ingeniera Qumica de la Universidad de Santiago de Chile, se realiz la experiencia Secado en Secador Rotatorio para arena. Cuyos objetivos principales eran estudiar experimentalmente la operacin de secado de un slido granular en un secador rotatorio directo de alta temperatura, adiabtico, de flujo paralelo, en funcin de las variables ms caractersticas. Y obtener los parmetros dinmicos de la operacin, analizando la influencia de a las variables de operacin seleccionadas, adems comparar los resultados obtenidos con datos de bibliografa.Inicialmente el da anterior se fue a humectar la arena a tratar; el da de la experiencia se tom la temperatura de la arena hmeda dando un valor de 11[C]. se masaron capsulas Petri vacos y con muestras de solido hmedo y seco llevndolos a la estufa por 24 [h].Se prendi el motor de rotacin del secador, se extrajo restos de arena que contena el secador de experiencias anteriores.Se encendi la bomba de aire, el incinerador y se debiajustar el flujo de calor de este, para tomar el dato de la temperatura del aire a la entrada del secador. Se esper temperaturas de aire a la salida y entrada constante y cuando se logr, se aliment el secador con el slido cada 15 [s] mediante un vaso plstico de 0,5[L]. Se dej de alimentar cuando las temperaturas eran constantes, se tom el tiempo que demora en salir toda la arena. Y la masa que sali.Los coeficientes volumtricos experimentales globales de transferencia de calor obtenidos fueron de 755.47 [Wm-3K-1] y 597.64 [Wm-3K-1], los valores tericos obtenidos fueron de 892,14[Wm-3K-1] y 594.22 [Wm-3K-1] para las corridas 1 y 2 respectivamente, obtenindose entre estos valores un error de 18 % para la corrida 1 y un 1% para la corrida 2.Los valores de retencin volumtrica de slidos obtenidos para la primera corrida fue de 0.91 y para la segunda corrida de 0.56. Los valores de eficiencia trmica obtenidas para la primera corrida fue de un 70% y para la segunda corrida fue de un 49%. NDICE

1.OBJETIVOS12.MARCO TERICO23.EQUIPOS Y ACCESORIOS94.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL115.DATOS146. RESULTADOS187.DISCUSIONES198. CONCLUSIONES209. NOMENCLATURA2110. BIBLIOGRAFA24APNDICE A: DATOS BIBLIOGRFICOSAPNDICE B: RESULTADOS INTERMEDIOSAPNDICE C: METODOLOGA DE CLCULO

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo Principal:

1.1.1 Realizar unestudio experimental de la operacin de secado de un slido granular en un secador rotatorio directo de alta temperatura, adiabtico, de flujo paralelo, en funcin de las variables ms caractersticas.

1.2 Objetivos Especficos:

Obtener los parmetros dinmicos de la operacin, analizando la influencia de a las variables de operacin seleccionadas. Los parmetros caractersticos a medir son:

1.2.1 El coeficiente volumtrico de transferencia de calor.1.2.2 La retencin volumtrica de slidos en el secador y el tiempo promedio de retencin.1.2.3 La eficiencia trmica del secador rotatorio utilizado.1.2.4 Comparar los resultados obtenidos con datos de bibliografa.

2. MARCO TERICO

La operacin de secado es una operacin de transferencia de masa de contacto gas- slido, donde la humedad contenida en el slido se transfiere por evaporacin hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presin de vapor ejercida por el slido hmedo y la presin parcial de vapor de la corriente gaseosa.El mecanismo del proceso de secado se rige bajo la transferencia de masa y de calor. El equipo que se utiliz, un secador rotatorio a altas temperaturas, predomina la transferencia de calor como el mecanismo controlante de la operacin de secado.El secador rotatorio constituye uno de los equipos ms utilizados para el secado ya que permite retirar agua de una amplia gama de materiales a nivel industrial, esto porque es un mtodo rpido y de bajo costo unitario cuando se trata de grandes cantidades de material.En la familia de secadores existen 2 categoras que pueden caracterizar a un equipo de estos: Calor directo o indirecto. Flujo en contracorriente o en paralelo.

En la figura 2.1 se aprecia un secador rotatorio de contacto directo y de flujo en contracorriente.Figura 2.1: Secador de aire caliente[footnoteRef:2] [2: ref. R. Treybal, figura 12.20.]

Al equipo se le puede realizar otros cambios como: calentamiento externo del gas, la recirculacin del gas y otros arreglos para la recuperacin disolvente evaporados. Adems el secador se puede alimentar con gas de combustible caliente y no con aire, si la temperatura de los gases que provienen de una combustin lo hacen a alta temperatura se puede eventualmente incorporar al equipo en vez de aire para secar el slido deseado. Tambin se puede adicionar un recolector de polvo, de tipo cicln, para evitar contaminar por emanar del equipo exceso de polvo al ambiente la adicin un ventilador por succin que permita controlar de forma ms eficaz los flujos de aire que ingresen al equipo y as controlar el proceso de secado.Los principales elementos que constituyen este tipo de equipos, es una carcasa metlica que le provee la caracterstica de adiabtico al tubo en donde ocurre el secado, los alzadores (tambin conocidos como elevadores) que son pequeas placas que se instalan dentro del tubo que permiten al material ,cuando gira el tubo, tomar los slidos y a medida que rota el tubo caen para entrar en contacto con el gas de secado y la inclinacin del tubo permite variar el tiempo de residencia de los slidos en el equipo. En la industria qumica su mayor uso es el secado de sales fertilizantes, como el sulfato nitrato y fosfato de amonio, sales potsicas y fertilizantes, Arenas, cemento, azcar etc.Retencin en secadores rotatoriosLa retencin o tiempo de residencia, es el tiempo que tarda el material desde que entra hasta que sale del equipo a secar. Al momento de disear un equipo de secado, se busca que el tiempo de residencia sea muy similar al tiempo de secado para evitar gastos innecesarios.Dentro de los principales factores que afectan la retencin son: el ngulo de inclinacin, la velocidad de giro y el tamao de los alzadores. Ya que, estos parmetros afectan el tiempo de contacto entre el material a secar con el gas. Se define el tiempo promedio de retencin[footnoteRef:3]: [3: ref.: R. Treybal, ecuacin 12.34, pag 765.]

es el tiempo promedio de retencin de slido en el equipo de secado [s], es la densidad de flujo msico de slido seco [Kg/m2s], s es la densidad aparente del slido [Kg/m3] , z es la longitud del secador [m] y es la retencin (adimencional).Aunque las caractersticas o naturaleza del slido afectan considerablemente la retencin del slido en el equipo, Friedman y Marshall plantearon la siguiente correlacin[footnoteRef:4] para un gran nmero de distintos slidos: [4: ref.: R. Treybal, ecuacin 12.35, pag 765.]

es el tiempo de retencin sin flujo de gas [s], K*G es un factor de correccin por el efecto del flujo del gas y Gs densidad de flujo de gas en . El signo + se usa para flujos en contracorriente y el signo se usa para flujos en paralelo.Ahora bien, si no se tiene flujo de gas, la teora recurre a una ecuacin totalmente emprica en donde la retencin depende de cierto grado de los elevadores y de la naturaleza del slido, pero se condiciona para valores no superiores de 0,08 para :

En donde s es la pendiente del secador [m/m], N es la velocidad de rotacin [revolucin/s], es el dimetro del secador. Pero la constante K de la ecuacin 2.2, depende de la naturaleza del slido y para un primer clculo o estimacin se puede usar la siguiente correlacin[footnoteRef:6]: [6: ref.: R. Treybal, ecuacin 12.37, pag 765.]

En donde es el dimetro promedio de la partcula. Las ecuaciones anteriores que se presentaron son slo aplicables en condiciones razonables del flujo del gas, se debe evitar el exceso de polvo y los flujos que hagan volar a las partculas slidas dentro del secador. Secador de contacto directo Es normal encontrar en este tipo de secadores 3 zonas caractersticas, que se pueden reconocer por la variacin de la temperatura del gas y del slido en las diferentes partes del secador. En la primera zona ocurre poco secado, en la segunda zona se evapora la humedad superficial pero no la ligada y en la tercera zona se evapora la humedad no superficial y ligada, en la siguiente grfica se aprecia estas zonas mencionadas:

Figura 2.2: Gradientes de temperaturas en un secador a contracorriente[footnoteRef:7]. [7: ref. R.Treybal, figura 12.28.]

En el caso que se pueda despreciar la radiacin y la conduccin a travs del slido, la temperatura en la superficie del slido se puede asumir como la temperatura de bulbo hmedo. El equipo a utilizar es adiabtico y si se realiza un balance para una longitud diferencial del secador dZ, se tiene[footnoteRef:8]: [8: ref.: R. Treybal, ecuacin 12.41, pg 777.]

En donde, es la perdida de calor del gas, dq es el calor transferido al slido y dQ corresponde a las prdidas de calor. De la transferencia de calor se tiene[footnoteRef:9]: [9: ref.: R. Treybal, ecuacin 12.42, pg 777.]

En donde U es el coeficiente de transferencia global de calor [W/m3K], a es la superficie interfacial/volumen del secador , () es la diferencia de temperatura para la transferencia de calor, en donde Cs es el calor especfico del slido. [J/KgK], dtGes la cada de temperatura experimentada del gas [K].Con lo anterior se llega a la siguiente ecuacin[footnoteRef:10]: [10: ref.: R. Treybal, ecuacin 12.45, pg 778.]

En donde Z, es la longitud del tnel de secado [m], es la longitud de la unidad de transferencia de calor [m] y es el nmero de unidades de transferencia de calor [adimencional].Pero de teora[footnoteRef:11], es: [11: ref.: R. Treybal, ecuacin 12.46, pg 778.]

Para , se suele suponer que los perfiles de temperatura en cada zona son lineales: Pero la variacin de temperatura medio-logartmico se evala como:

Para secadores rotatorios directos, para conseguir un rendimiento trmico ptimo, para ello se fijan variables de operacin 1,5 < NOT < 2.5.En ausencia de datos experimentales, para los secadores comerciales fabricados en estados unidos, se usa[footnoteRef:12]: [12: ref.: R. Treybal, ecuacin 12.47, pg 778.]

Por ltimo la eficiencia trmica del secador, se determina mediante:

Para determinar las perdidas por el secador, se realiza un balance de energa al secador:

En donde Ss es la cantidad de slido seco (arena) en [Kg], Hs corresponde a las entalpas del slido a la entrada y a la salida del secador en [KJ/Kg] y Hg las entalpas del aire a la entrada y salida del secador en [KJ/Kg].Para determinar la entalpa del gas, se usa[footnoteRef:13] para el sistema aire-agua: [13: ref.: R. Treybal, tabla 7.1, pg 262.]

En donde Y es la humedad absoluta en [Kg de agua/Kg de aire seco], es el calor de vaporizacin a la temperatura de referencia y Tg es la temperatura del gas en [C].En cambio la entalpa del slido se determina[footnoteRef:14]: [14: ref.: R. Treybal, ecuacin 11.45, pg 773.]

En donde Cs es el calor especfico del slido seco [J/Kg*K], Ca es el calor especfico del agua lquida en [J/kg*K], To es la temperatura de referencia que generalmente es [0C], Ts es la temperatura del slido y X es la humedad en base seca del slido en [Kg de agua/Kg de slido seco].

3. EQUIPOS Y ACCESORIOS

3.1 Equipos.EquipoCaractersticas

Secador RotatorioLongitud: 3 [m].Dimetro: 0,3 [m].Diametro salida del aire: 0,1 [m].Alzadores de 3 tipos: de platina plana, de 45 y de 90.Espaciados por cada metro de secador.Se encuentra instalado en el LOPU del Departamento de Ingeniera Qumica.

EstufaFabricante: Heraeus.Modelo: vtr 5036.Calificacin temperatura: 180[C]Voltaje: 220 [V] 1-50/60 [Hz].

3.2Aparatos.AparatoCaractersticas

TermocuplaFabricante: Colr-Parmer Instrument CompanyMarca: Digi-SenseModelo: 8525-20Sensibilidad: 0,1 [C]

AnemmetroFabricante: AirflowModelo: LCA 6000Sensibilidad:1[ft3min-1]

BalanzaFabricante: CientecSartoriusLaboratoryModelo: L2200PSensibilidad: 0,01 [gr]

Termmetro de bulbo hmedo y secoFabricante: Alla France.Sensibilidad: 1[C].Rango: (-50)-50 [C].

3.3 Accesorios.AccesorioCaractersticas.

CronmetroMarca: SamsungModelo: GT-I9300.Sensibilidad: 1[s].

CucharaMaterial: Acero Inoxidable.Cantidad: 1

Capsula PetriMaterial: vidrio pyrex.Cantidad:9

BaldeMaterial: metal.Cantidad: 4.Masa: 1 [Kg].

Vaso Plstico.Material: plstico.Cantidad: 1.

Termmetro de mercurio.Sensibilidad: 1[C].Mximo: 100[C].

3.4 Materiales. Agua Arena hmeda.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

FIGURA 4.1: Diagrama Secador Rotatorio.4.1 Antes de la experiencia en s, el da anterior se humect la arena con agua, se mezcl y se dej en dos envases de plstico.4.2 El da de la experiencia, se procur tomar todos los resguardos de seguridad, tales como delantal, zapatos bien abrochados y pelo tomado.4.3 Se vaci toda la arena en el suelo con ayuda de palas y se tom la temperatura de la arena hmeda dando un valor de 11[C].4.4 Se masaron las 9 capsulas Petri. 4.5 Se masaron tres capsulas con muestras de la arena antes de ser secada y se llevaron a la estufa por 24 [h].4.6 Se prendi el motor de rotacin del secador.4.7 Se extrajo restos de arena que contena el secador de experiencias anteriores y se dej esto en un contenedor plstico para reutilizarlo en otra experiencia.4.8 Se encendi la bomba de aire.4.9 Con la ayuda del profesor se abri la llave de gas ligeramente y se presion el botn que le otorga la chispa al mismo para combustionar.Ya teniendo el incinerador encendido, se debiajustar el flujo de calor de este, para tomar el dato de la temperatura del aire a la entrada del secador.4.10 Luego se debi esperar a que las temperaturas del aire a la entrada y salida del secador fuesen constante y teniendo cuidado de no sobrepasar una temperatura del aire de salida de 80[C]; ya que sobre esta se puede echar a perder el equipo.4.11 Cuando se logr temperaturas constantes se comenz a alimentar el secador con la arena hmeda cada 15 [s] mediante un vaso plstico de 0,5[L]. Quien ayudaba a alimentar tom el tiempo.4.12 Otra persona se encargaba de registrar el flujo y la temperatura de aire a la salida del secador mediante un anemmetro y una termocupla, respectivamente.4.13 Se tom una sola vez el dato de la temperatura de bulbo seco y bulbo hmedo del aire ambiente, as como la temperatura del aire a la entrada del secador.4.14 Se registr la temperatura de salida del slido que se descarg del secador.4.15 En un momento el cicln se llen de polvillo de arena y se encendi el ventilador que expuls esta hacia el exterior. Esto por un breve tiempo, puesto que esta accin provoca bajas en las cadas de presin del sistema.4.16 Luego, se dej de alimentar cuando las temperaturas del aire a la entrada y salida fuesen constantes.4.17 Al momento en que se dej de alimentar se comenz a tomar el tiempo de retencin y todo el slido que sala se fue masando en los baldes hasta que dejase de salir. Al mismo tiempo que se dej de alimentar se tomaron tres muestras en tres capsulas Petri de la arena seca a la velocidad de 12 [rps]. Estas se masaron y se llevaron a la estufa por 24 [h]. El tiempo fue aproximado de 40 [min].4.18 Para la segunda corrida se cambi la velocidad de giro del secador, 3,6 [rps], y se repitieron los pasos 4.10-4.16 pero para esta nueva velocidad.4.19 Una vez terminada, se apag el motor de rotacin del secador, dejando todo limpio el lugar de trabajo.

5. DATOS

Tabla 5.1: Temperatura de bulbo seco, bulbo hmedo y presin del aire ambiente.

1413963

Tabla 5.2: Masa de la placa contenedora del slido, de la placa con slido hmedo a secar y de la placa con slido secado en estufa.Placa

3A14,5747,8145,83

422,7583,7479,76

5A14,3846,8844,94

Tabla 5.3: Primera corrida. Masa de la placa contenedora del slido, de la placa con slido secado en secador rotatorio y de la placa con slido secado en estufa.Placa

1220,9152,4051,86

14A14,7254,1853,43

1522,9789,3887,86

|Tabla 5.4: Segunda corrida. Masa de la placa contenedora del slido, de la placa con slido secado en secador rotatorio y de la placa con slido secado en estufa.Placa

6020,0359,5658,72

2323,7492,9691,77

5AG23,7685,2384,14

Tabla 5.5: Masa del vaso alimentador, del vaso alimentador con slido hmedo e intervalo de tiempo de alimentacin. [s]

65,12800,7715

Tabla 5.6: Primera corrida. Temperatura de bulbo seco del aire a la entrada y a la salida del secador rotatorio. Temperatura del slido hmedo a secar en la entrada y en la salida del secador rotatorio.[footnoteRef:15] [15: Considerando que 1 est referido a la entrada y 2 a la salida del secador rotatorio.]

Primera corrida

199,0043,1011,0034,00

Tabla 5.7: Segunda corrida. Temperatura de bulbo seco del aire a la entrada y a la salida del secador rotatorio. Temperatura del slido hmedo a secar en la entrada y en la salida del secador rotatorio.Segunda corrida

184,0041,4011,0033,00

Tabla 5.8: Primera corrida.Temperatura de bulbo seco y de bulbo hmedo del aire de escape y la velocidad del aire de escape.Primera corrida

32,0031,502027,00

Tabla 5.9: Segunda corrida. Temperatura de bulbo seco y de bulbo hmedo del aire de escape y la velocidad del aire de escape.Segunda corrida

30,530,01361,0

Tabla 5.10: Primera corrida. Masa de arena recolectada en la salida del secador para la primera corrida experimental.Primera corrida

Balde

11,1012,10

40,9911,70

11,109,20

40,9912,00

11,1011,60

Tabla 5.11: Segunda corrida. Masa de arena recolectada en la salida del secador para la segunda corrida experimental.Segunda corrida

Balde

40,9912,30

11,1012,50

40,999,75

Tabla 5.12: Revoluciones por minuto del secador y tiempo de retencin hidrulico para ambas corridas experimentales.primera corridasegunda corrida

4,87840,48316,21622,000

*Las revoluciones por minuto se calcularon como (n vueltas/segundos)*(60 s/1min).Tabla 5.13: Datos de dimensiones del secador largo y dimetro. Dimensiones de la alimentacin ancho y largo. Dimensiones del tubo de escape.

3,00,316,57,50,1

6. RESULTADOS

Tabla 6.1:Coeficientes volumtricos globales tericos, experimentales y su error relativo.

Corrida

1755,47892,140,18

2597,64594,220,01

Tabla 6.2: Retencin volumtrica de slido en el secador rotatorio.Corrida

151,320,91

231,470,56

Tabla 6.3: Eficiencia trmica del secador rotatorio.Corrida

10,70

20,49

7. DISCUSIONES

7.1Los coeficientes volumtricos experimentales globales de transferencia de calor obtenidos fueron de 755.47[Wm-3K-1] y 597.64 [Wm-3K-1], por otro lado los valores tericos obtenidos fueron de 892,14[Wm-3K-1] y 594.22 [Wm-3K-1] para las corridas 1 y 2 respectivamente, lo que genera entre estos valores un error de 18 % para la corrida 1 y un 1% para la corrida 2, estos resultados se encuentran en la tabla 6.1.A pesar que la correlacin terica del coeficiente global volumtrico no fue diseada especficamente para este tipo de modelo de secador rotatorio, los resultados obtenidos experimentalmente son muy similares, lo que repercute en los bajos errores porcentuales obtenidos y su tendencia es disminuir este error a medida que la velocidad de giro aumenta. Estos valores tan bajos no necesariamente implican que el proceso de secado funciona en perfectas condiciones ya que existen problemas en el funcionamiento del secador rotatorio (explicado en el punto 7.3)7.2 La retencin volumtrica de slidos en el secador rotatorio tienen un valor de 0,91 y 0,56 para las corridas 1 y 2 respectivamente, estos resultados se encuentran en la tabla 6.2.De la bibliografa la retencin volumtrica esperada vara entre 0,05 hasta 0,15 este rango representa un intervalo ideal de retencin volumtrica que se debera obtener para este tipo de secadores rotatorios, en este caso los valores obtenidos para distintas velocidades de giro distan bastante de los valores esperados, pero de igual forma los valores de retencin de volumtrica tienen una tendencia a disminuir cuando las velocidades de giro son mayores, situacin que era de esperar, ya una velocidad de giro mayor aumenta la movilidad del solido a travs de los alzadores considerando una inclinacin de secado constante. Por otro lado estos valores de retencin son afectados directamente por las prdidas de arena involucradas, situacin que es detallada en el punto 7.3, estas prdidas repercuten en la cantidad de arena seca recolectada, ya que no va a existir concordancia entre los flujos de arena hmeda ingresados al secador y la cantidad de arena recolectada luego del proceso de secado lo que finalmente trasciende en el clculo de la retencin volumtrica de la arena a secar.7.3 El valor de la eficiencia trmica para una velocidad de giro de 4.878 [RMP] fue de 70% y para una velocidad de giro de 16.216 [RPM] fue de 49%, estos resultados se encuentran en la tabla 6.3. Un valor de eficiencia trmica del 70% indica que la mayor parte de la energa suministrada es utilizada para secar el slido y el resto de la energa se disipa al medio ambiente, lo que indica que para rangos cercanos a esta velocidad de giro se puede mejorar el proceso de secado del solido utilizado. Por otro lado para velocidades de giro ms elevadas la eficiencia trmica disminuye al 49% lo que indica que, la velocidad de giro cumple un rol predominante ya que una velocidad de giro adecuada, puede optimizar el tiempo de contacto que tiene la cortina de arena con el fluido utilizado para secar este material, en este caso el fluido utilizado fue el aire, este tiempo de contacto repercutir en la cantidad de agua que ser retirada del material hmedo, inicialmente retirando la humedad superficial y posteriormente en un periodo ms prolongado el resto de la humedad ligada a este. Es importante mencionar que estos resultados pueden ser afectados por las condiciones de funcionamiento del secador rotatorio ya que esta presenta una prdida constante de arena en el tramo inicial de secado, prdida no despreciable ya que al cabo de 40 minutos se recolecto aproximadamente medio tarro de arena, adems de esto se suma las malas condiciones en que se encuentra el armazn, correspondiente al aislante utilizado para recubrir el secador rotatorio.

8. CONCLUSIONES

8.1Los coeficientes volumtricos experimentales globales de transferencia de calor obtenidos fueron de 755.47 [Wm-3K-1] y 597.64 [Wm-3K-1], los valores tericos obtenidos fueron de 892,14[Wm-3K-1] y 594.22 [Wm-3K-1] para las corridas 1 y 2 respectivamente, obtenindose entre estos valores un error de 18 % para la corrida 1 y un 1% para la corrida 2.8.2Los valores de retencin volumtrica de slidos obtenidos para la primera corrida fue de 0.91 y para la segunda corrida de 0.56.8.3 Los valores de eficiencia trmica obtenidas para la primera corrida fue de un 70% y para la segunda corrida fue de un 49%.

9. NOMENCLATURATabla 9.1: Nomenclatura.SmboloSignificadoUnidades

HOTAltura de una unidad de transferencia[m]

Sngulo de inclinacin_

AGrea de seccin transversal al flujo de aire[m2]

Asrea transversal por donde ingresa el slido[m2]

Calor de vaporizacin[Jkg-1]

CsHCalor especfico del aire hmedo[Jkg-1K-1]

UaCoeficiente volumtrico global de transferencia de calor[Wkg-1K-1]

KCorreccin por el efecto del flujo del gas[skg-1]

GAsDensidad de flujo msico de gas seco[kgs-1m-2]

SSsDensidad de flujo msico de solido seco[kgs-1m-2]

SSDensidad de slido seco[kgm-3]

DSecadorDimetro del secador[m]

dpDimetro promedio de partcula[m]

dQDiferencial de densidad de flujo de calor[Js-1m-2]

Eficiencia Trmica[%]

HEntalpa especfica[Jkg-1]

Flujo de gas hmedo[Kgs-1]

Flujo de gas seco[Kgs-1]

Flujo de slido hmedo[Kgs-1]

Flujo de slido seco[Kgs-1]

YHumedad absoluta del gas[Kgagua/Kgas]

XHumedad absoluta del slidoK[Kggua/Kgss]

LLongitud del secador[m]

Continuacin Tabla 9.1: NomenclaturaSmboloSignificadoUnidades

MMasa[Kg]

NOTNmero de unidades de transferencia-

DRetencin de slidos-

DORetencin de slidos sin flujo de gas-

TTemperatura[C]

Tiempo[s]

NVelocidad de rotacin[rps]

vVelocidad del gas[ms-1]

Tabla 9.2: SubndicesSignificadoSmbolo

AguaW

AireAire

Aire de entradaG2

Aire de EscapeEscape

Aire de salidaG1

AmbienteAmb

Bulbo hmedoBh

Bulbo secoBs

EntradaEntrada

ExperimentalExp

GasG

Gas secoGs

LquidoL

Medio logaritmoML

PerdidoP

Placa PetriVaso

Salida de aire por el ducto superiorTotal

Slido de entradaS1

Slido de salidaS2

Slido hmedoSh

Slido secoSs

TericoTeo

VaporV

10. BIBLIOGRAFA

10.1. TEXTOS.

5.1.1 OCN J., TOJO G., Problemas de ingeniera qumica, 3a. ed., Aguilar S.A. Ediciones, (1976).5.1.2 TREYBAL, R, Operaciones de transferencia de masa, 2a. ed., McGraw-Hill, Mexico (1980).5.1.3 YUNUS A. CENGEL, Transferencia de calor, 2a. ed., McGraw-Hill Book Company, (2003), Mexico.

10.2. PGINAS WEB:

19

APNDICE ADATOS BIBLIOGRFICOS

Tabla A.1: Presin de vapor (Ecuacin de Antoine modificada)[footnoteRef:16] [16: TEXAS INSTRUMENTS Voyage 200, Antoine PRGM 2274.]

Donde: T [C] y p [KPa].

Tabla A.2: Propiedades termodinmica del vapor de agua.[footnoteRef:17] [17: CENGEL YUNUS Termodinmica Apndice 1, tabla A-4: propiedades del agua saturada, tabla de temperaturas, pagina 890.]

0,012500,9

52489,1

102477,2

152465,4

202453,5

252441,7

302429,8

352417,9

Tabla A.3: Valores para el calor especfico del agua y de la arena[footnoteRef:18] [18: CENGEL YUNUS Transferencia de calor Apndice 1, tabla A-8 y A-9, pgina 853 y 854.]

80042171515

APNDICE BRESULTADOS INTERMEDIOS

Tabla B.1: Masas de slido hmedo, seco y humedades para la muestra inicial.Placa

3a33,2431,266,3310-26,5510-26,15

460,9957,016,9810-2

5a32,530,566,3510-2

Tabla B.2:Masas de slido hmedo, seco y humedades para la primera corrida.Placa

1231,4930,951,7410-22,0110-21,97

14a39,4638,711,9410-2

1566,4164,892,3410-2

Tabla B.3: Masas de slido hmedo, seco y humedades para la segunda corrida.Placa

6039,5338,692,1710-21,9110-21,87

2369,2268,031,7510-2

5AA61,4760,381,8110-2

Tabla B.4: Flujo de slido a la entrada y salida del secador y seccin transversal en la alimentacin de slido hmedo en el equipo de secador.

4,9010-24,6010-21,2410-2

Tabla B.5: Densidad de flujo msico del slido seco y del slido hmedo

3,963,72

Tabla B.6: Temperatura promedio, densidad, velocidad y flujo del aire hmedo por unidad de rea en el escape, del aire empleado en la combustin para ambas corridas experimentales.Corrida

1394,200,8510,308,77

2385,850,876,916,02

Tabla B.7:Flujo de aire hmedo por unidad de rea, rea del secador y rea del tubo de escape.Corrida

10,977,0710-27,8510-2

20,67

Tabla B.8:Presiones de vapor, humedad absoluta a la entrada y a la salida del secador y humedad promedio. Corrida

11,4510-24,5410-29,6310-33,1110-25,8010-22,6110-24,2010-2

21,4510-24,1610-29,6310-32,8410-24,7810-32,3510-21,4110-2

Tabla B.9:Flujo de aire seco por unidad de rea y flujo de aire seco para ambas corridas experimentalesCorrida

19,3510-16,6110-2

26,5910-14,6610-2

Tabla B.10:Parmetros para la obtencin del NOT y del HOT para obtener el coeficiente volumtrico de transferencia de calor para ambas corridas experimentales

Corrida

159,08155,902,641,141084,20892,14

254,41142,602,621,141031,62594,22

Tabla B.11: Entalpas del gas y del slido a la entrada y salida para ambas corridas experimentales.Corrida

1366826,84110605,043840,423679,35

2198537,01102151,783840,423455,92

Tabla B.12: Calor perdido.Corrida

116949,97

24509,96

APNDICE CMETODOLOGA DE CLCULO[footnoteRef:19] [19: Los ejemplos de clculo estarn referidos a la primera corrida cuando corresponda.]

C.1Clculo de la masa de slido hmedo MSH.Para la muestra inicial 3A de la tabla 5.2, la masa de slido hmedo MSH se determinar de la siguiente manera:

Los resultados se entregaran en la tabla B.1

C.2Clculo de la masa de slido seco MSS.Para la muestra inicial 3A de la tabla 5.2, la masa de slido seco MSS se determinar de la siguiente manera:

Los resultados se entregaran en la tabla B.1C.3 Clculo de la masa de agua MwPara la muestra inicial 3A en la tabla 5.2, la masa de agua MW estar determinada por:

Los resultados se entregaran en la tabla B.1C.4Clculo de la humedad inicial del slidoLa humedad del slido en base seca para la muestra 3A se determinar por medio de la siguiente ecuacin:

Finalmente la humedad del slido en base seca se determinar como el promedio de las tres muestras iniciales 3A, 4 y 5A.

Los datos aparecen en la tabla B.1

Con esto, el porcentaje de humedad del slido ser:

Los datos aparecen en la tabla B.1

Se realizan los mismos pasos para la primera y segunda corrida, ocupando los datos de las tablas 5.3 y 5.4 cuyos resultados se encuentran en las tablas B.2 y B.3 respectivamente.

C.5Clculo del rea de ingreso del slido hmedo.Se considera para esto, que el rea es la seccin transversal adyacente al secador rotatorio:

Con los datos de la tabla 5.13, se obtiene:

El resultado se encuentra tabulado en la tabla B.4

C.6Clculo del flujo de entrada de slido hmedo.Para esto se ocupa la siguiente ecuacin y los datos de la tabla 5.5:

El resultado se encuentra en la tabla B.4.C.7Clculo de densidad de flujo msico del slido hmedo.Para esto se ocupa la siguiente ecuacin y los resultados obtenidos anteriormente:

El resultado se encuentra en la tabla B.5.C.8Clculo de densidad de flujo msico de slido seco.Se ocupa la siguiente ecuacin y los datos de la tabla B.1:

Los resultados se entregaran en la tabla B.5C.9Clculo del flujo de entrada de slido seco

Los resultados se entregaran en la tabla B.4C.10Clculo de la densidad del aireSuponiendo para el aire que se ajusta al modelo de gas ideal tenemos:

Donde T [K] ser la temperatura promedio entre TG de entrada y salida del secador rotatorio, con los datos de la tabla 5.1 y 5.6:

El resultado se encuentra en la tabla B.6.

C.11Clculo del flujo de entrada de aire por unidad de reaPara esto se ocupa la siguiente ecuacin:

Pero antes hay que realizar un cambio de unidades a la velocidad, con la siguiente relacin, con los datos de la tabla 5.8:

Los resultados se entregaran en la tabla B.6.

C.12Clculo del rea del secadorSe ocupa la siguiente ecuacin y los datos de la tabla 5.13:

El resultado se encuentra en la tabla B.7.C.13Clculo del rea de escape Se ocupa la ecuacin C.15 y los datos de la tabla 5.13:

El resultado se encuentra en la tabla B.7.

C.14Clculo del flujo de entrada de aire con correccin de rea.Se ocupa la siguiente ecuacin y los datos calculados anteriormente:

Los resultados se entregaran en la tabla B.7

C.15Clculo de la humedad de entrada y salida del airePara esto se ocuparon las siguientes ecuaciones:

Despejando Y de la ecuacin C.18, se obtiene:

Primero, por Antoine de la ecuacin representada en la tabla A.1 se obtuvieron las presiones de vapor para la entrada y salida. Hay que considerar que en Antoine se trabaja a una presin de 1 [atm]. Con los datos de las tablas 5.1 y 5.8:

Que es la presin de vapor a la entrada de ambas corridas.

Que es la presin de vapor a la salida de la primera corrida.Luego ocupando la ecuacin C.17 y C.19 se obtienen:

Estos valores son para la entrada de la primera corrida, para la salida y la segunda corrida se realiza el mismo procedimiento.Los resultados se encuentran en la tabla B.8

C.16Clculo del flujo de aire seco por unidad de rea.Se necesita la humedad absoluta promedio para el secador considerando la humedad absoluta de entrada y la de salida, con los datos de la tabla B.8, se obtiene:

Por medio de la ecuacin siguiente:

Los resultados se encuentran en la tabla B.9.C.17Clculo del flujo de aire seco.Por la siguiente ecuacin y los datos de las tablas B.7 y B.9, se obtiene:

Los resultados se entregaran en la tabla B.9

C.18Clculo del nmero de unidades de transferencia de calorPara determinar la temperatura medio logartmica al interior del secador, se requiere de la ecuacin 2.10 y los datos de las tablas 5.1, 5.6 y 5.7:

Se proceder a determinara por medio de la siguiente ecuacin

Por medio de la ecuacin 2.9:

Parmetro que no se encuentra dentro del rango aceptable para un secador rotatorio, cuyo rango es Los resultados se entregaran en la tabla B.10C.19Clculo de la longitud del nmero de unidades de transferencia de calor.Por medio de la ecuacin 2.7, y de los datos de la tabla 5.13 y B.10 se tendr que:

Los resultados se entregaran en la tabla B.10.C.20Clculo del calor hmedo CSPor medio de la siguiente ecuacin:

Los resultados se entregaran en la tabla B.10

C.21Clculo del coeficiente volumtrico de transferencia de calor experimental y terico Experimental:Se requiere de la ecuacin 2.8, donde arreglndola, queda:

Los resultados se entregaran en la tabla 6.1 Terico:Se ocupa la ecuacin 2.11:

Error relativo:Se ocupa la siguiente relacin:

Los resultados se encuentran en la tabla 6.1C.22Clculo de la retencinLa masa de slido retenido se determinar masando la arena con los baldes a la salida del secador rotatorio y luego restando la masa de los baldes, con los datos de la tabla 5.10, se obtiene:

Luego se realiza la sumatoria de todas las masas retenidas por cada balde:

Este mismo procedimiento se realiza para la segunda corrida experimental. El resultado se encuentra en la tabla 6.2.Luego con la ecuacin 2.1 se obtiene:

Los resultados se entregaran en la tabla 6.2.

C.23Clculo de Entalpas del gasMediante la ecuacin 2.14, los datos de las tablas 5.6, B.8 y A.2:

Para las otras entalpas de gas se procede de la misma forma los resultados estn en tabla B.11C.24Clculo de Entalpas del slidoMediante la ecuacin 2.15, y los datos de las tablas 5.6, A.3 y B.1.

Para las otras entalpas del slido se procede de la misma forma los resultados estn en tabla B.11C.25Clculo del Calor perdidoEst dado por la ecuacin 2.13 y con los datos de las tablas B.4, B.9 yB.11se obtiene:

Resultados se encuentran en la Tabla B.12C.26Clculo de la eficiencia trmicaEst dado por la ecuacin 2.12 y los datos de las tablas B.9, B.11 y B.12:

Resultados se encuentran en la Tabla 6.3.