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Operaciones de secadoTRANSCRIPT
TEMA 6
SECADO
INGENIERIA BIOQUÍMICA 2008-2009
TEMA 6: SECADO
Objetivos: Conocer los fundamentos de la operación de secado y los cálculos básicos para el diseño de secaderos
Contenido:
1. Introducción
2. Deshidratación por aire caliente
2.1. Mecanismo
2.2. Análisis Matemático
2.3. Diseño de secaderos contínuos
• Definición
1. INTRODUCCIÓN
TEMA 6. SECADO
• Métodos:
- Deshidratación por aire caliente
- Deshidratación por contacto con superficie caliente
- Aporte energético en forma de radiaciones
- Liofilización
• Aplicación principal en Ingeniería Bioquímica: secado de alimentos o medios de cultivo
Base fundamental: PSICROMETRÍA
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
TEMA 6. SECADO
• Definiciones:
- Humedad total de un sólido
WT (kg agua/ kg sólido seco)
- Humedad de equilibrio de un sólido
WE (kg agua/ kg sólido seco)
- Humedad libre
W = WT - WE
2.1. Mecanismo de la deshidratación por aire caliente
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
ϕ
WT (kg a/kg ss)
1
WE
ϕ
WT (kg a/kg ss)
1
WE
WE = f(tipo de sólido, condiciones (X, T ó ϕ) del aire)
Figura 6.1. Relación entre WE y las condiciones de humedad del aire para distintos sólidos
ϕ
WT
1
WE
W
ϕ
WT
1
WE
W Figura 6.2. Humedades del sólido en función de las condiciones del aire
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
• Condiciones el fenómeno (figura 6.3):
- Sólido inerte humedecido con agua pura
- Corriente de aire caliente de humedad y T constantes
• Teoría de la deshidratación por aire caliente:
Película de agua
Superficie del sólido
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
• Etapas del proceso discontinuo de secado (figura 6.4 a, b y c):
- Etapa A-B: estabilización
- Etapa B-C: velocidad de secado constante
- Etapa C-D: velocidad de secado decreciente
• Teoría de la deshidratación por aire caliente:
Humedad crítica (WC): correspondiente al cambio de BC a CD
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
a) Condiciones de secado constantes
2.2. Análisis matemático:
Figura 6.5
- Periodo I: W≥≥≥≥WC: ctedt
dW
I
=
−
( )WTThAQ −=
( )
W
W
I r
TThA
dt
dW −=
−
( )XXAkdt
dWWg
I
−=
−
W (kg a/kg ss)
(-dW/dt)
WC
I I
W (kg a/kg ss)
(-dW/dt)
WC
II
[1]
[2]
[3]
[4]
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
a) Condiciones de secado constantes
- Periodo II: 0 ≤≤≤≤ W≤≤≤≤WC:
[5]( ) ( ) cteXXAkTTr
hA
dt
dWWgW
WI
=−=−=
−
2.2. Análisis matemático:
I
C1
I
I
C1
I
dt
dW
WWt
t
WW
dt
dW
−
−=∴
−=
− [6]Tiempo de
secado:
III dt
dW
dt
dW0
−≤
−≤
[9][8]
[7]
)(dt
dW
II
Wf=
− ∫−=
2
C
W
WII
dWt
f(W)Fig. 6.6
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
Fig. 6.6
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
a) Condiciones de secado variables. SECADEROS CONTINUOS2.2. Análisis matemático:
•Periodo I: W≥≥≥≥WC: X)-(Xdt
dWW
I
f=
− [1]
( )XXW,dt
dWw
II
−=
− f [10]• Periodo II: 0 ≤≤≤≤ W≤≤≤≤WC:
W1
X2 X1
W2
I II
WC
W1
X2 X1
W2
I II
WC
• Nomenclatura:m: kg aire seco/ kg sólido seco(WP, XP): Condiciones genéricas en un punto P
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
2.3. Diseño de secaderos continuos.
W1
m, X2 m, X1
W2
I II
WC
XC
X1<XC< X2
W1>WC>W2
W1
m, X2 m, X1
W2
I II
WC
XC
X1<XC< X2
W1>WC>W2
• Balance de agua:
Total:
Hasta un punto P, contracorriente:
Hasta un punto P, paralelo:
( )1221 XXmWW −=−
( )P2P1 XXmWW −=−
( )1PP1 XXmWW −=−
[11]
[12]
[13]
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
• Cálculo del tiempo de secado
∫
−
−=2
1
W
W
dt
dW
dWt [14]
Pasos
a) Cálculo de valores (WP, XP) en puntos intermedios a lo largo del secadero
[11], [12], [13]
b) Determinación de XW en cada punto intermedio y de la fuerza impulsora (XW-XP)
Diagrama Psicrométrico (pag siguiente)
c) Cálculo de la velocidad de secado en cada punto intermedio
[1], [10]
d) Cálculo del tiempo de secado
[14]
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
Cálculo de XW: Depende del tipo de secadero:
- Adiabático- T media controlada- Humedad controlada
Adiabático
2. DESHIDRATACIÓN POR AIRE CALIENTE
Cálculo de XW:
T media controlada
Humedad controlada