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Crisóstomo Barajas Ferreira Operaciones Unitarias I

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SECADO

1. Un sólido húmedo se seca desde el 75% hasta el 35% de humedad (base húmeda).

En las mismas condiciones en las que fue determinada la cinética de secado, la

velocidad máxima de secado es 1,8 kg agua/m2.h, la superficie de secado es de 0, 5

m2/kg sólido seco, Xc=1,70 kg agua/kg sólido seco; X*= 0,45 kg agua/kg sólido

seco

Calcule el tiempo total de secado.

2. Una torta filtrante de 2 cm de espesor que contiene inicialmente 1000 kg de sólido

seco por m3 se seca sobre una bandeja por un solo lado en condiciones de secado

constante. La velocidad máxima de secado es de 1 kg agua/h.m2. Para secar la torta

desde la humedad del 40% hasta la del 5% (base seca) se necesitan 12 h, y puede

suponerse que la humedad del equilibrio es despreciable.

Calcule:

a) Humedad crítica b) Los períodos antecrítico y poscrítico c) En cuánto ha de incrementarse el tiempo de secado para reducir la

humedad al 3%.

X N 1,70 1,80 1,60 1,689 1,50 1,58 1,40 1,47 1,30 1,365 1,20 1,26 1,10 1,155 1,00 1,05 0,90 0,945 0,80 0,84 0,70 0,37 0,60 0,20 7/13 0,11

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3. Se ha de diseñar un secadero para producir 1 tn por hora de material con una

humedad del 2% partiendo de un material pulverulento de humedad 50%, que ha

de secarse en condiciones constantes a las que le corresponde una humedad de

equilibrio de 0,5%. En las experiencias de laboratorio realizadas en condiciones

análogas a las de funcionamiento del secadero se ha encontrado que la velocidad de

secado en el período antecrítico es de 50 kg/h.m2 y su humedad crítica del 25 %

(todas las humedades en base seca).

Calcule el espesor del material en las bandejas si el secado se verifica solamente por la cara superior, y la densidad global del material de entrada al secadero es de 800 kg/m3.

4. En condiciones constantes de secado un sólido húmedo se seca desde la humedad

del 30% hasta el 10% en cuatro (4) horas. Su humedad crítica es del 16% y la de

equilibrio del 3% (expresadas las humedades sobre base húmeda).

Calcule:

a) El tiempo necesario para secarlo desde la humedad del 10% hasta el 6%,

empleando las mismas condiciones de secado.

b) La velocidad de secado en el instante en que su humedad es del 10%, si el

sólido está formado por placas de 5 cm de espesor, tiene una densidad

global de 1900 kg/m3, y se seca por ambas caras.

5. En las experiencias de secado efectuadas en condiciones constantes de secado

sobre un material dispuesto en planchas de dimensiones 20 cm x 30 cm x 1 cm, se han obtenido los siguientes datos:

t (min) ω (g) t (min) ω (g)

0 532 70 449 10 514 80 443 20 496 90 440 30 483 100 436 40 470 110 434 50 462 120 431 60 454

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El peso del sólido seco es de 350 g.

a) Construya la curva de velocidad de secado en las condiciones de experimentación, si el secado se efectúa por ambas caras.

b) Calcule las humedades críticas CX y de equilibrio *X

6. En un Secadero de laboratorio se han efectuado experiencias de secado, empleando aire a 60 OC, con una temperatura húmeda de 45 0C; sobre planchas de cartón de dimensiones de 20 cm x 25 cm x 5 cm, obteniéndose los datos indicados en la tabla adjunta. Posteriormente la muestra se seca totalmente a temperatura más elevada y su peso finalmente se reduce a 115 g.

Calcule:

a. Velocidad de secado en el período antecrítico. b. Humedad crítica CX

c. Humedad libre en el punto crítico * - CX X

d. Humedad de equilibrio *X

t (min) ω (g) t (min) ω (g)

0 394 74 284 5 387 83 270 10 379 90 262 15 371 99 251 20 363 108 242 25 355 120 232 30 347 131 222 40 331 146 211 51 316 160 202 58 306 180 195 65 296 200 189 220 185 250 185

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7. En el secado de un material cerámico de área de superficie de secado de 230 cm2

cuyo peso de material seco es de 380 g, se han obtenido los datos siguientes, cuando el secado se efectúa en condiciones constantes:

t (min) ω (g) t (min) ω (g)

0 487 32 455 2,5 484 36 454 3 482 40 453 4 480 46,5 452 5 478 51,5 451

6,5 476 64 450 9 472 73 449

11,5 469 77 448 13 467 93 447

14,5 465 103 446 16 463 129 445

18,5 461 158 443, 21 459 1000 440 27 456

Calcule:

a) La velocidad de secado en el período antecrítico b) La humedad crítica CX

c) La humedad libre en el punto crítico * - CX X

d) La humedad de equilibrio *X e) El tiempo de secado antecrítico

8. En un secador se ha de obtener un producto con humedad del 12% (base húmeda)

que entra en el secadero con humedad del 70% (base húmeda). El material a secar de densidad 900 kg/m3 (a la entrada del secadero) se extiende sobre bandejas secándose por las dos (2) caras, y su espesor no ha de ser superior a 2,54 cm. Los ensayos previos efectuados en el laboratorio reportan los siguientes resultados:

* kg = 0,10

kg de sólido secoX

kg = 1,5

kg de sólido secoCX

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2

kg2,0

m . hCN

La velocidad de secado en el primer período postcrítico varía linealmente con la humedad

hasta que ésta se reduce a kg

0,5 kg de sólido seco

, y en ese instante la velocidad de secado

es de 2

kg1,0

m . h

Para el segundo período postcrítico, se han determinado experimentalmente siguientes valores:

X N

0,45 0,875 0,30 0,500 0,18 0,200

Calcule el tiempo de secado. 9. Para el secado de un pigmento inorgánico se emplea un secadero de bandejas, sobre

las cuales circula aire a 685 mm Hg de presión, con una temperatura de 65 oC y humedad relativa del 55%. El producto se dispone en capas de 5 cm de espesor, y el aire circulará paralelamente a la superficie con una velocidad de 2,5 m/s.

La superficie superior del sólido está colocada directamente hacia las tuberías calentadas con vapor, cuya temperatura superficial es de 205 oC, a una distancia de la superficie superior a 120 mm

Calcule el tiempo necesario para secar el pigmento desde el 40% hasta el 3 % de agua (base seca).

DATOS En ensayos preliminares se determinaron los siguientes valores:

; * kg = 0,014

kg sólido secoX

kg = 0,080

kg sólido secoCX

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3

kg = 1050

mS (Densidad en base Seca);

0

W = 4,8

m Sk

C;

= 0,925

0,80

S S2 0 2

W kg aire seco = 14,3 G ; G

m m sch

C

Las dimensiones de las bandejas son: 0,95 m x 0,75 m x 55 mm; 1,125 mm de espesor

0

W = 45

m Mk

C

-8 4 4

R 2

(5,729x10 )( ) W = ; T = K ; h

( ) m K

RR

R

T Th

T T

´ ´cy

s

(h )( ) ( )q = = k ( )k G s R R s

c s G

s

U T T h T TN Y Y

c u u m

1 1 A A A

U h A A A

SM

k M S

ZZ

k k

´ ´ ( )

(1 )( ) ( )s G s k RG s R s

c c c

y

Y Y U hT T T T

h h hk

10. Una plancha de cartón de dimensiones 100 cm x 100 cm x 1 cm, se somete a

secado por ambas caras en condiciones constantes. Cuando se introduce en el secadero su peso es de 15 kg, durante las dos primeras horas de secado pierde 5 kg de agua, secándose con velocidad constante. A partir de este momento, la velocidad de secado es decreciente, y después del tiempo suficiente, la velocidad de secado se hace cero (0), reduciéndose el peso de la plancha a 7,5 kg. En las condiciones en que se efectúa el secado el sólido ya no pierde mas peso; sin embargo, la determinación de humedad del sólido a la salida del secadero indica que contiene todavía 1,5 kg de agua.

Calcule:

a) La humedad crítica b) La velocidad de secado en el periodo anticrítico

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c) La humedad de equilibrio d) La humedad libre en el punto crítico

11. Un sólido cristalino (Ejemplo 12.4)1 insoluble húmedo con agua se coloca en una

bandeja de 0,7 m por 0,7 m, 25 mm de profundidad, hecha de hierro galvanizado de 0,8 mm de espesor. La bandeja se coloca en una corriente de aire a 65 °C, humedad de 0,01 kg de agua/kg aire seco, que fluye en forma paralela a la superficie superior e inferior a una velocidad de 3 m/s. La superficie superior del sólido está colocada directamente hacia las tuberías calentadas con vapor, cuya temperatura superficial es

de 120 °C, a una distancia de la superficie superior a 100 mm; Sólido

= 0,925

a) Calcule la rapidez de secado a rapidez constante. b) Vuelva a calcular la rapidez si la bandeja está completamente aislada del calor y

si no hubiese radiación de las tuberías de vapor.

1 Operaciones con Transferencia de Masa Segunda Edición. Robert E. Treybal, McGraw-Hill, México D.F, 1997