Practica de Secado
Practica de Secado
Practica de Secado
Unidad Profesional
Interdisciplinaria de Ingeniería
Campus Guanajuato
Ingeniería Biotecnológica
Laboratorio de
Bioseparaciones
PRÁCTICA 8. SECADO
Integrantes equipo 1:
Gallegos Casillas Porfirio Alberto
Medina Nieto Damaris Bethsabe
Pérez Pérez Karina Daniela
Grupo 6BV1
Docentes:
Ma. Lourdes Mejía Farfán
Juan Antonio Paniagua
Héctor Márquez Lona
Semestre AgostoDiciembre
II. INTRODUCCIÓN
El secado de sólidos es una operación unitaria que consiste en separar pequeñas cantidades
de agua u otro líquido de un material sólido con una corriente de aire, con el fin de reducir el
contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente. El secado implica la
transferencia simultánea de masa y energía y es habitualmente la etapa final de una serie de
operaciones (Geankoplis, 2006).
Tiene por objetivo facilitar el manejo posterior del producto sólido, reducir costes de
transporte, aumentar la capacidad de los aparatos y proteger los productos hasta su
utilización (De la Iglesia, 2006).
Para poder escoger el tipo de secador, el tamaño y calcular el tiempo de secado para una
sustancia a una escala mayor bajo condiciones específicas se debe establecer un programa
basado en pruebas de secado.
Para poder comprender el proceso de secado, se debe tomar en cuenta ciertos conceptos
involucrado en dicho proceso, los cuales se enlistan a continuación:
● Humedad ligada: Se refiere al agua retenida en las paredes celulares o poros del
sólido, que ejerce una presión de vapor en el equilibrio menor que la del líquido puro
a la misma temperatura, corresponde a la humedad adsorbida físicamente.
Figura 3. Representación molecular de un sólido que contiene humedad ligada, llamado Cuerpo
Higroscópico.
● Humedad no ligada: Se refiere a la humedad que contiene una sustancia que
ejerce una presión de vapor en el equilibrio igual a la del líquido puro a la misma
temperatura.
Figura 4. Representación molecular de un sólido que contiene humedad no ligada, llamado Cuerpo Húmedo.
● Humedad libre (XX*): Es la humedad que tiene una sustancia y que se halla en
exceso sobre la humedad de equilibrio. Sólo la humedad libre se puede evaporar. Es
función de las condiciones del secado.
(Treybal, 1988)
Otro concepto importante que se debe considerar es el contenido crítico de humedad
(Xc) el cual representa al contenido de humedad promedio cuando concluye el periodo de
velocidad constante.
El peso de una muestra a secar puede medirse como una función del tiempo como se
muestra a continuación en la figura 5.
Figura 5. Representación de curva de secado por lotes, a condiciones de secado constantes (Treybal, 1988).
(Treybal, 1988)
Generalmente se observan dos partes principales en la cura de rapidez de secado, los cuales
son el periodo de rapidez constante y uno de rapidez decreciente como se muestran en la
figura 6.
Figura 6. Curva típica de rapidez de secado por lotes, a condiciones de secado constantes (Treybal, 1988).
La velocidad de secado
Con la finalidad de fijar horarios de secado y determinar el tamaño del secador, es necesario
saber el tiempo que se requerirá para secar una sustancia a partir de un contenido de
humedad a otro en condiciones específicas. Por tal motivo la velocidad de secado que se
define como “R” se calcula de la siguiente forma:
Donde
R= velocidad de secado [=] g agua/hm2 Ls
= masa del sólido seco [=] g
A= área de transferencia[=]m2
ΔX = diferencial de masa de agua/ masa seca [=] g de agua/ g de masa seca Δt =
diferencial de tiempo [=] h
Además de los parámetros antes mencionados, en la industria biotecnológica se debe tener
en cuenta un aspecto muy importante, el cual se menciona a continuación.
Actividad de agua
Los tejidos de los seres vivos contienen agua en distintas proporciones, esta agua está
distribuida de manera compleja y heterogénea. Las proteínas, los carbohidr. y los lípidos
contribuyen a la formación de complejos hidratados de alto peso molecular dentro de los
tejidos y su cuantificación y caracterización en los alimentos es difícil de determinar. En
general el contenido de humedad de un producto es el agua total que contiene.
Donde:
P = Presión de vapor del agua del alimento a una temperatura T. Pº =
Presión de vapor del agua pura a la misma temperatura.
%HR = Humedad relativa de equilibrio del alimento a la cual no se gana ni se pierde agua.
(Herrera, et al., 2003)
III. OBJETIVOS
GENERAL:
Identificar los mecanismos asociados al proceso de secado de sólidos en un sistema
adiabático, relacionando los conceptos con las variables de operación al momento de
efectuar el desarrollo experimental, permitiéndose colaborar en conjunto.
PARTICULARES:
● El alumno describirá las principales variables involucradas en el proceso de secado
de sólidos apreciando la importancia de estas.
● Determinar experimentalmente la curva de secado para un sólido húmedo (Óxido de
Aluminio) a temperatura y velocidad de aire constantes, permitiendo la discusión de
los resultados obtenidos.
● Determinar:
o El contenido de la humedad al equilibrio
o El contenido de la humedad crítica
o El contenido de la humedad libre
o La velocidad de secado.
haciendo uso de las correlaciones apropiadas, permitiendo la discusión de los
resultados obtenidos.
El equipo cuenta con 4 charolas removibles, disponibles para el secado del sólido en las
mismas. Las charolas con el sólido que se va a secar son expuestas a un flujo de aire en el
canal. El flujo de aire caliente el sólido y remueve la humedad liberada. La velocidad del
aire puede ajustarse por la velocidad de un ventilador. Un
calentador ajustable permite el calentamiento del aire. Es posible observar el proceso a
través de la puerta transparente del equipo. Puede usarse la balanza analítica para el
monitoreo los cambios de peso del sólido debido a la evaporación ya que las bandejas se
pueden suspender sobre ésta. La temperatura del aire y la humedad relativa son medidas y
mostradas de manera digital por un mismo sensor combinado antes y después de que el flujo
de aire pasa sobre el sólido. Otro sensor mide la velocidad del aire. En la figura 8 se muestra
un diagrama con las partes del equipo indicadas.
Figura 8. CE 130 Secado por Convección, GUNT Hamburg®. Especificación de partes: (1) canal de secado, (2)
chapas de secado, (3) puerta transparente, (4) esquema de proceso, (5) sensor de velocidad de flujo, (6) punto de
medición de humedad y temperatura, (7) balanza digital, (8) soporte para chapas de secado, (9) punto de medición
con sensor combinado de humedad y temperatura, (10) armario de distribución con indicadores digitales, (11)
ventilador (GUNT Hamburg , 2005) (a) anemómetro, (b) Alúmina colocada en el dispositivo.
V. MATERIALES Y EQUIPO
● Agua destilada 1 L (ó Agua Ciel)
● Óxido de aluminio (Alúmina) 60 gr aprox.
● Vernier
● Vaso de precipitado de 600 ml
● Homogeneizador
● Secador por convección C 130 de Gunt® con sus respectivos accesorios
● Flexómetro
● Balanza electrónica
● Balanza analítica
● Estufa
● Espátula
● Papel aluminio
● Anemómetro
VI. METODOLOGÍA
El flujo de aire se mantuvo constante a 0.1 m/s con pequeñas variaciones al inicio y la
temperatura aumentó aproximadamente de 1.5 a 2°C respectivamente en la entrada y la
salida del túnel de secado durante las dos horas. El porcentaje de humedad relativa también
presenta algunas variaciones.
Para posteriores cálculos se consideró la densidad del agua de ρ H2O= 0.99 g/mL a
temperatura de 20°C ya que fueron las condiciones a las cuales se hidrató la alúmina. La
diferencia de pesos de la alúmina sin hidratar y la hidratada es de 43.49 g.
Se consideró que el equilibrio durante la operación de secado se alcanzó en la medición del
minuto 120 y 125, pues ya no varió la masa de la alúmina aún mojada. Por lo tanto:
Éste valor es el contenido de humedad en el equilibrio. Donde W son los Kg de alúmina con
agua, y Ws es la masa de sólido seco. Con X* se procede a calcular el contenido de humedad
libre (X) para cada Xt es decir en cada punto. definido por:
En la figura 10 se logran observar los puntos típicos de una curva de secado donde el punto
A el periodo inicial de ajuste en estado no estacionario suele ser bastante corto, la es recta
entre los puntos B y C, este periodo de velocidad constante de secado En el punto C la
velocidad de secado comienza a disminuir en el periodo de velocidad decreciente, hasta
llegar al punto D. En el punto D la velocidad de secado disminuye con más rapidez aún,
hasta que llega al punto E.
Donde
R= velocidad de secado =g agua/hm2 Ls
= masa del sólido seco g
A= área de transferencia 398mmx320mm=0.1274m2
Con estos datos se puede ahora construir un gráfico de humedad libre vs velocidad de
secado. Dicho gráfico se muestra en la figura 11.
Figura 11. Perfil de velocidad de secado en función de la humedad libre.
Al secar un sólido en el seno de una masa de aire tiene lugar simultáneamente transferencia
de materia y transmisión de calor. Los fenómenos que suceden son:
I Período Inicial: la evaporación ocurre como desde una superficie libre y, usualmente, la
temperatura incrementa desde su valor inicial (To) hasta la temperatura de bulbo húmedo del
aire (Twb).
II Período de velocidad constante (Nwc): durante este período el secado aún se lleva
a cabo por evaporación de la humedad desde una superficie saturada (evaporación desde una
superficie libre) y el material permanece a Twb.
Mismos periodos que pudieron ser observados en la curva anterior de la figura 10.
Presión. Una menor presión causa una disminución en la razón de la remoción de calor y
masa pero aumenta la difusión interna a través de la estructura porosa de la partícula.
Los experimentos también mostraron que una mayor velocidad superficial del gas así como
también una mayor temperatura de operación, como resultado a una menor resistencia
externa a la transferencia de masa, da como resultado una mayor razón de secado.
VIII. CONCLUSIONES
Se logró la realización del secado de alúmina mediante la utilización del secador por
convección C 130 de Gunt®, ya que mediante la graficación de los datos fue posible
apreciar el comportamiento típico de una curva de secado.
IX. CUESTIONARIO
1. ¿Cómo indicamos que el proceso de secado ha terminado?
X. REFERENCIAS
● McCabe W., Smith J., Harriott P., Operaciones unitarias en Ingeniería Química, 7ed,
McGrawHill Interamericana, 2007, México, 1190 págs.
● Treybal, R. Operaciones de transferencia de masa, 2 ed, McGrawHill
Interamenricana, 1988, México, 858 págs.
● De la Iglesia J. (2006). “Operaciones y Procesos: Operaciones Unitarias
Importantes”. Universidad de Cantabria.
● GUNT Hamburg . (Mayo de 2005). GUNT Hamburg Equipment for engineering
education. Recuperado el 24 de Noviembre de 2015, de CE 130 Convection Drying:
http://www.gunt.de/networks/gunt/sites/s1/mmcontent/produktbilder/08313000
/Datenblatt/08313000%202.pdf
● Fito Maupoey, P., Andrés Grau, A. M., Barat Baviera, J. M., & Albors Sorolla,
A. M. (2001). Introducción al Secado de Alimentos por Aire Caliente (Primera
Edición ed.). Valencia, España: Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia.
● Geankoplis. (2006). “ Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias”. 3era
edición. Capítulo 9.
● MOSTAFA, M.R. (1997) Adsorption of mercury, lead and cadmium ions on modified
silica gel. Adsorption Science and Technology, vol. 15, no. 8, p. 551557.
● Perry.(1992).”Manual del Ingeniero Químico”. Tomo V. México: Mc Graw Hill.
● Herrera C., Bolaños N., Lutz G. (2003) “Química de alimentos. Manual de
laboratorio”. 1º ed. Costa Rica: Editorial de la Universidad de Costa Rica.
● Bolaños Murillo, P., Hernández C, C., & Rojas Trejos, J. (2002). Agroindustria II
Parte. Aspectos Tecnológicos de la Agroindustria (Segunda Edición ed.). San José,
Costa Rica: EUNED.
XI. ANEXOS