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.