TP7 secado discontinuo 2015

Secado (I)
Secado (I). El aire no varía sus condiciones
Problemas
PROBLEMA 1*. Una placa de un material a través de la cual la humedad difunde tan rápidamente
que puede considerarse que la velocidad de secado es siempre constante, se somete a secado con aire
que prácticamente no varía sus condiciones, obteniéndose los siguientes datos:
- Peso inicial: 1 000 g
- Peso después de 2 h de secado: 600 g
- Peso al alcanzar el equilibrio: 380 g
- Peso del material seco: 300 g
Calcúlese el tiempo de secado para una placa de doble espesor si se ha de reducir su humedad desde el
65 % hasta el 25 % (base húmeda).
PROBLEMA 2*. Una torta filtrante de 0,02 m de espesor que contiene inicialmente 1 000 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 una humedad inicial del
40 % hasta una humedad final del 5 %, en base seca, se necesitan 12 h y puede suponerse que en el
período postcrítico la velocidad de secado es proporcional a la humedad libre y que la humedad de
equilibrio es despreciable.
Calcular:
(a) la humedad crítica;
(b) la duración de los períodos de velocidad constante y de velocidad decreciente;
(c) en cuánto debe incrementarse el tiempo de secado para que la humedad se reduzca al 3%.
PROBLEMA 3*. En experiencias realizadas con un material granular de densidad global 1 900
kg/m3, se ha encontrado que la humedad crítica es del 20 %, la de equilibrio del 2 %, y para la
humedad del 15 % el secado se verifica con una velocidad de 2 kg H2O h-1 m-2. La humedad está
referida al sólido húmedo.
Para el secado en condiciones constantes de este material, en las mismas condiciones de secado, desde
una humedad del 50 % hasta una humedad del 10 %, se coloca el material sobre bandejas de 5 cm de
espesor, verificándose el secado por ambas caras.
Durante el período de velocidad decreciente, puede suponerse que la velocidad de secado sigue una
variación lineal hasta la humedad de equilibrio, mientras que para el período de velocidad constante la
velocidad de secado varía con la potencia 0,8 de la velocidad másica del aire. Calcule:
(a) El tiempo total de secado en horas.
(b) El aumento porcentual de la velocidad másica del aire para que en el mismo tiempo de
secado calculado anteriormente, se alcance una humedad final del 5 % (base húmeda), suponiendo que
la humedad crítica es independiente de la velocidad másica del aire.
Problemas de Operaciones Unitarias III – 2015 – Ingeniería Química – UNT
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Secado (I)
PROBLEMA 4*. Un secadero tiene una producción de 1 000 kg/día (veinticuatro horas), empleando
en cada ciclo 5 h para el secado y 1 h para la carga y descarga del material.
El sólido a secar, que se coloca en bandejas de 1m x 1m, entra al secadero con una humedad del 42 %
y sale con una humedad del 10 %. El secado se efectúa en condiciones constantes con aire a 70 ºC y
temperatura húmeda de 40 ºC, a la velocidad másica de 6 500 kg h-1 m-2. En estas condiciones, la
humedad crítica es del 18 % y la del equilibrio del 2 %. La humedad está referida a base húmeda.
La velocidad de secado para el período de velocidad constante viene dada por la expresión:
RC = (30 + 0,15·T) G0,8 (Yi - Y),
con [RC] = kgH2O h-1 m-2, [T] = ºC, [G] = kgaire seco s-1 m-2 y [Y] = kgH2O/kgaire seco
Puede admitirse que la concentración de la torta es despreciable y que la densidad del sólido seco es
650 kg/m3.
Calcúlese:
(a) El número necesario de bandejas.
(b) El espesor del material en cada bandeja.
PROBLEMA 5*. Una carga de algodón con una densidad de 0,7 g/cm y un contenido inicial de
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humedad de 1 kgagua/ kgsólido seco se va a secar en forma discontinua en un secadero de bandejas hasta
una humedad de 0,1 kgagua/ kgsólido seco. Las dimensiones de las bandejas son 0,186 m2 y 1,27 cm de
espesor estando dispuestas de tal forma que el secado tiene lugar de la superficie superior únicamente,
ya que el fondo está aislado. El aire entra y circula a 71 ºC con una temperatura de bulbo húmedo de
49 ºC, y con un flujo másico de 2 452 kg/(h·m2). El contenido crítico estará en 0,4 kgagua/ kgsólido seco, y
la velocidad de secado durante el periodo de velocidad decreciente será proporcional al contenido de
humedad libre.
Determinar el tiempo necesario para el secado.
PROBLEMA 6. Un material cristalizado se seca en un secadero de bandejas empleando 12 h en el
secado de cada carga de 1 000 kg que ingresa al secadero. Las dimensiones de cada bandeja son 60 x
60 x 8 cm y el secado se verifica sólo por la cara superior. Los datos obtenidos en experiencias previas
son los siguientes:
Velocidad de secado para el período de velocidad constante:
inicial:
final:
Humedad (base húmeda)
crítica:
equilibrio:
2,5 kg/(h m2)
80 %
10 %
40 %
5%
Calcule:
(a) El número necesario de bandejas.
(b) La altura del material en cada bandeja si la densidad global de este material al inicio es de
1 300 kg /m3.
PROBLEMA 7. Se desea secar arena desde el 50% de humedad hasta el 10% (base húmeda) en
bandejas de 5 cm de espesor, por ambas caras. El aire caliente fluye a 90 ºC, 2% de saturación, en
forma tangencial, con un caudal exento de 3,12 kg/(m2 s). La densidad del sólido es 1 900 kg/m3.
Problemas de Operaciones Unitarias III – 2015 – Ingeniería Química – UNT
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Secado (I)
Experiencias realizadas en las mismas condiciones muestran que la humedad crítica es del 20 % y la
de equilibrio, del 2% (base húmeda).
Se puede suponer que durante el período postcrítico el secado es proporcional a la humedad libre, y los
flujos calóricos de radiación y conducción pueden desestimarse.
Calcular:
(a) el tiempo de secado;
(b) el aumento porcentual de la velocidad másica del aire para que el tiempo de secado sea el
mismo, si se quiere secar un segundo lote desde 60 % hasta 5 % de humedad en base húmeda; y
(c) el efecto sobre el segundo lote si en lugar de modificar la velocidad másica se redujese el
espesor a la mitad.
Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán llevarse
resueltos a la clase de problemas.
Sitio web: http://www.herrera.unt.edu.ar/operacionesunitarias2y3
Problemas de Operaciones Unitarias III – 2015 – Ingeniería Química – UNT
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