4 3 Unidad 4 - Operaciones de Secado - Ing de Procesos(2) (1)(1)

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INGENIERÍA DE PROCESOS
Unidad 4
Carrera de Ingeniería Industrial
Unidad 4
Procesos de Manufactura
PARTE 3
OPERACIÓN DE SECADO
SECADO
VIDEO INTRODUCTORIO
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Es la remoción de cantidades relativamente pequeñas de agua
1. Secado
Podrían ser otras sustancias diferentes al agua como por ejemplo solventes orgánicos utilizados industrialmente: benceno, acetona, hexano.
Estudiaremos el secado de materiales mediante una separación utilizando como agente la energía calorífica
Eliminación de agua de los materiales 
2. Fundamentos del secado por medios térmicos
 Un material que contiene agua (material húmedo) pierde agua por EVAPORACIÓN obteniéndose como producto un material con menos humedad (material “seco”)
 Se utiliza una cantidad de aire caliente que al entrar en contacto con el material “remueve” el agua. 
El agua pasa del estado líquido (en el material) al estado vapor (en el aire). 
3. Material a secar vs maquinaria (equipo)
 a) Sólidos (apariencia esencialmente sólida) 
a.1) Secadores de Bandeja
 (procesos intermitentes o por lote)
a.4) Secadores rotativos (usados para sólidos granulares)
a.3 ) Secadores de carretilla 
a.2) Secadores de banda 
(procesos continuos)
 b) Suspensiones o pastas
Secadores de Tambor
Secadores por pulverización
o atomización 
 c) Soluciones 
 d) Otros
Secado al vacío
Se realiza a presiones por debajo de la presión atmosférica lo que permite realizar el secado a bajas temperaturas
“Secado” por congelación (liofilización)
El agua se solidifica al enfriar el material y luego se reduce la presión para eliminar el agua por sublimación
Material húmedo
Agua : 2.0 kg 
Sólidos: 4.0 kg
Total: 6.0 kg 
 
SECADOR
Material“seco”
Agua: 0.5 kg 
Sólidos: 4.0 kg
Total: 4.5 kg
Aire (caliente): 
Aire seco: 10.0 kg
Vapor agua: 0.6 kg
Total: 10.6 kg 
Aire (frío): 
Aire seco: 10.0 kg
Vapor agua: 2.1kg 
Total: 12.1 kg 
agua
4. Esquema para el Balance de materia en secadores continuos
Del material a secarse se suele conocer el porcentaje de humedad inicial. Ejemplo
	sólidos 75%
	agua 25% Composición en base húmeda
El porcentaje de humedad después del secado por lo general depende del tipo de material (Existen gráficos de humedad para diversos materiales, pero su estudio no es objetivo del curso)
5. Composición en la corriente de sólidos
La humedad de un material puede expresarse de otra forma, como por ejemplo:	
 0.25 kg de agua /kg de sólidos secos Composición en base seca
	
A partir de este dato podemos obtener composición en base húmeda
 % de Agua = (0.25 /1.25) x 100 = 20
 % de Sólidos = 100 – 20 = 80
6. El aire como componente importante en el secado 
 Cuando el aire tiene mucha humedad (alta humedad relativa) su capacidad de secar es “pobre”
Al calentar el aire disminuye su humedad relativa y se convierte en una aire que puede “ganar” mucho más cantidad de agua por evaporación. Tiene energía para hacer que el agua se evapore.
Por esa razón, el aire que alimenta un secador es calentado
CALENTADOR
SECADOR
Aire exterior
Aire “caliente”
Aire después del secado
La proporción de masas de vapor a aire seco no cambia durante el calentamiento
En este ejemplo, el aire disminuye su humedad relativa de 65% a 30%
El diagrama de humedad permite calcular el porcentaje de agua en el aire
Al ponerse en contacto el material a secar y el aire, el agua se evapora y forma parte del aire húmedo de salida. 
Utilizando este diagrama podemos determinar el porcentaje de agua en el aire al entrar y al salir del secador
El aire incrementa su humedad y se enfría simultáneamente
Tbh es cte
Humidificación adiabática
H1 = 0.0115 kg de agua/kg de aire seco
% Aire seco = (1/1.011)x100 = 98.91
% Agua = 100 – 98.91 = 1.09
H2 = 0.0185 kg de agua/kg de aire seco 
% Aire seco = (1/1.0185)x100 = 98.18
% Agua = 100 – 98.18 = 1.82
Diagrama de humedad (Sistema aire vapor de agua a 101,325kPa)
La humidificación del aire sigue una línea de enfriamiento adiabático cuando el agua en el material, toma energía del aire para evaporarse y enfriándolo, manteniéndose constante la temperatura del bulbo húmedo del aire. Se conoce como un proceso adiabático
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 
Temperatura bulbo seco T (ºC)
Humedad H (kgH2O/kg AS)
0,07
0.06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
20%Hr
100%Hr
Línea de Saturación
Líneas de enfriamiento adiabático
Humedad Hm (molH2O/mol ASs)
0,12
0.10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
10%Hr
Líneas de humedad relativa
Diagrama de humedad (Sistema aire vapor de agua a 101,325kPa)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 
Temperatura bulbo seco T (ºC)
Humedad H (kgH2O/kg AS)
0,07
0.06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
100%Hr
Humidificación adiabática
Humidificación no adiabática
Balance de sólidos: xss1 F1 = xss2F2
 
Balance de aire seco: xAS3 F3 = xAS4 F4
 
Balance de agua: xA1F1 – xA2F2 = xV4F4 – xV3F3
Balance total: F1 + F3 = F2 + F4 
F1 - F2 = F4 – F3
SECADOR
Fracción de sólidos libre de agua
Fracción de agua con los sólidos
Fracción de aire seco,libre de agua
Fracción de vapor de agua en el aire
(material)
(aire)
(material)
(aire)
Agua transferida (evaporada)
= FAS (H4 – H3)
7. Balance de materia en el secador 
La temperatura de bulbo húmedo ( TBH ) permanece constante
(La línea roja es paralela a las líneas de bulbo húmedo constante)
8. Secado adiabático: humidificación adiabática del aire
9. Balance de energía en un secador continuo
 
Q =  Fihi salida -  Fjhj entrada
 
hSH = (xAg . 4.18 + xSS . CPss) (T – Tref) kJ/kg de material húmedo
hAH = 2501.4 H + (1.005+1.88 H)(T -Tref ) kJ/kg aire seco
Q = FAS (h4 – h3) + F2h2 – F1 h1
hAH entalpía para aire (3, 4)
Tref = 0oC
hSH entalpía para material (1, 2)
Q  Expresa las pérdidas de calor en el secador. 
 Si no hay pérdidas, la operación del secador es adiabática.
Bibliografía:
Título: Principios elementales de los procesos químicos. 
Autor: Felder, Richard M. y Rousseau, Ronald W. Editorial LIMUSA. 2011. 
Capítulo 8 (pg. 300-425)