Practicas de Secado, mediante secador de tunel

1. Instituto Tecnológico Superior de
Irapuato
Departamento de Ingenierı́a
Bioquı́mica
Profesor:
José Luis Soto Alcocer
Prácticas de Secado
Irapuato, Gto. 18 de Enero de 2013

2. Índice
1. Seguridad en el Uso de el Equipo ARMFIELD 3
1.1. Normas de Seguridad COSHH (1988) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2. Infecciones transmitidas por agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Empleo del Interruptor de Circuito de Fuga a Tierra como un Disposi-
tivo de Seguridad Eléctrico 5
3. Introducción 5
4. Recepción de Equipo 6
4.1. Ventas en el Reino Unido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4.2. Ventas Alrededor del Mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5. Descripción del Equipo o Aparato 7
6. Requerimientos de Instalación 7
6.1. Compatibilidad Electromagnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6.2. Instalaciones Requeridas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
7. Ensamble 8
8. Conexión a Servicio 10
9. Operación del Equipo 10
10.Rutina de Mantenimiento del Equipo 12
11.Práctica No. 1 “Curvas de Secado” 14
12.Práctica No. 2 “Influencia del Tamaño de Partı́cula en la Velocidad de
Secado” 17
13.Práctica No. 3 “Influencia de la Velocidad del Aire en la Velocidad de
Secado” 20
14.Práctica No. 4 “Efecto de la Temperatura en la Velocidad de Secado de
un Sólido Húmedo” 23
15.Práctica No. 5 “Procesos de Secado” 26
1

3. A. “Relación Aproximada entre la Temperatura dentro del Túnel y la Ve-
locidad del Aire dentro del Túnel” 29
2

4. 1. Seguridad en el Uso de el Equipo ARMFIELD
Antes de proceder a instalar, el equipo descrito en el manual de instrucciones, es preciso
alertar del riesgo potencial que involucra su manipulación, para poder evitarlo. Aunque el
equipo está diseñado para una operación segura, cualquier aparato de laboratorio puede
involucrar procesos o procedimientos que pueden ser potencialmente peligrosos. Los riesgos
asociados a este equipo en particular se listan a continuación:
1. Daño por uso indebido del equipo.
2. Daño por choque eléctrico.
3. Quemaduras por componentes a altas temperaturas.
4. Quemaduras por lı́quidos en su punto de ebullición o vapores.
5. Daño por corrientes de aire de movimiento rápido o mangueras de aire a alta presión.
6. Daños a los ojos por falta de uso de lentes de protección.
7. Daños por uso de ropa inadecuada.
Los accidentes pueden evitarse con un mantenimiento regular del equipo (manteni-
miento preventivo, predictivo y correctivo) y advirtiendo al personal y estudiantes de los
riesgos en su operación. Se enlista unas reglas de seguridad en este manual para su cono-
cimiento. No se pretende que las reglas sean comprendidas en su totalidad sino solamente
respetadas.
Enseguida se mencionan las normas de seguridad, de acuerdo a el control de sustancias
peligrosas y reglas para la salud COSHH, por sus siglas en ingles (Control of Substances
Hazardous to Health Regulations).
1.1. Normas de Seguridad COSHH (1988)
Las normas COSHH son empleadas por los patrones para proteger a sus empleados de
sustancias usadas empleadas en el trabajo, que pueden ser peligrosas para la salud. Las
normas requieren de una evaluación de todas las operaciones que pueden ser responsables
de daño causado por sólidos, lı́quidos, polvos, vapores, gases o microorganismos. Además se
necesita de procedimientos disponibles para el manejo de sustancias peligrosas y registros
apropiados.
Puesto que el equipo provisto por Armfield Limited puede involucrar el uso de sus-
tancias que pueden ser peligrosas (por ejemplo fluidos de limpieza empleados para man-
tenimiento o quı́micos usados para demostraciones). Es esencial que el supervisor de la-
3

5. boratorio o alguna otra persona encargada se responsabilice por la implementación de las
normas COSHH.
Parte de las normas son para asegurar que las hojas de datos para la salud y seguridad
más relevantes, se encuentren disponibles para todas las sustancias peligrosas empleadas
en el laboratorio. Cualquier persona que use sustancias peligrosas debe estar informada
acerca de lo siguiente:
a) Datos fı́sicos de la sustancia.
b) Riesgo de fuego o explosión.
c) Riesgos para la salud.
d) Primeros auxilios.
e) Riesgo de reacciones con otras sustancias.
f) Limpieza o disposición de derrames.
g) Medidas de protección Adecuadas.
h) Manipulación y almacenamiento adecuado.
Aunque estas normas no sean aplicables en algún lugar, se recomienda ampliamente que
se adopten normas similares para la protección de los estudiantes que operan el equipo.
Las normas definidas por la institución también deben ser consideradas.
1.2. Infecciones transmitidas por agua
El equipo descrito involucra el empleo de agua, la cual bajo ciertas condiciones pueden
crear un riesgo de salud debido a infecciones por microorganismos dañinos. Por ejemplo,
la bacteria legionella pneumophila puede alimentarse a cualquier escala de óxido, algas o
lodos en agua y reproducirse rápidamente, si la temperatura está entre 20 y 25 ‰.
El agua contaminada por ésta bacteria puede esparcirse provocando infecciones a tra-
vés del aire, causando una forma de neumonı́a denominada enfermedad de los legionarios
la cual puede ser potencialmente fatal. Legionella no es el único microorganismo dañino
que puede infectar el agua, pero es un ejemplo útil de la necesidad de higiene en el labo-
ratorio.
Además de las normas COSHH, deben de tenerse en cuenta las siguientes precauciones.
1. El agua contenida en el producto no debe permitirse que se estanque y debe ser
cambiada regularmente.
4

6. 2. Cualquier, oxido, lodo o alga deben de removerse regularmente, mediante limpieza
del equipo.
3. Si el agua no es posible mantenerla debajo de 20 ‰ o por encima de 45 ‰, entonces
debe desinfectarse si es seguro y apropiado hacerlo. Note que pueden existir otros
riesgos en la manipulación de biocidas para desinfectar el agua.
4. Debe de prepararse un esquema para prevenir y controlar el riesgo de incorporar las
acciones listadas anteriormente.
5. Para más información en la prevención de infecciones puede consultarse:“The control
of Legionellosis including Legionnaires Disease”–Health and Safety Series Booklet HS
(G) 70.
2. Empleo del Interruptor de Circuito de Fuga a Tie-
rra como un Dispositivo de Seguridad Eléctrico
El equipo descrito en este manual opera con una fuente de voltaje y está diseñado de
acuerdo a las normas eléctricas apropiadas que deben ser atendidas por el usuario.
No obstante para asegurar la protección del operador del equipo, Armfield Ltd ha pro-
visto un dispositivo de corriente residual o RCD (Residual Current Device), denominado
también interruptor de circuito de fuga a tierra ELCB por sus siglas en ingles (Earth Lea-
kage Circuit Breaker) como parte integral de este equipo. Si el uso indebido del aparato o
algún accidente causan un choque eléctrico, el dispositivo de corriente residual apagará el
switch de la corriente eléctrica reduciendo la severidad de cualquier shock eléctrico reci-
bido por algún operador a un nivel debajo del cual a circunstancias normales no causará
daño.
Checar al menos una vez cada mes que el RCD esté operando correctamente pre-
sionando el botón de prueba. El interruptor del circuito debe botarse cuando el botón
se presiona. En caso contrario significa que el equipo debe revisarse y repararse por un
electricista competente antes de su operación, para evitar accidentes.
3. Introducción
Un gran número de procesos de manufactura necesitan del secado del producto se un
material y el equipo empleado en estas operaciones industriales depende del proceso en
particular y del tipo de material que va a ser secado. Por ejemplo, los requerimientos
para los procesos de la industria de los alimentos son más estrictos que la industria de
5

7. los fertilizantes y los diseños de secado para esos propósitos serán dictados por su impor-
tancia relativa de factores como calor sensible, porosidad, densidad aparente y tamaño de
partı́cula del material seco.
De hecho puesto que el sólido seco es generalmente un valor agregado del produc-
to, su forma, color, estabilidad, adherencia y por lo tanto sus caracterı́sticas de venta,
dependerán del proceso de secado al cual ha sido sujeto.
Aunque hay muchos tipos diferentes de secadores y caracterı́sticas de operación de
cada uno de ellos, el secador de bandejas Armfield ha sido diseñado para proveer una
facilidad experimental basada en uno de sus diseños más fundamentales.
El secado involucra la transferencia de lı́quido de un sólido húmedo a una fase gaseosa
no saturada como el aire, y el sólido por si mismo puede ejercer una influencia considerable
en el proceso de secado.
El secador de bandejas Armfield permite investigar los principios básicos de secado
y los estudiantes de ingenierı́a de procesos pueden examinar problemas de mecánica de
fluidos, superficie quı́mica, estructura de sólidos y transferencia de calor y masa asociados
al comportamiento general de secado.
4. Recepción de Equipo
4.1. Ventas en el Reino Unido
El aparato debe ser desempacado cuidadosamente y los componentes deben revisarse
con la nota de sugerencias. La nota de sugerencias viene junto al manual de instrucciones
para referencia. Cualquier omisión o averı́a debe notificarse a Armfield Ltd dentro de los
tres primeros dı́as de la recepción.
4.2. Ventas Alrededor del Mundo
El aparato debe ser desempacado cuidadosamente y los componentes deben revisarse
con la nota de sugerencias. La nota de sugerencias viene junto al manual de instrucciones
para referencia.
Cualquier omisión o averı́a debe notificarse inmediatamente al agente de seguros de
Armfield Ltd con su certificado, si la mercancı́a está asegurada por Armfield Ltd.
Su propio asegurador debe ser notificado inmediatamente, si el seguro fue arreglado
por su institución o compañı́a.
6

8. 5. Descripción del Equipo o Aparato
El aparato consiste de un ducto de aire montado sobre un armazón de herrerı́a, que
proporciona una altura de trabajo adecuada para el trabajador. El aire se suministra
dentro del ducto, pasando a través de un protector de malla, mediante un motor impulsor
con ventilador de flujo axial, cuya velocidad puede controlarse para producir un rango de
velocidades por arriba de 1.5 m/s dentro del ducto. El aire pasa por un calentador eléctrico
controlado por un regulador de poder para permitir la variación de la temperatura del
aire hasta un máximo de 80 ‰ a velocidades de aire bajas.
El aire pasa dentro de la sección central del ducto, donde cuatro bandejas con material
húmedo se encuentran suspendidas dentro de la corriente de aire. Las bandejas se colocan
en un marco o soporte, el cual se suspende a una balanza digital montada sobre la parte
exterior del ducto para registrar el peso de forma continua. Las bandejas se insertan o se
remueven del ducto a través de una ventana lateral con un panel de vidrio para permitir
la visión dentro del túnel.
Después de que el aire pasa sobre las bandejas de secado, se descarga a la atmósfera
por medio de un ducto de salida, en donde se puede colocar un anemómetro para medir
la velocidad del aire.
Las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo del aire se miden mediante un
psicrómetro de aspiración, el cual se puede conectar a un contacto colocado a un panel
de control montado en el ducto. Los orificios de acceso del psicrómetro están colocados
corriente arriba y corriente abajo de las bandejas del secador, y están protegidos por unas
aletas de caucho cuando no están en uso.
6. Requerimientos de Instalación
6.1. Compatibilidad Electromagnética
El equipo esta clasificado como educacional y de entrenamiento de acuerdo a las re-
glas de compatibilidad electromagnética (1994). El uso del equipo fuera del laboratorio
invalida los acuerdos de conformidad de los requerimientos de protección de la Directiva
de Compatibilidad Electromagnética (89/336EEC) y podrı́a conducir a un juicio.
6.2. Instalaciones Requeridas
El equipo está diseñado para permanecer en el piso en una posición estática, y requiere
de un piso firme y nivelado. Un espacio libre de al menos 1.5 m en cada parte lı́mite del
secador, para asegurar que el aire fluya libremente hacia dentro y fuera de la unidad.
7

9. El aire húmedo caliente debe ser expulsado del equipo, dependiendo del experimento
que vaya a ser ejecutado. Si no se emplea extractores de aire, el equipo debe situarse en
un área bien ventilada, alejada de cualquier otro equipo que sea sensible a la mezcla de
aire caliente (el aire puede descargarse a través de una ventana abierta). La instalación
puede completarse usando un kit básico de herramientas.
El equipo requiere de una conexión de una fase de 3 kW, un suministro eléctrico con
fusibles. Se proveen 4 m de cable con el equipo cuyas dimensiones totales son: altura, 1.40
m; ancho 0.73 m y largo 2.95 m.
7. Ensamble
Todas las referencias numéricas se refieren a la Figura 1.
1. Fijar la sección de calentamiento del túnel (1) a la sección de secado (2) empleando
los pernos de fijación.
2. Fijar las dos piernas de soporte (6) a las bridas del túnel (1 y 2) usando los pernos
de fijación (la pierna de soporte del psicrómetro debe colocarse del lado izquierdo
del equipo). Apriete lo las tuercas empleando una llave.
3. Colocar el túnel en la posición deseada con la puerta de acceso hacia el frente.
4. Para la versión UOP8-B solamente localizar el transformador adyacente a un con-
tacto de energı́a eléctrica, conecte entonces el cable principal de la sección de calen-
tamiento del túnel al contacto del transformador.
5. Coloque la balanza digital sobre la parte adyacente del túnel al lado de la ventana
de acceso. La balanza debe ser colocada simétricamente entre los dos orificios de
acceso, en el techo del túnel.
6. Conecte la fuente de alimentación de energı́a eléctrica al contacto de la balanza
digital, conecte entonces la fuente de alimentación al contacto principal en la parte
trasera de la sección de calentamiento del túnel.
7. Remover la varilla horizontal (solera) del montaje de la placa de apoyo. Localizar
la placa plana arriba de la balanza digital con los tirantes que sobresalen debajo de
los orificios a uno y otro lado de la balanza, reensamblar la placa de apoyo con la
varilla horizontal dentro del túnel.
8. Colocar el soporte de bandejas (5) en la varilla horizontal de la placa de apoyo,
asegurándose que los dobleces hacia arriba estén hacia la parte posterior del túnel.
8

10. Ajustar la posición del soporte de bandejas balanceando si es necesario para asegurar
que los tirantes pasen libremente a través del centro de los orificios del techo del
túnel sin que lo toque.
9. Colocar las cuatro bandejas (4) en el soporte.
10. Localizar el psicrómetro de aspiración (7) y conectar el cable de la corriente eléctrica
al contacto ubicado en la parte inferior derecha de la consola eléctrica.
Figura 1: Diagrama de Identificación del Secador de Bandejas
9

11. 8. Conexión a Servicio
Suministro Eléctrico
UOP8–A UOP8–B UOP8–G
Cable amarillo o verde Tierra Tierra Tierra
Cable café o negro Corriente Corriente Corriente
Cable azul o negro Neutro Neutro Neutro
Corriente 13 A 30 A 30 A
Voltaje 220–230 V 110–120 V 220 V
Fecuencia 50 Hz 60 Hz 60 Hz
El equipo requiere de suministro eléctrico de una fase con fusibles. El cable de alimen-
tación de energı́a eléctrica del equipo dispone de un enchufe para conectarse a la fuente
de energı́a. Existen tres versiones de UOP:
UOP8–A 230 V/ 1 ph/ 50 Hz: El cable principal se conecta con un enchufe Shuko de
2 entradas tipo europeo con adaptador a enchufe UK (United Kingdom) para 3
entradas.
UOP8–B 120 V/ 1 ph/ 60 Hz: Este equipo es igual que el modelo UOP8-G descrito a
continuación, pero además está provisto de un transformador separado de la unidad
para voltajes de 120 V a 230 V. El cable del transformador se conecta con un enchufe
de 3 entadas NEMA 5-30P. El transformador debe colocarse junto a un contacto
de 120 V del laboratorio en un área seca. El cable principal del UOP8 se conecta
simplemente al contacto de 230 V del transformador, el cual está protegido por un
interruptor de corriente ubicado en la parte posterior, con en botón para resetear
en caso de un evento de falla eléctrica.
UOP8–G 220 V/ 1 ph/ 60 Hz: El cable principal se conecta un enchufe NEMA 6-15P
para tres entradas.
9. Operación del Equipo
Todas las referencias numéricas se refieren a la Figura 2.
1. Conectar el equipo al suministro de corriente eléctrica. Checar que los interruptores
(4) y (6) se encuentren en la posición de apagado. Asegurarse que la fuente de
energı́a eléctrica de la balanza digital esté conectada dentro del contacto principal
en la parte trasera de la sección de calentamiento.
10

12. 2. Desconectar el enchufe del psicrómetro (1) de la consola eléctrica.
3. Remover la cámara de agua ubicada en el mango del psicrómetro. Llenar la cámara
con agua destilada y colocarla en su lugar original, asegurándose que la mecha se
encuentre inmersa.
4. Colocar el psicrómetro en su soporte (2) y volverlo a enchufar a la consola eléctrica.
Levante el psicrómetro hasta que el ducto de entrada este en la posición horizontal.
Checar que el ventilador eléctrico del psicrómetro opere correctamente, asegurándose
que las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo se indiquen satisfactoriamen-
te en los termómetros. Vuelva a colocar el psicrómetro en su soporte y checar que
el ventilador eléctrico se apague. Nota: En operación normal, el ducto de entrada
del psicrómetro se inserta dentro del túnel en el orificio de acceso de la corriente
arriba del aire (9) o corriente abajo (15) de la sección de trabajo. Estos orificios
están protegidos para prevenir pérdida de aire cuando el psicrómetro no está en uso.
5. Cerrar la puerta de acceso al túnel (13). Poner en marcha el ventilador con el in-
terruptor de encendido y apagado (4), rotando poco a poco la perilla de control
(5) en el sentido de las manecillas del reloj, checando que el ventilador (8) funcione
correctamente.
6. Con el ventilador funcionando, poner en marcha la sección de calentamiento con el
interruptor de encendido y apagado (6), rotando poco a poco la perilla de control
asegurándose que el aire corriente abajo, sea calentado por los elementos eléctricos
del ventilador. Nota: Los elementos de calentamiento están protegidos mediante un
termostato. En el caso de sobrecalentamiento, la fuente de energı́a será interrumpi-
da hasta que se alcanza la temperatura normal de operación. Este proceso puede
acelerarse poniendo el ventilador a su máxima velocidad.
7. Apagar el ventilador y el calentador colocando la perilla de control hacia la posición
de apagado. Presionar el botón de encendido de la balanza digital (11) y observar la
lectura. Checar la operación de tarado apretando el botón de la balanza para este
propósito, el desplegado en la pantalla deberá ser cero. Abrir la puerta de acceso
en la pared del túnel y colocar un peso adecuado sobre las bandejas de muestra
(14). Checar la operación correcta de la balanza. Remover el peso de las bandejas
asegurándose que la lectura desplegada sea la inicial.
8. Los dos ganchos del soporte de las bandejas pueden ajustarse para que las bandejas
permanezcan en la posición horizontal cuando se suspenden de la balanza. Si se
requiere de ajuste, debe de llevarse a cabo con las bandejas vacı́as. Cuando las
11

13. bandejas se llenan con la muestra para el secado, asegurarse que el llenado sea
distribuido uniformemente para mantener las bandejas en posición horizontal.
Para poner en marcha los experimentos esbozados en las hojas de laboratorio, se requiere:
a) Una muestra de arena u otro medio alternativo para secar, junto con tamices para
efectos de clasificación.
b) Agua para humedecer las muestras.
c) Un cronómetro para medición del tiempo.
10. Rutina de Mantenimiento del Equipo
Para preservar la vida y la eficiencia de operación del equipo, es importante un man-
tenimiento apropiado. La revisión de los servicios de mantenimiento regulares son respon-
sabilidad del usuario y debe ser llevado a cabo por personal calificado quien entiende la
operación del equipo.
Además del mantenimiento deben seguirse las siguientes recomendaciones.
1. El equipo debe de desconectarse del suministro de energı́a eléctrica cuando no esté
en uso.
2. Las bandejas de muestra deben limpiarse después de su uso y cualquier muestra o
humedad dentro del túnel debe ser eliminada.
3. El agua debe de removerse del psicrómetro, terminada la operación del equipo.
4. El anemómetro debe limpiarse periódicamente para remover el polvo de la superficie.
Notas
• Una muestra de arena u otro medio alternativo para secar, junto con tamices para
efectos de clasificación.
• La armazón y el circuito de campo del controlador de velocidad del motor están
protegidos por fusibles de 2 A y 0.25 A respectivamente, localizados dentro del
controlador detrás del botón de la cubierta de acceso.
• El circuito del psicrómetro está protegido por un fusible de 1 A, ubicado en la parte
frontal adyacente al contacto de corriente del psicrómetro.
12

14. Figura 2: Secador de Bandejas Tipo Túnel
13

15. 11. Práctica No. 1 “Curvas de Secado”
Objetivo de la Práctica:
Obtener las gráficas de velocidad de secado de un sólido húmedo, a temperatura y
humedad constantes.
Descripción del Equipo:
Notas:
1. Se recomienda trabajar con un sólido granular no poroso tal que la fracción de arena
tamizada sea aproximadamente igual a 500 micrones.
2. Para la ejecución de la práctica se requiere de un cronómetro, para la medición de
intervalos de tiempo.
Marco Teórico
Inmediatamente después del contacto entre el sólido húmedo y el aire seco, la tempe-
ratura del sólido se ajusta hasta alcanzar el estado estable. La temperatura del sólido y la
velocidad de secado puede crecer o decrecer para alcanzar la condición de estado estable.
En el estado estable, la temperatura de superficial del sólido húmedo es la temperatura
de bulbo húmedo del aire seco.
Las temperaturas dentro del sólido seco también tienden a igualar la temperatura de
bulbo húmedo del gas pero un retardo en la transferencia de masa y calor puede provocar
alguna variación. Una vez que las temperaturas existentes alcanzan la temperatura de
14

16. bulbo húmedo del gas, se mantienen estables y la velocidad de secado permanece cons-
tante.
Este es el periodo de secado de velocidad constante, el cual finaliza cuando el sólido
alcanza el contenido de humedad crı́tica. Más alla de este punto la temperatura superficial
se incrementa y la velocidad de secado disminuye de forma inmediata. Este periodo puede
tomar un poco más de tiempo que el periodo de velocidad constante aun ası́ la remosión
de humedad puede disminuir. En el contenido de humedad de equilibrio la velocidad de
secado se aproxima a cero el cual es el contenido de humedad más bajo que se puede
obtener bajo las condiciones de secado empleadas.
Recomendaciones
Debe pesarse una cantidad suficiente de arena seca para llenar las cuatro bandejas
a un espesor de 10 mm aproximadamente cada una, antes de ser saturada con agua en
un contenedor. La arena debe removerse del contenedor y drenar el exceso de agua para
depositarse en las bandejas y distribuirse uniformemente en partes iguales en cada una de
las bandejas, evitando cualquier derramamiento de material humedo.
En el tiempo inicial (t = 0) coloque el switch del control de velocidad del ventilador
a la posición media y el control de temperatura a la posición máxima, manteniendolos
en esa posición a lo largo de todo el experimento. Registrar el peso total de arena en las
bandejas a intervalos regulares de tiempo hasta que el secado se complete.
Nota: Se recomienda que el laboratorio se encuentre bien ventilado para asegurar que el
aire humedo y tibio de descarga del secador no afecte las condiciones de entrada de
aire durante el desarrollo del experimento.
Resultados
peso de la muestra seca = kg
Tiempo (min)
Peso de Muestra Seca (kg)
Contenido de Humedad X
X =
peso del lı́quido
peso de la muestra seca
=
peso de la muestra húmeda-peso de la muestra seca
peso de la muestra seca
De los resultados obtenidos, trazar la curva de secado graficando el contenido de hu-
medad como función del tiempo. Diferenciar cuidadosamente los datos de la curva trazada
para obtener la curva de velocidad de secado – contenido de humedad para identificar los
15

17. puntos (A, B, C y D) en el que se observa el cambio de un regimen de secado a otro.
X1
E : contenido de humedad en equilibrio
Una vez obtenidos los resultados y las gráficas correspondientes, comentar el meca-
nismo mediante el cual se lleva a cabo el secado. ¿Cual es el significado del contenido de
humedad de equilibrio?
16

18. 12. Práctica No. 2 “Influencia del Tamaño de Partı́-
cula en la Velocidad de Secado”
Objetivo de la Práctica:
Investigar la influencia del tamaño de partı́cula en el comportamiento de secado de un
sólido húmedo con aire a temperatura y humedad fijas.
Descripción del Equipo:
Notas:
1. Se recomienda trabajar con un sólido granular no poroso, como arena tamizada a
200 y 2000 micrones aproximadamente para esta práctica.
2. Para la ejecución de la práctica se requiere de un cronómetro, para la medición de
intervalos de tiempo.
Marco Teórico
Cuando las temperaturas en el interior de un sólido granular saturado sometido a un
proceso de secado alcanzan la temperatura de bulbo húmedo de el gas, la velocidad de
secado permanece constante hasta que se alcanza el contenido de humedad crı́tico. Más
alla de este punto el movimiento del lı́quido a la superficie del sólido llega a ser insuficiente
para reemplazar el lı́quido que está siendo evaporado y la interface del lı́quido comienza
a retirarse de la superficie.
17

19. La velocidad de secado global se reduce entonces debido a que el calor y la masa
deben difundirse a través de las capas superiores del sólido y además el secado depende
de la facilidad del movimiento de la humedad en el interior del sólido. De manera que el
movimiento se controla por un gradiente de humedad que surge de las diferencias de los
efectos de presión hidrostática y tension superficial interior entre los intercisios de varias
partı́culas.
Recomendaciones
Debe pesarse suficiente arena de grado 2000 micrones para llenar las cuatro bandejas
a un espesor de 10 mm cada una, antes de saturarla con agua dentro de un contenedor.
La arena debe removerse del contenedor y drenar el exceso de agua antes de colocarse en
las bandejas de manera uniforme y equitativamente, teniendo cuidado de no derramar la
muestra húmeda. Registrar el peso de la arena húmeda antes de comenzar la operación
de secado.
En el tiempo inicial (t = 0) coloque el switch del control de velocidad del ventilador
a la posición media y el control de temperatura a la posición máxima, manteniendolos
en esa posición a lo largo de todo el experimento. Registrar el peso total de arena en las
bandejas a intervalos regulares de tiempo hasta que el secado se complete.
Repetir el experimento usando arena de grado 200 micrones. Es importante que el
espesor de 10 mm y los controladores del secador (velocidad del ventilador y control
de temperatura) permanezcan en la misma posición que en la primera prueba de esta
práctica.
Nota: Se recomienda que el laboratorio se encuentre bien ventilado para asegurar que el
aire húmedo y tibio de descarga del secador no afecte las condiciones de entrada de
aire durante el desarrollo del experimento.
Resultados
Grado de la arena 2000 Micrones
Peso: arena seca (kg)
Tiempo (min)
Peso: muestra húmeda (kg)
Contenido de humedad X
X =
peso del lı́quido
peso de la muestra seca
=
peso de la muestra húmeda-peso de la muestra seca
peso de la muestra seca
18

20. Se deberá construir una tabla similar para los datos registrados para la arena de grado
200 micrones, con los datos obtenidos de ambas pruebas trazar las gráficas del contenido
de humedad contra el tiempo y las gráficas correspondientes a la velocidad de secado
contra el contenido de humedad.
X1
E : contenido de humedad en equilibrio
Xc : contenido de humedad crı́tica
Comentar acerca de los resultados obtenidos:
1. ¿Cómo influye el tamaño de partı́cula en el contenido de humedad de equilibrio X1
E?
2. ¿Cómo afecta al contenido de humedad crı́tica Xc?
3. ¿Como influye el fenómeno de capilaridad en estos resultados?
Nota: Podrı́a valorarse el desarrollo de experimentos similares usando otras sustancias
alternas por ejemplo: sólidos orgánicos como huevos, detergentes, pegamentos, ex-
tracto de café soluble, cereales, azúcar, sangre animal o extracto de soya. No obstante
debe señalarse que este tipo de sustancias son gelatinosas, amorfas y fibrosas por
tanto; el transporte de humedad es esencialmente el resultado de difusión molecular
y los tiempos experimentales de prueba son probablemente más largos.
19

21. 13. Práctica No. 3 “Influencia de la Velocidad del
Aire en la Velocidad de Secado”
Objetivo de la Práctica:
Investigar la influencia de la velocidad del aire en la velocidad de secado de un sólido
húmedo, a temperatura y humedad fijas.
Descripción del Equipo:
Notas:
1. Se recomienda trabajar con un sólido granular no poroso como arena tamizada a
500 micrones aproximadamente para esta práctica.
2. Para la ejecución de la práctica se requiere de un cronómetro, para la medición de
intervalos de tiempo.
Marco Teórico
La velocidad de secado de un sólido húmedo cambia a través del periodo de secado
puesto que los factores de control son diferentes para cada sección de la curva de secado.
No obstante, muchos sólidos exhiben un periodo en el cual la velocidad de secado es
esencialmente constante y:
Rc ∝ hv(Tv − Ti)
Donde:
20

22. Rc: Velocidad de secado durante el periodo de velocidad constante
hv: Coeficiente total de transferencia de calor
Tv: Temperatura del gas (temperatura de bulbo seco)
Ti: Temperatura del gas en la interfase (temperatura de bulbo húmedo)
Los resultados de otros experimentos (Seborg, 1937) sugieren que para el secado del aire:
hv ∝ G0,8
v
Donde:
Gv: Velocidad de masa de aire
Recomendaciones
Debe pesarse suficiente arena para llenar las cuatro bandejas a un espesor de 10 mm
cada una, antes de saturarla con agua dentro de un contenedor. La arena debe removerse
del contenedor y drenar el exceso de agua antes de colocarse en las bandejas de mane-
ra uniforme y equitativamente, teniendo cuidado de no derramar la muestra húmeda.
Registrar el peso de la arena húmeda antes de comenzar la operación de secado.
Colocar el control de encendido del equipo en la posición de apagado.
En el tiempo inicial (t = 0) seleccione el switch del control de velocidad del ventilador
para dar un flujo de aire nominal, a través del secador. Medir la velocidad empleando el
anemómetro digital. Registrar el peso de arena en las bandejas a intervalos regulares de
tiempo hasta que el secado se complete.
El experimento debe repetirse para otras velocidades hasta un máximo de 1.5 m/s. Es
importante usar el mismo peso y distribución de arena en cada una de las pruebas.
Nota: Se recomienda que el laboratorio se encuentre bien ventilado para asegurar que el
aire humedo y tibio de descarga del secador no afecte las condiciones de entrada de
aire durante el desarrollo del experimento.
Resultados
Velocidad del aire (m/s) V1=
Peso: arena seca (kg)
Tiempo (min)
Peso: muestra húmeda (kg)
Contenido de humedad X
21

23. X =
peso del lı́quido
peso de la muestra seca
=
peso de la muestra húmeda-peso de la muestra seca
peso de la muestra seca
Deberá construirse una tabla similar para los datos registrados de tres diferentes velo-
cidades del aire, con los datos obtenidos de las pruebas trazar las gráficas del contenido de
humedad contra el tiempo y las gráficas correspondientes a la velocidad de secado contra
el contenido de humedad.
X1
E : contenido de humedad en equilibrio
Xc : contenido de humedad crı́tica
Comentar acerca de los resultados obtenidos:
1. Notando en particular, la relación entre la velocidad del flujo de aire y la velocidad
de secado durante el periodo de velocidad constante. ¿Las relaciones observadas son
predichas por el análisis teórico?
2. ¿La velocidad del aire tiene influencia directa durante el periodo de velocidad de-
creciente?
3. ¿El contenido de humedad crı́tica o el contenido de humedad de equilibrio (X1
E)
exhiben una dependencia de la velocidad del aire?
Sugerir explicaciones fı́sicas para los resultados obtenidos.
22

24. 14. Práctica No. 4 “Efecto de la Temperatura en la
Velocidad de Secado de un Sólido Húmedo”
Objetivo de la Práctica:
Investigar la influencia de la temperatura del aire en la velocidad de secado de un
sólido húmedo con velocidad fija de aire.
Descripción del Equipo:
Notas:
1. Se recomienda trabajar con un sólido granular no poroso como arena tamizada a
500 micrones aproximadamente para esta práctica.
2. Para la ejecución de la práctica se requiere de un cronómetro, para la medición de
intervalos de tiempo.
Marco Teórico
La velocidad de secado de un sólido húmedo en aire cambia a través del periodo de
secado, dado que los factores de control son diferentes para cada sección de la curva de
velocidad de secado. No obstante, muchos sólidos húmedos exhiben un periodo durante
el cual la velocidad de secado es esencialmente constante ası́:
Rc ∝ hv(Tv − Ti)
Donde:
23

25. Rc: Velocidad de secado durante el periodo de velocidad constante
hv: Coeficiente total de transferencia de calor
Tv: Temperatura del gas (temperatura de bulbo seco)
Ti: Temperatura del gas en la interfase (temperatura de bulbo húmedo)
La temperatura del gas de secado (Tv) representa normalmente la temperatura de
bulbo seco. En estado estable, la temperatura de la interface lı́quido–gas es igual a la tem-
peratura de bulbo húmedo del gas de secado. Ası́, la velocidad de secado es proporcional
a la diferencia entre la temperatura de bulbo seco y la temperatura del bulbo húmedo del
aire.
Recomendaciones
Debe pesarse suficiente arena para llenar las cuatro bandejas a un espesor de 10 mm
cada una, antes de saturarla con agua dentro de un contenedor. La arena debe removerse
del contenedor y drenar el exceso de agua antes de colocarse en las bandejas de mane-
ra uniforme y equitativamente, teniendo cuidado de no derramar la muestra húmeda.
Registrar el peso de la arena húmeda antes de comenzar la operación de secado.
En el tiempo inicial (t = 0) seleccione el switch del control de velocidad del ventilador
para producir una velocidad del aire de 0.5 m/s. Medir la velocidad del flujo de aire usando
un anemómetro digital. Colocar el control de temperaturas a una posición nominal y medir
las temperaturas de bulbo húmedo y de bulbo seco corriente arriba de las bandejas del
secador usando el psicrómetro de aspiración. Registrar el peso total de la arena en las
bandejas en intervalos regulares de tiempo hasta que el secado se complete.
El experimento debe repetirse para otras dos temperaturas del aire, incrementando
la corriente mediante el control de temperaturas hasta llegar a la máxima posición. Es
importante mantener la misma velocidad del aire y el mismo peso y distribución de arena
en cada una de las pruebas.
Nota: Se recomienda que el laboratorio se encuentre bien ventilado para asegurar que el
aire humedo y tibio de descarga del secador no afecte las condiciones de entrada de
aire durante el desarrollo del experimento.
Resultados
velocidad del aire = m/s
peso de la muestra seca = kg
24

26. Temperatura de bulbo seco Tv ‰
Temperatura de bulbo húmedo Ti ‰
Tv − Ti ‰
Tiempo (min)
Peso de la muestra seca (kg)
Contenido de humedad X
X =
peso del lı́quido
peso de la muestra seca
=
peso de la muestra húmeda-peso de la muestra seca
peso de la muestra seca
De los resultados obtenidos, trazar las curvas de secado relativas al contenido de hu-
medad contra tiempo para cada prueba. Obtener a partir de los datos anteriores las curvas
correspondientes a la velocidad de secado contra el contenido de humedad.
Comentar acerca de los resultados obtenidos:
1. ¿Existe una dependencia directa de (Tv − Ti) sobre la velocidad de secado, en el
periodo de velocidad constante?
2. ¿Varı́a la constante de la humedad de equilibrio (X1
E) con la temperatura del aire?
Sugerir explicaciones fı́sicas para las dependencias observadas. ¿Porque existe un lı́mite
superior para la temperatura del aire, para el secado de ciertos sólidos?
25

27. 15. Práctica No. 5 “Procesos de Secado”
Objetivo de la Práctica:
Dibujar procesos de secado en una carta psicrométrica y emplear los resultados para
efectuar un balance de masa de aire.
Descripción del Equipo:
Notas:
1. Se recomienda trabajar con un sólido granular no poroso como arena tamizada a
500 micrones aproximadamente para esta práctica.
2. Para la ejecución de la práctica se requiere de un cronómetro, para la medición de
intervalos de tiempo.
Marco Teórico
Una masa de masa de aire caliente (MA) fluye a través de las bandejas que contienen
un sólido húmedo arrastrando una masa de agua (MW ) de acuerdo a la ecuación:
MW = MA(W3 − W2)
Donde:
W3: Humedad especı́fica del aire en la sección 3 del secador
W2: Humedad especı́fica del aire de la sección 2 del secador
26

28. Notas:
1. También MW = velocidad de secado (kg/hr m2
)× área total de las bandejas de
secado (M2
).
2. MA = V Aρ
Donde:
V : Velocidad del aire
A: Area de la sección transversal del ducto
ρ: Densidad del aire a la temperatura local
Recomendaciones
Debe pesarse suficiente arena para llenar las cuatro bandejas a un espesor de 10 mm
cada una, antes de saturarla con agua dentro de un contenedor. La arena debe removerse
del contenedor y drenar el exceso de agua antes de colocarse en las bandejas de mane-
ra uniforme y equitativamente, teniendo cuidado de no derramar la muestra húmeda.
Registrar el peso de la arena húmeda antes de comenzar la operación de secado.
En el tiempo inicial (t = 0) seleccione el switch del control de velocidad del ventilador
a la posición media y el control de temperaturas a la posición máxima, permitiendo que
se mantengan de esa manera a lo largo de todo el experimento. Mida la temperatura de
bulbo seco y la temperatura de bulbo húmedo a la entrada del secador, ası́ como antes y
después de la sección de bandejas del secador, con el psicrometro de aspiración. Medir la
velocidad del aire mediante el anemómetro digital. Registrar el peso total de la arena en
las bandejas a intervalos regulares de tiempo hasta que se complete el secado.
Nota: Se recomienda que el laboratorio se encuentre bien ventilado para asegurar que el
aire humedo y tibio de descarga del secador no afecte las condiciones de entrada de
aire durante el desarrollo del experimento.
Resultados
27

29. velocidad del aire = m/s
peso de la muestra seca = kg
Tiempo (min)
Temperatura de bulbo seco (1) ‰
Temperatura de bulbo seco (2) ‰
Temperatura de bulbo seco (3) ‰
Temperatura de bulbo húmedo (1) ‰
Temperatura de bulbo húmedo (2) ‰
Temperatura de bulbo húmedo (3) ‰
Peso de la muestra seca (kg)
Contenido de humedad X
X =
peso del lı́quido
peso de la muestra seca
=
peso de la muestra húmeda-peso de la muestra seca
peso de la muestra seca
De los resultados obtenidos, trazar las curvas de secado relativas al contenido de hu-
medad contra tiempo para cada prueba. Obtener a partir de los datos anteriores las curvas
correspondientes a la velocidad de secado contra el contenido de humedad. Trazar la ruta
de humedad temperatura (1, 2, 3) en una carta psicrométrica para cualquier punto selec-
cionado, durante el periodo de velocidad constante y usar las mediciones de (W3, W2) para
evaluar MW . Comparar los resultados con los calculados de la velocidad de secado en el
mismo tiempo. Comentar acerca de los resultados obtenidos teniendo en cuenta cualquier
diferencia significativa entre los valores respectivos.
28

30. A. “Relación Aproximada entre la Temperatura den-
tro del Túnel y la Velocidad del Aire dentro del
Túnel”
29