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ACTIVIDAD 14: TRABAJO COLABORATIVO 3- GRUPAL
211612-3 TRANSFERENCIA DE MASA
ELIDA GUERRERO GONZÁLEZ 37336894
Presentado a:
CARLOS DAVID FRANCO
Tutor
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
CEAD PASTO
MAYO 2014

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INTRODUCCIÓN
Una suspensión se atomiza o se rocían en una corriente de gas caliente para obtener la
evaporación de la humedad y como producto un sólido con la menor cantidad de agua posible.
Entre los equipos de secado más comúnmente empleados en la actualidad se encuentran los
secadores de tambor, secadores rotatorios, de túnel, de bandejas, de lecho fluidizado y de
aspersión, siendo éstos últimos los más empleados para el secado de materiales sensibles al calor
puesto que en ellos se manejan tiempos cortos de operación y altas velocidades de evaporación
(Geankoplis, 2006).
Cuando intervienen transmisión de calor y transferencia de materia, el mecanismo del secado
depende de la naturaleza de los sólidos y del método de contacto ente los sólidos.
La unidad 3 del módulo de transferencia de masa hace referencia a las operaciones unitarias con
transferencia de masa y calor simultáneamente, es por ello que este trabajo presenta el desarrollo
de la simulación para el secado por spray para obtener leche en polvo.

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1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo General
Desarrollar mediante simulación utilizando la plataforma “virtualPlant V2” la práctica de secador
spray para visualizar la transferencia de materia.
1.2 Objetivos Específicos
 Determinar la influencia del caudal de alimentación, el tiempo de operación y de la
temperatura del aire de secado.
 Elaborar la curva de operación del sistema planteado en la práctica.
 Identificar la influencia del caudal de alimentación, el tiempo de operación y la
temperatura del aire de secado, sobre la cantidad de producto final a obtener.
conocer el funcionamiento de un secador spray y el de un calentador de aire.
Que el estudiante utilice adecuadamente la curva de operación del sistema planteado en
la práctica.

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ACTIVIDAD No. 3: PRÁCTICA No. 2: SECADO EN SPRAY
Marco teórico
El secado por aspersión, pulverización o "spray drying" se utiliza desde principios del siglo XX.
Aunque existen patentes para el SA de huevos y leche desde 1850, la atomización industrial de
alimentos apareció en 1913 en un proceso desarrollado para leche por Grey y Jensen en 1913. El
primer equipo rotativo lo desarrolló el alemán Kraus (1912) pero, comercialmente se conoció
gracias al danés Nyro (1933).
El principio de este sistema es la obtención de un producto en polvo a partir de un material líquido
concentrado que se pulveriza finamente formando una niebla que entra en contacto con una
corriente de aire caliente (entre 200 y 300ºC para alimentos) que actúa como medio calefactor y
fluido de transporte.
Genéricamente se pueden atomizar soluciones y papillas alimenticias; como ejemplos concretos
están el café, té, los ovoproductos, los jugos o concentrados de frutas, mezclas de helados,
sueros, mantequilla, queso, proteínas comestibles y extractos de carne.
En un secador por aspersión, un líquido o una suspensión se atomiza o se roela en una corriente
de gas caliente para obtener una lluvia de gotas tintas. El agua se evapora de dichas gotas con
rapidez, y se obtiene partículas secas de sólido que se separan de la corriente del gas. El flujo de
gas y de líquido de la cámara de aspersión puede ser a contracorriente, en paralelo o una
combinación de ambos.
Las gotas tinas se forman al introducir el líquido en toberas de atomización o discos giratorios de
rociado de alta velocidad en el interior de una cámara cilíndrica como se muestra en la siguiente
figura. Es necesario asegurarse de que las gotas o partículas húmedas del sólido no choquen ni se
adhieran a las superficies sólidas antes de que hayan secado. Por consiguiente, se emplean
cámaras bastantes grandes. Los sólidos secos salen por el fondo de la cámara a través de un
transportador de tornillos. Los gases de escape fluyen hacia un separador de ciclón para filtrar las
partículas muy finas. Las partículas que se obtienen son muy ligeras y bastantes porosas. La leche
en polvo se obtiene mediante este proceso
Figura: diagrama de flujo para una unidad de secador por aspersión o spray

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Metodología de la práctica de secador spray
El secador spray se utiliza dentro de la práctica de leches para la producción de leche en polvo. Al
secador se alimenta leche descremada con un contenido de agua del 95 % en base humedad y se
pone en contacto paralelo con aire a 120ºC (previamente calentado por combustión de metano).
Con esta operación se obtiene una partícula de polvo de una humedad deseada. El alimento es
atomizado por medio de un sistema de disco centrífugo de velocidad de rotación variable.
A continuación se relacionan las variables de entrada y salida a tener en cuenta para la presente
práctica.
Variables de entrada
- Caudal de leche descremada alimentada al secador.
- Temperatura del aire de secado.
- Tiempo de operación del equipo para una jornada de trabajo.
Variables de salida
- Caudal del aire de secado.
- Nivel de leche en polvo producido, en el tanque de almacenamiento.
De igual forma seguidamente se relacionan los equipos que intervienen durante el proceso de
obtención de la leche en polvo respectiva.
Lista de equipos
- Secador spray.
- Calentador de aire (por combustión de metano).
- Soplador de aire.
- Tanque de almacenamiento de leche en polvo.
- Transportador de tornillo.
- Ciclón.
Restricciones:
- Las gotas y partículas atomizadas se distribuyen uniformemente dentro del secador y su tiempo
de residencia coincide con el del aire de secado.
- Las pérdidas de calor hacia los alrededores se consideran despreciables.
- No se consideran pérdidas significativas por arrastre de leche en polvo, en la corriente saliente de
aire.
- El aire no se satura durante su recorrido al interior del secador.
- La diferencia de temperatura entre la entrada y la salida de aire es de 20 ºC.
Balance general
𝑬𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 + 𝑮𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 − 𝑺𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂 − 𝑪𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐 = 𝑨𝒄𝒖𝒎𝒖𝒍𝒂𝒄𝒊ó𝒏
Por tanto:
 Entrada: entra a través de las fronteras del sistema
 Generación: se produce dentro del sistema

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 Salida: sale a través de las fronteras del sistema
 Consumo: entra a través de las fronteras del sistema
 Acumulación: se acumula dentro del sistema
Es posible escribir el balance de energía integral para un sistema cerrado entre dos instantes
dados. Como la energía no puede crearse ni destruirse, los términos de generación y consumo del
balance general se cancelan, lo cual se ve en la ecuación:
Acumulación = Entradas – Salidas
Se dice que un sistema es abierto o cerrado dependiendo de que la masa cruce o no las fronteras
del sistema durante el tiempo cubierto por el balance de energía. Por definición, un sistema de
proceso por lotes es cerrado, y los sistemas semicontinuos y continuos son abiertos.
Al derivar el balance integral de masa para un sistema cerrado, se eliminan los términos de entrada
y salida, ya que, por definición, la masa no atraviesa las fronteras de un sistema cerrado. Sin
embargo, es posible que se transfiera energía a través de las fronteras como calor o trabajo, de
manera que es imposible eliminar de forma automática el lado derecho de la ecuación anterior
igual que en los balances de masa, no obstante, el término de acumulación es igual al valor final de
la cantidad balanceada (en este caso, la energía del sistema), menos el valor inicial de esta
cantidad. Por tanto, la ecuación puede escribirse como:
( 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑡𝑒𝑚𝑎) − ( 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎)
= (𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 ( 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 − 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠))
La humedad H de una mezcla de aire-vapor de agua se define como los kilogramos de vapor de
agua por kilogramos de aire seco. Esta definición de la humedad sólo depende de la presión
parcial PA del vapor de agua en el aire y de la presión total P (para éste trabajo supondremos que
siempre será igual a 101.325 kPa, 1 atm abs. o 760 mm Hg).

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Resultados y análisis de resultados
𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝐴 = 𝑎𝑖𝑟𝑒 + 𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑟𝑒𝑚𝑎𝑑𝑎
𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝐵 = 𝑎𝑖𝑟𝑒 + 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝐶 = 𝑎𝑖𝑟𝑒 + 𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑟𝑒𝑚𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜
El sistema de alimenta leche descremada con un contenido de agua del 95 % en base humedad
Parámetros para el planteamiento de la simulación
Parámetro Símbolo Valor Unidades
Presión atmosférica al nivel del mar P 101,325 Pa
Temperatura ambiente T 20 °C
Propiedades del fluido Símbolo Valor Unidades
Densidad de la leche ρL 1000 kg/m^3
Densidad de la leche en polvo ρLp 500 kg/m^3
Densidad del aire ρa 1 kg/m^3
Parámetros de diseño Símbolo Valor Unidades
Contenido de humedad inicial en la leche XI 95 %
Contenido de humedad final en la leche XF 4 %
A= kg/h
B= kg/h
TB=? °k
XH2O (B)=?
XAS (B)=?
T(A)=? °k
XH2O (A)=?
XSOL (A)=?
XAS (A)=?
C=kg/h
T(C)=? °k
XH2O (C)=?
XSOL (C)=?
XAS (C)=?

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Contenido de humedad crítico en la leche X0 45 %
Contenido de humedad en el equilibrio de la leche Xe 3,85 %
Contenido de humedad en el equilibrio en base
seca
We 0,040042 Kg agua/kg sólidos
Contenido de humedad crítico en la leche en base
seca
Wc 0,818182 Kg agua/kg sólidos
Contenido de humedad inicial en la leche en base
seca
WI 19,000 Kg agua/kg sólidos
Contenido de humedad final en la leche en base
seca
Wf 0,041667 Kg agua/kg sólidos
Radio de la gota de leche dispersada Rd 6,0 E-05 m
Radio de la partícula de leche en polvo Rp 1,28E-05 m
Difusividad másica D 5,00E-11 m^2/s
Calor latente de evaporación para cada
temperatura del aire a la entrada
ʎ 2354 kJ/kg
2372,36 kJ/kg
2378,17 kJ/kg
2384,17 kJ/kg
2390,2 kJ/kg
2396,18 kJ/kg
2402,19 kJ/kg
Conductividad térmica del aire a la temperatura
de entrada
K 0,03200 W/m*K
0,03168 W/m*K
0,03135 W/m*K
0,03103 W/m*K
0,03070 W/m*K
0,03335 W/m*K
0,03000 W/m*K
Contenido de sólidos en la leche descremada YD 5 %
Relación alimento de leche fluida producto de
leche en polvo Ra,p 8,3
kg leche fluida/kg de
leche en polvo a
elaborar
Variables planteadas
Nombre Símbolo Descripción
Valor
inicial
Valor
mínimo
Valor
máximo
Unidades Instrumento
Temperatura del
aire de secado Ta
temperatura del
aire de secado 90 90 120 °C termómetro
Caudal de leche Q Caudal de leche 1,70E-04 5,10E-04 1,70E-04 m^3/s Rotámetro
Tiempo de
operación t
tiempo de
operación 4 4 12 h Cronómetro

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Tiempo
requerido para
el secado de
gota a partícula
tT
Tiempo
requerido para
el secado de
gota a partícula
3,7 3,1 3,7 s -
Nivel en el
tanque de
almacenamiento
N
Nivel en el
tanque de
almacenamiento
0,62 0,19 1,86 m
Medidor de
nivel sónico
Flujo de aire Qa Flujo de aire 18,4 5,5 18,4 m^3/s
Medidor de
flujo tipo
tuba Pitot
El usuario debe variar el flujo de leche alimentada al secador, la temperatura del aire de secado y
el tiempo de operación del equipo en un día de trabajo; se determina el tiempo que transcurre para
que la gota cambie su humedad y se convierta en partícula de polvo. Además se determina la
cantidad de leche en polvo producido en unidades de nivel del tanque de almacenamiento. Por
último el usuario tendrá que registrar el caudal del aire necesario para el secado.
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CONCLUSIONES
 El contenido de humedad de equilibrio de un sólido disminuye al aumentar la temperatura,
cuando las humedades relativas son bajas, el contenido de humedad de equilibrio es
mayor para materiales alimenticios con alto porcentaje de proteínas, almidones u otros
polímeros de alto peso molecular, y más bajo para los materiales alimenticios con gran
cantidad de sólidos solubles.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Foncesa, V. (2012). Transferencia de Masa. Bogotá: Universidad Nacional Abierta
y a Distancia.
Geankoplis, C. J. (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias. México.
Compañía editorial continental, S.A. de C.V. México. Universidad de Minnesota
Treybal, R.E., (1998). Operaciones de transferencia de masa. México. McGraw-
Hill, Universidad de Rhode Island.