Este documento presenta los objetivos e introducción de un experimento sobre el secado de sólidos realizado por estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia. El objetivo general fue determinar la curva de secado y obtener datos experimentales sobre cómo afectan variables como la temperatura y velocidad del aire en la velocidad de secado. Se explican conceptos clave como los tipos de secadores, contenido de humedad, y factores que afectan la transferencia de masa durante el proceso de secado.

1. Preparado por:
Catalina Arango Bedoya
Javier Alonso Ordoñez
Karime Galvis
Mayra Alejandra Perez
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MEDELLIÍN
Laboratorio de Operaciones de Transferencia y Control de Procesos
TUNEL DE SECADO
OBJETIVO GENERAL
Determinar la curva de secado con los datos obtenidos durante la práctica, es decir, la curva de la
variación de la humedad con el tiempo, la cual será útil para determinar el tiempo necesario para
el secado de un mismo sólido bajo diferentes condiciones con el fin de tener una idea de la
influencia que tienen en la velocidad de secado las variables del proceso: temperatura, velocidad
del aire, etc. Estos datos se convertirán a régimen de secado a partir de los modelos teóricos
existentes y serán llevados a un gráfico en función del contenido de humedad.

2. INTRODUCCIÓN
Cuando hablamos de secado nos referimos a la separación de pequeñas cantidades de agua o
líquido, de un sólido, por evaporación de este en presencia o no de una corriente de gas. El
secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones.
Los equipos para secado se pueden clasificar de dos maneras: Secadores directos y secadores
indirectos, el secador que se encuentra en el Laboratorio De Operaciones Unitarias está dentro
del grupo de secadores directos, ya que en este la transferencia de calor se logra por contacto
directo entre el sólido húmedo y el gas caliente. Más específicamente este equipo es un secador
D- Por lotes, por lo que sabemos que las condiciones de contenido de humedad y temperatura
varían continuamente en cualquier punto de este.
El túnel de secado con el que trabajaremos es un secador de bandeja, por lo que consiste en un
gabinete para alojar los materiales a secar, en el cual se hace correr suficiente cantidad de aire
caliente. Para este tipo de secadores son importantes variables como:
• Tiempo de contacto entre el sólido y el gas, como el área de contacto.
• Gradiente de temperatura.
• Humedad del sólido y el gas.
• Resistencia del sólido.
• Velocidad del gas.
• Espesor del sólido.
En el laboratorio realizamos varias mediciones con el fin de entender este proceso, además de
obtener datos experimentales que nos sirvan como parámetros para un diseño a nivel industrial.
1. HIPOTESIS EXPERIMENTAL

3. A partir del secado de sólidos se puede obtener una curva de rapidez de secado, la cual nos da
información de cómo es la velocidad de secado y en qué momento se logra una humedad
deseada, a la vez que marca un margen de cuando detener la operación.
2. CONCEPTOS BÁSICOS
2.1 SECADO DE SOLIDOS
La operación de secado es una operación de transferencia de masa de contacto gas- sólido, donde
la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la
diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial de vapor de
la corriente gaseosa. En particular, el secado de sólidos comienza cuando se establece un flujo de
moléculas de agua desde el interior del sólido hacia el seno de aire, formándose así un gradiente
de humedad entre la superficie del sólido y el interior del mismo. Este gradiente actúa coma la
fuerza impulsora de las moléculas de agua, que las lleva hasta la interfase sólido-aire. Cuando las
dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso de secado
cesa.
En el mercado de equipos para la industria química hay muchos tipos de secadores, cada uno
diseñado para su propia especialidad y algunos lo suficientemente versátiles como para secar más
de un solo tipo de material húmedo. Sin embargo, la elección de un tipo de secador para un
servicio en particular por parte del ingeniero, se reduce a elegir entre los tipos de secadores
existentes, teniendo en cuenta el rendimiento y costo de cada uno de ellos.
2.2 TIPOS DE SECADORES
Los equipos utilizados para secar se pueden clasificar de acuerdo a cualquiera de estas categorías:
I. Métodos de operación: Continuos ó Discontinuos.
II. Métodos de propiciar el calor necesario para la evaporación de la humedad: En secadores
directos e indirectos
III. Naturaleza de la sustancia a secar: Puede ser la sustancia un sólido rígido como la madera,
un material flexible como el papel o la tela, un sólido granular tal como la masa de
cristales, entre otros.
Los diferentes tipos de secadores se pueden observar en el siguiente diagrama:

4. SECADORES
CALENTAMIENTO CALENTAMIENTO
DIRECTO INDIRECTO
CONTINUOS DISCONTINUOS CONTINUOS DISCONTINUOS
De bandeja
De túnel De bandeja De tambor
de vacío
con
Neumáticos corriente de Con
aire circulación a De bandeja
Ciclonicos través del a presión
lecho atmosférica
De cama Con
chorreada circulación a
través del Por
De cama lecho sólido congelación
vibratoria
De lecho Lecho
fluidizado Fluidizado
Sprays
De tipo
turbina
Rotatorios

5. 3.3 DEFINICIONES FUNDAMENTALES
• Contenido de humedad, base seca
• Contenido de humedad, base húmeda
• Humedad de equilibrio: Humedad del sólido cuando su presión de vapor se iguala a la
presión de vapor del gas. Es decir, humedad del sólido cuando está en equilibrio con el gas.
• Humedad libre: Es la humedad del sólido; que es la humedad que está en exceso con
relación a la humedad de equilibrio. Es ésta la humedad que se puede evaporar y depende
de la concentración de vapor en la corriente gaseosa.
• Humedad crítica: Es la humedad a la cual se cambia del periodo régimen constante al
periodo de caída de régimen en la curva de régimen de secado.
Cuando se produce la evaporación superficial, debe haber un movimiento de humedad desde las
profundidades del sólido hacia la superficie, es decir, que los líquidos se mueven dentro del solido,
este hecho tiene relación con las curvas fundamentales de secado, las cuales mostraremos más
adelante, por eso es importante entender varios conceptos, por medio de los cuales se ha buscado
explicar este movimiento
• Difusión liquida: Se puede producir la difusión de la humedad líquida debido a los gradientes
de concentración entre las profundidades del sólido, donde la concentración es alta y la
superficie donde ésta es baja (Treybal, 1965).

6. • Movimiento capilar: La humedad se traslada a través de capilares e intersticios de los sólidos
mediante un mecanismo que implica tensión superficial. Los capilares se extienden desde
pequeños receptáculos de humedad dentro del sólido hasta la superficie de secado. A
medida que se lleva a cabo el secado, al principio la humedad se traslada por capilaridad
hacia la superficie con suficiente rapidez, siendo constante el régimen de secado.
Más adelante en las curvas de régimen de secado nos referiremos a términos como
• Condiciones internas: Están definidas, por la transferencia de calor y de masa a través del
sólido. En el caso que predominen, es decir, que la resistencia a la transferencia de masa a
través del material sea muy superior a la de la capa límite del gas, la difusión interna
controlará el proceso y lo más importante será las propiedades del sólido.
• Condiciones externas: Están definidas por la resistencia a la transferencia de calor y de masa
de la capa límite del gas, y en el caso que predominen, el secado no dependerá de las
características del sólido sino de las condiciones del gas, y estará controlado por la
transferencia de masa y calor entre el gas y la superficie del sólido, empleándose en la
evaporación todo el calor que se recibe del gas, la cual se comporta como una superficie
libre de agua.
• Comportamiento higroscópico: Es la capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder
humedad de sus alrededores.
• Temperatura de bulbo húmedo: Es la temperatura que da un termómetro con el bulbo
envuelto en una mecha de algodón húmedo bajo una corriente de aire.
3. SECADO EN LA INGENIERIA QUIMICA
Las razones para realizar el secado de un material son tan amplias como la variedad de materiales
que necesitan o pueden ser secados. Por ejemplo algunos polvos necesitan perder humedad antes
de ser prensados, asunto que es de importancia en la industria de la química farmacéutica. El
secado también puede disminuir los costos de transporte.
Ahora bien en la industria química el secado es una operación muy importante y es muy común
que sea la última operación en la producción precedente a la salida del producto resultante, varios
ejemplos de tales procesos en los que es necesario el secado resultan ser:

7. • Secado de materiales de construcción, materiales biológicos y productos poliméricos.
• En diversos procesos de tratamientos de desechos sólidos se incluye la remoción de
humedad para el desecho limpio y seguro o reciclaje de esos materiales, siendo asi este
proceso de gran relevancia en muchos procesos productivos para el cuidado del medio
ambiente.
• El secado está presente en la mayoría de procesos de fabricación de alimentos.
4. EQUIPO
4.1 DESCRIPCION GENERAL

8. FIGURA 1. Equipo túnel de secado
4.1.1 Cuerpo del equipo
El túnel de secado que se encuentra en el laboratorio de operaciones unitarias es un secador de
bandeja que está conformado por varios módulos de hierro galvanizado calibre 22., el aire ingresa
al secador utilizando un ventilador de aspas con un motor SIEMENS cuya potencia es 0.9 hp. Dicho
motor es trifásico a 220 voltios, y cuenta con un interruptor de encendido (botón verde) y apagado
(botón rojo) el cual se encuentra en el panel frontal. El acceso de aire es regulado manualmente
por medio de la válvula mariposa.
4.1.2 Sistema de calentamiento de aire y secado
En el ducto hay instaladas 10 resistencias eléctricas con aletas de tipo rectangular que transmiten
la energía necesaria para el calentamiento del aire (1 kW/cada una). El aire ya calentado pasa a
una cámara de secado (ancho = 25 cm, largo = 30 cm) que dispone de una ventana de acrílico de
45 x 25 cm para el ingreso de las muestras. En la cámara de secado el material se coloca sobre una
bandeja de aluminio que se sostiene de un soporte acoplado a una balanza. Después de la cámara
de secado el módulo siguiente presenta un ángulo suavizado de 90° (a este modulo se le conoce
como cámara de secado transversal a través del cual el aire caliente y más húmedo sale del
secador.
En la cámara de secado también se encuentra instalada una termocupla, conectada a un lector de
temperatura que se encuentra instalado en el panel frontal, y da la temperatura de secado dentro
del túnel.
4.1.3 Potencia

9. El suministro de corriente al equipo se realiza por medio de un circuito eléctrico que parte del
panel principal de breakers, Dicho circuito consta de un breaker trifásico de 80A, y tres líneas de
cable de cobre AWG №4 (color negro), como complemento a dicho circuito se encuentran otros
dos cables de cobre también AWG №6, uno para la tierra física y el otro para el neutro (ambos
color negro). Al llegar dichas líneas al equipo la distribución de corriente a las resistencias se
realiza por medio de líneas de cable de cobre AWG №10 (color verde) y №12 (color azul), el corte
de la corriente se hace con la ayuda de un interruptor tipo cuchilla (corte principal para todas las
resistencias), y de un interruptor también tipo cuchilla para cada una de ellas.
4.2 DESCRIPCION POR PARTES
FIGURA 2. Equipo túnel de secado por partes
1. Es un ducto rectangular de 25 cm. de ancho por 30.5 cm. de largo. En ésta parte del ducto
se mide la velocidad del aire.
2. Balanza

10. 3. Cabina de secado: El material de la cámara, al igual que el resto del túnel es hierro
galvanizado, a esta se le diseño una venta lateral (L=45 cm y W=25 cm), para el acceso de
las bandejas, con seguro, bisagras y empaques para no permitir fugas.
4. Cuchilla de corriente para el circuito de resistencias.
5. Ventilador de aspas: accionado por los switches verde (apagado) y rojo (encendido) que
están ubicados al lado del indicador de temperatura. Este ventilador está conectado por
medio de un juego de poleas y una banda a un motor SIEMENS cuya potencia es de0.9 hp
y que tiene conexión eléctrica. El acceso de aire es regulado manualmente por medio de la
válvula mariposa.
6. Válvula mariposa: manipula la entrada del aire, lo cual se traduce en caudal.
7. Entrada de aire.
8. De derecha a izquierda cuchillas de encendido y apagado de los circuitos C1 – C5. Cada
circuito está conformado por dos resistencias.
FIGURA 3. Diagrama de flujo del túnel de secado
4.3 OPERACIÓN BASICA DEL EQUIPO

11. FIGURA 4. Panel de encendido del túnel de secado
4.3.1 Encendido
• Verificar que todas los interruptores tipo cuchilla se encuentren en la posición de apagado, tanto
la principal como las secundarias.
• Encienda el breaker ubicado en el panel principal de breakers y rotulado “TUNEL DE SECADO”.
• Instalar la balanza y el soporte para la bandeja que contendrá la muestra.
• Encender el ventilador por medio del interruptor (botón verde).
• Colocar el interruptor principal tipo cuchilla en la posición encendido.
• Abrir la válvula mariposa hasta la posición deseada para la realización de la práctica.
• Encender las resistencias que considere necesarias
•Esperar unos minutos hasta que las condiciones del sistema permanezcan constantes y
aproximadas a los valores deseados (temperatura y flujo volumétrico).
• Introducir la bandeja con la muestra y tape rápidamente.
4.3.2 Apagado
• Apagar las resistencias por medio de los interruptores tipo cuchilla (los secundarios y el
principal).
• Esperar a que la temperatura de salida del aire sea igual a la temperatura de entrada, y proceda
al apagado del ventilador por medio del interruptor (botón rojo).
• Apagar el breaker ubicado en el panel principal de breakers y rotulado “TUNEL DE SECADO”.
• Retire y proceda a determinar el peso de la muestra.
• Proceder a la limpieza de los instrumentos suministrados y del sitio de trabajo
4.4 UBICACIÓN

12. FIGURA 5. Ubicación del túnel de secado en el Laboratorio De Operaciones Unitarias
5. PROCEDIMIENTO
Con el fin de llevar a cabo los objetivos de la práctica, se siguieron los siguientes pasos:
• Instalar la balanza y el soporte para la bandeja que contendrá la muestra.
• Encender el ventilador.
• Colocar el interruptor tipo cuchilla en la posición de encendido.
• Abrir la válvula mariposa hasta la posición deseada para fijar el flujo volumétrico de aire.
Determinar su velocidad usando un anemómetro.
• Encender la resistencia marcada con el número 1 (señalada con una flecha en la Fig.1), la cual
proporcionara una temperatura adecuada para el secado.
• Como la termocupla se encuentra mala, debe introducirse un termómetro en la cámara de
secado, donde se introduce la bandeja con la muestra. En la parte trasera hay un hueco
especialmente para ello.
• En la misma cámara de secado debe introducirse el termómetro de bulbo húmedo, la cual
también tiene un pequeño orificio para este fin.
• Esperar unos minutos hasta que las condiciones del sistema se estabilicen, es decir, cuando los
termómetros marquen una temperatura constante (dejen de aumentar).
• Cubrir la bandeja con la muestra a secar procurando que esta tenga un espesor lo más pequeño
posible (1-3 mm) de modo que el área de secado sea aproximadamente el área superficial de la
muestra.
• Introducir la bandeja y tapar rápidamente.
• Tomar datos de peso de sólido y humedad relativa del aire de secado en intervalos de tiempo
de inicialmente 2 minuto e ir incrementándolos a medida que el secado avance.
• Cuando el peso de la muestra sea aproximadamente constante con el tiempo, apagar las
resistencias por medio de los interruptores cuchilla.
• Esperar a que la temperatura de salida del aire sea igual a la del aire a la entrada para apagar el
ventilador.
• Retirar la bandeja con la muestra y luego dejarlo secar en la estufa durante 24 horas.
• Proceder con la limpieza de los instrumentos suministrados y del sitio de trabajo.

13. • Pasadas las 24 horas, determinar el peso de sólido seco.
6. CONSTRUCCION DE LAS CURVAS
Con el fin de fijar horarios de secado y determinar el tamaño del equipo, es necesario
determinar el tiempo que se requerirá para secar una sustancia a partir de un contenido de
humedad a otro en condiciones especificas.
En pro de este fin, la construcción de curvas de secado experimentales nos brindan una
solución a este problema, pues con ellas podemos relacionar variables como la cantidad
de humedad, velocidad de evaporación y cantidades predominantes de la transferencia
de masa y calor entre la interfase sólida y el aire; así como su variación con la temperatura
y la velocidad del aire.
6.1. CURVA DE VELOCIDAD DE EVAPORACION
El cambio en la cantidad de humedad (base seca) con respecto al tiempo de secado de una
sustancia nos muestra como es el comportamiento en la evaporación y sus etapas.
FIGURA 6. Humedad del material vs. Tiempo. X (Kg. agua/Kg. solidó seco) vs. t (s)

14. Esta grafica se construye tomando el peso de la muestra a secar en un intervalo de
tiempo constante y graficando en las abscisas y en el eje
coordenado.
Peso inicial de la muestra (peso solido húmedo).
Peso de la muestra seca.
Tiempo
6.2. CURVA DE RAPIDEZ DE SECACO
A partir de la grafica de humedad vs. tiempo puede obtenerse mucha información si
se toman datos de las rapideces de secado y se grafican contra humedad.
FIGURA 7. Rapidez de secado vs. Humedad del material. N (Kg. agua/m2s) vs. X (Kg. agua/Kg.
solidó seco)

15. Esta grafica puede realizarse midiendo las pendientes de las tangentes trazadas a la curva
de velocidad o tomando pequeños cambios de humedad para los cambios de tiempo
y calculando W
En estas curvas se pueden observar secciones de las cuales podemos obtener
información y que se consideran típicas en un proceso de secado.
Se tiene así un periodo inicial (AB) en el cual la intensidad de la evaporación es poca
esto debido a que la velocidad de evaporación aumenta mientras alcanza la
temperatura (temperatura de bulbo húmedo del gas).Una vez alcanzada esta
temperatura, en el proceso de secado, este se da a una velocidad constante de evaporación
(BC) debido a que la cantidad de agua ligada en el sólido, en forma mecánica que pasa
al liquido es igual al agua que se transporta por capilaridad hasta la superficie. este
periodo se mantiene así hasta que alcanza el punto de humedad critica.
En el segundo período de secado (CE) o período de velocidad de secado decreciente; donde se
evapora la humedad ligada del material y predominan las condiciones internas o las
características internas y externas simultáneamente. En estas condiciones el sólido tiene un
comportamiento higroscópico. Durante el período, la temperatura del material sobrepasa la
de bulbo húmedo debido a que el descenso de la velocidad de secado rompe el equilibrio
térmico que mantiene estable la temperatura y una parte considerable del calor se emplea en
un calentamiento del sólido.
6.2. MODELO MATEMATICO PARA CALULAR EL TIEMPO DE SECADO
(1)
Reorganizando la ecuación se tiene
(2)

16. Integrando
(3)
Para una rapidez constante obtenemos
(4)
Para el caso en el cual la rapidez no es constante.
Si es menor que el secado se efectúa a velocidad variable, por lo que la ecuación (3) se
puede resolver de la siguiente forma:
a) Caso general. La ecuación 3 se integra gráficamente a fin de determinar el área bajo la
curva con como ordenada y como abscisa, datos que se pueden obtener a
partir de la figura 7.
b) Para el caso en que W varía linealmente con X, se toma la ecuación de una recta.
Donde
Pendiente de la porción lineal de la curva.
Constante.
Pero: Wi = mXi + b y Wf = mXf + b
Teniendo que

17. 7. RECOMENDACIONES Y SEGURIDAD
Es importante tener en cuenta ciertas recomendaciones antes de iniciar la práctica, por esto
hemos enumerado las siguientes:
• No encienda las resistencias sin antes haber encendido el ventilador, ya que de lo contrario las
resistencias se dañarían al no tener un fluido que les retirase la energía en forma de calor que
estas producen.
• Cuando apague las resistencias deje funcionado el ventilador por unos cuantos minutos hasta
que la temperatura a la salida de la corriente de aire sea aproximadamente la del ambiente.
• Antes de introducir la bandeja con el sólido húmedo en la canastilla, se debe pesar para
obtener el dato del contenido de humedad inicial.
• Procurar que el soporte de la balanza, no roce con ninguna parte del equipo, ya que esto
puede desestabilizar y por tanto descontrolar el registro de la balanza.
• Introduzca la muestra solo cuando las condiciones de temperatura y flujo sean constantes.
• En el proceso de toma de datos experimentales, preste especial atención a los datos
relacionados a la zona del periodo de ajuste inicial, en el cual los intervalos de tiempo deben
de ser pequeños para obtener puntos suficientes de análisis.
• Si nota que alguno de los circuitos se está recalentando, proceda inmediatamente a su
apagado y comuníquelo al monitor o al profesor.
• Garantice que el bulbo del termómetro se encuentre húmedo al momento de realizar la
medición de la temperatura de bulbo húmedo.
• Realice una calibración inicial de los instrumentos de medición.
• El valor del peso del sólido seco se obtiene secando la muestra en una estufa durante 24 horas
a una temperatura de aproximadamente 60°C.
• Tomar datos hasta que el valor del peso de la muestra se mantenga relativamente constante,
hasta que la variación sea muy pequeña.

18. 8. TABLAS DE DATOS
Se recomienda trabajar bajo las siguientes tablas, por eso es importante imprimirlas para tenerlas
a la mano el día que se realice la práctica y así no olvidar ningún dato
TABLA 1. Condiciones del laboratorio
Presión atmosférica [mm Hg]
Temperatura ambiente [°C]
TABLA 2. Condiciones iníciales (Túnel de secado)
Temperatura del aire la entrada
Temperatura del aire en la cámara de secado
Velocidad del aire (m/s)
Humedad relativa del aire de entrada [%]
Espesor del sólido a secar [cm]
Área ocupada por el sólido a secar [m²]
Masa sólido seco [g]
TABLA 3. Datos experimentales (Túnel de secado)

19. = Temperatura de bulbo húmedo
Temperatura del gas
Velocidad del gas
Humedad relativa
9. BIBLIOGRAFIA
• http://www.monografias.com/trabajos15/operacion-secado/operacion-
secado.shtml#MOVIMIEN
• http://www.romerconsulting.com/d054.htm

20. • Treybal R. C. " Operaciones con transferencia de masa"
• http://www.sarec-fiq.edu.ni/index.php?id=11
• MSc. Ing. Luz María Contreras Velásquez. Aspectos teóricos de la operación de secado y su
aplicación en productos sólidos.
• Prácticas de laboratorio procesos de separación ll, UNAM, facultad de Ing. química

21. • Treybal R. C. " Operaciones con transferencia de masa"
• http://www.sarec-fiq.edu.ni/index.php?id=11
• MSc. Ing. Luz María Contreras Velásquez. Aspectos teóricos de la operación de secado y su
aplicación en productos sólidos.
• Prácticas de laboratorio procesos de separación ll, UNAM, facultad de Ing. química

22. • Treybal R. C. " Operaciones con transferencia de masa"
• http://www.sarec-fiq.edu.ni/index.php?id=11
• MSc. Ing. Luz María Contreras Velásquez. Aspectos teóricos de la operación de secado y su
aplicación en productos sólidos.
• Prácticas de laboratorio procesos de separación ll, UNAM, facultad de Ing. química