Velocidad De Secado

2.3.2 VELOCIDAD DE SECADO

La velocidad de secado se define como la pérdida de humedad del sólido húmedo por unidad de tiempo, y más exactamente por el cociente diferencial (-dX/dθ) operando bajo condiciones físicas y termodinámicas, constantes. Estas condiciones son la temperatura, humedad, presión y dirección del flujo del aire a través de la superficie del secado.

Analíticamente, la velocidad de secado se refiere por unidad de área de superficie de secado, de acuerdo con la ecuación:

W= S/A (-dX/dθ)

Dónde:

S = peso del sólido seco

A =área de la superficie expuesta

W =velocidad de secado

= diferencia de humedad respecto del tiempo.

Uno de los parámetros más importantes, en las operaciones de secado y que debe ser conocido para el dimensionamiento de algunos tipos de secadores, es la velocidad de secado. En una operación normal de secado por aire, inicialmente se evapora el agua superficial y dado que las condiciones del aire son constantes, el calor latente de evaporación del agua es constante y consecuencialmente la velocidad de evaporación o de secado, para este caso, es constante. Una vez termina de evaporarse el agua superficial, el agua del interior del cuerpo debe migrar a la superficie gastando un tiempo con lo cual se disminuye la velocidad de secado.

Para cálculos de secado, usualmente se emplean gráficas de la tasa de secado o velocidad de secado por unidad de superficie de secado, dx en kg/m2 hr, dθ contra la humedad libre en kg/kg. de sólido seco.

METODOS EXPERIMENTALES PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD DE SECADO

Se debe colocar el material solido a lo largo de una bandeja de manera que solo que de la mayor parte de la superficie expuesta de dicho sólido.

Se establecen intervalos de tiempo para medir la pérdida de peso del sólido, para que sea continuo se debe colgar una balanza adaptada a un gabinete o un ducto atravez del cual fluye el aire de secado.

Si se hace por lotes, se debe asemejar las condiciones de operación lo más posible a gran escala. La muestra no debe ser demasiado pequeña y se debe introducir en una bandeja similar a la que se usará en producción. La relación entre superficie de secado y superficie de no secado (superficie aislada) así como la profundidad del lecho del sólido deben ser idénticas. La velocidad, la humedad, la temperatura y la dirección del aire deben ser las mismas y constantes para simular un secado en condiciones constantes

Posteriormente los datos obtenidos del secado por lotes deben ser tratados de la siguiente manera:

Los datos obtenidos se expresan como peso total (W) del sólido húmedo (sólido más humedad) a diferentes tiempos (t) horas en el periodo de secado.

Estos valores se pueden convertir a datos de velocidad de secado por los siguientes procedimientos:

Se recalculan los datos. Si W es el peso del sólido húmedo en kilogramos totales de agua más sólido seco y Ws es el peso del sólido seco en kilogramos,

X_t=(W-W_S)/W_S (Kg totales de agua)/(Kg de sólido seco)

Después de establecer las condiciones de secado constante, se determina el contenido de humedad de equilibrio (X*)en [kg de humedad de equilibrio/kg de sólido seco].

Se calcula el valor del contenido de humedad libre (X) en [kg de agua libre de sólido] seco para cada valor de Xt.

X=X_t- X^*

Se procede a trazar una gráfica del contenido de humedad libre (X) en función del tiempo (t) en horas, como se muestra en la figura 4. Para obtener una curva de velocidad de secado a partir de esta gráfica.

Se miden las pendientes de las tangentes a la curva, la cual proporciona valores de dx/dt para ciertos valores de t. Se calcula entonces la velocidad R para cada punto con la expresión:

R=L_s/A dX/dt

Donde:

R= velocidad de secado en kg H2O/h . m2,

LS = kg de sólido seco usado

A= área superficial expuesta al secado en m2

Figuras 1 y 2:. Curva típica de velocidad de secado constante: a) gráfica de los datos de humedad libre en función del tiempo. b) curva de velocidad de secado en función del contenido de humedad libre.

Hay dos períodos de velocidad de secado:

A) Período antecrítico o de velocidad de secado constante: En este período la superficie del sólido está totalmente cubierta por una capa de líquido y la evaporación dependerá solo de la velocidad de difusión del vapor o de la intensidad de paso de calor a través de la capa límite del aire. Esta velocidad de secado vendrá dada por:

Donde:

= coeficiente de transporte de materia

= humedad en la interfase

= humedad en el seno del aire

Atendiendo a la intensidad de paso de calor, si el calor se emplea exclusivamente en evaporar la humedad, la velocidad de secado vendrá dada por:

Donde = coeficiente integral de transmisión de la calor

= calor latente de vaporización del líquido a la temperatura de interfase

i t son la temperatura en el seno del aire

B) Período poscrítico: En general este período se puede dividir en dos tramos: uno en el que la velocidad de secado varía linealmente con la humedad desde el punto crítico (primer período poscrítico), y otro en el que no se cumple esta variación lineal (segundo período poscrítico), aunque puede no presentarse esta separación neta entre ambos tramos. Durante el primer período poscrítico, la velocidad de secado está regida por la evaporación del agua sobre la fracción de superficie mojada; esta fracción disminuye continuamente hasta que al final de este período la superficie está seca. Se puede calcular la velocidad de secado en cualquier instante de este período en función de las velocidades y humedades crítica y final correspondientes a este período, de acuerdo con la ecuación:

Durante el segundo período poscrítico la superficie está totalmente seca y la velocidad de secado ha de evaluarse atendiendo al proceso de transporte

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