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Universidad Nacional de Colombia
Laboratorio de operaciones de separación, reacción y control
Informe de secado directo
Fecha de la práctica: 18 de marzo de 2014
Víctor Daza, Lorena Leguizamón, Oscar Rincón, Ricardo Serrano
Introducción
Se realizó un secado directo en flujo transversal de aire de una muestra de piña
comercial tipo Anana comosus. Se tomaron los datos de temperatura, humedad y
velocidad de la corriente de aire antes y después del contacto con la muestra para
establecer las curvas de secado de dicha muestra. Con estos resultados se podrá
ver y establecer el funcionamiento del equipo y, mediante la cuantificación de
pérdidas de calor presentes, determinar la eficiencia del mismo.
Datos, resultados y análisis
Para la determinación de la humedad inicial de la piña se tomó una muestra de
1.837 g de masa inicial, la cual se llevó a una termobalanza que operó a 70 °C
durante 4 horas con el fin de retirar la humedad total1. A continuación se muestran
los siguientes resultados:
1 No se asegura la completa remoción de la humedad de la muestra ya que el tiempo de la práctica
no fue el suficiente, sin embargo, se trabajará con el resultado de humedad determinado.
Tabla 1. Datos determinación de la humedad inicial de la muestra de piña
Masa inicia, g 1.837
Masa final, g 0.350
% Humedad 0.809
Cont. Humedad, g 4.249
El valor del contenido de humedad absoluta de la muestra inicial se calcula como
se muestra en la ecuación 7 del informe de planeación. Esta expresión es:
Donde la masa húmeda inicial de la muestra es , y es la masa seca luego
del tratamiento en la termobalanza, así la relación de humedad/sólido seco será:
Y, la cantidad de agua inicial por unidad de masa de muestra está dada por la
siguiente expresión:
Así, se tiene:
Por lo tanto, se puede observar que aproximadamente el 80% de la piña es agua.
Por otra parte, cabe destacar que se trabajó en la operación de secado con tres
rodajas de piña cortadas lo más simétricamente posible, con las siguientes
dimensiones:
Tabla 2. Dimensiones rodajas de piña trabajadas en el secador2
Diámetro, cm Espesor, cm
Rodaja 1 2 1 2
1 11.00 10.20 1.10 1.05
2 11.50 11.60 0.70 0.70
3 11.10 11.15 0.80 1.00
Se tomaron medidas de las rodajas en dos posiciones diferentes, para trabajar con
las medidas promediadas aritméticamente (tabla 3). Con tales valores se conoce
el área expuesta de secado (la cual se calculará, y empleará, más adelante).
Tabla 3. Dimensiones rodajas de piña promediadas
Rodaja Diámetro, cm Espesor, cm
1 10.60 1.08
2 11.55 0.70
3 11.12 0.90
Para la evaluación del estado del equipo de secado
se propuso la determinación y cuantificación de las
pérdidas de calor que experimenta el equipo con el
fin de encontrar la eficiencia de este respecto a la
potencia global que entrega el ventilador y la
energía en forma de calor entregada al aire por las
resistencias. Para ello, se establecieron puntos
clave alrededor del equipo como los ductos de aire
y la caja de secado, como se puede apreciar en la
ilustración 1, y se tomaron los datos de temperatura
superficial, por medio del termómetro infrarrojo, en
2 Debido a que las rodajas empleadas no eran perfectamente simétricas, se tomaron dos mediciones para el diámetro y dos para el espesor.
Ilustración 1. Apreciación toma de temperatura superficial para la cuantificación
de pérdidas por convección al ambiente. Fuente: propia
siete puntos diferentes del equipo de secado. Estos datos fueron registrados en
intervalos de cinco a diez minutos, los cuales se promediarán aritméticamente y se
determinará si las pérdidas de calor son realmente significativas en términos de la
potencia entregada por el ventilador y las resistencias del equipo.
En la ilustración 2 se muestran los puntos de toma de temperatura, donde: 1 es el
frente derecho de la caja del secador, 2 es el lado superior de la caja, 3 y 4 son el
lado derecho e izquierdo de la misma, respectivamente. Los puntos 5 y 6 son los
puntos en el ducto de entrada y salida del aire, y el punto 7 indica la temperatura
de salida del aire.
Ilustración 2. Puntos de toma de temperaturas en el secador para determinación de pérdidas por
calor. Fuente: propia
Para estos puntos se reportaron los siguientes datos experimentales:
Tabla 4. Datos experimentales de temperaturas en ductos y caja del equipo de secado.
- : valores no reportados.
Puntos de toma de temperatura, °C
Tiempo, min 1 2 3 4 5 6 7
0 33.7 31.6 34.9 32.1 - - 39.3
10 36.1 34.6 36.6 33.4 - - 43.0
20 33.1 32.7 34.3 32.3 24.9 26.2 44.9
30 34.3 31.6 35.3 31.3 25.3 26.8 45.8
40 35.2 32.1 37.4 34.7 30.5 28.8 46.0
50 35.4 32.3 36.1 32.5 27.3 26.8 45.6
55 35.1 31.9 34.7 31.5 29.3 28.8 45.6
60 34.4 30.6 34.3 29.3 27.8 26.0 45.5
65 34.6 31.1 31.7 32.3 28.0 27.8 45.6
70 35.1 31.8 35.2 31.8 26.4 26.1 45.8
75 35.5 31.3 34.5 31.1 26.1 26.1 46.2
80 35.5 32.5 36.6 32.9 27.1 26.9 43.6
85 36.1 32.8 32.9 32.1 29.7 26.9 46.6
90 35.4 31.4 35.7 32.2 37.1 37.1 46.4
95 35.2 31.1 35.4 31.8 26.3 26.1 46.3
100 34.8 32.1 34.6 33.2 30.6 29.6 46.4
105 34.7 32.3 34.3 31.3 29.1 25.3 46.4
110 34.8 32.3 31.9 31.4 28.0 27.6 46.2
115 33.7 31.6 36.6 32.2 25.6 26.7 46.3
120 34.8 31.4 34.3 30.3 23.6 24.9 46.4
125 34.2 30.8 36.6 30.3 25.2 23.2 46.6
135 37.4 32.4 37.8 33.9 28.9 26.4 46.6
145 35.3 31.2 37.4 31.4 28.0 27.5 46.9
Por medio de estos valores se puede observar que en la caja del secador, en el
punto 3 (costado derecho), hay una mayor temperatura en la pared externa, lo que
muestra que es por este lugar donde ocurren las mayores pérdidas de calor del
equipo. Este valor de temperatura del punto 3 se debe a la transferencia de calor
por conducción que se da en la caja metálica más el calor liberado por el ducto de
entrada de circulación de aire caliente, debido a que una de las caras del ducto
ubicada frente al punto 3 no se encuentra aislada, generándose así una
transferencia de calor por convección entre dicha superficie y el aire.
Las condiciones del aire, velocidad, humedad y temperatura tanto antes como
después del contacto con la muestra se muestran a continuación:
Tabla 5. Datos experimentales. Condiciones del aire a la entrada y a la salida del equipo.
Durante el desarrollo de la práctica se reportaron los siguientes valores de
temperatura ambiental:
Tabla 6. Lecturas de temperatura ambiental
Tiempo, min T ambiente, °C
85 26,9
105 26,4
135 26,6
T amb.prom, °C 26,6
Luego de transcurridos 145 minutos de secado se
retiró la muestra del equipo, como se puede
apreciar en la ilustración 3. Se logró observar que
Tiempo, min
T entra, aire, °C
% Humedad relativa aire
entrada
% Humedad relativa aire
salida Velocidad aire, m/s
0 47.4 4.5 16.0
10 47.4 4.5 16.0
20 45.2 5.1 13.0 4.4
30 47.5 4.5 12.0 3.8
40 47.8 4.5 12.0 4.3
50 47.5 4.5 12.0 4.2
55 47.5 4.5 12.0 4.1
60 47.4 4.5 12.0 4.0
65 47.5 4.5 12.0 4.0
70 47.6 4.5 12.0 4.1
75 47.5 4.5 12.0 4.1
80 47.9 4.3 12.0 4.2
85 48.1 4.3 12.0 4.2
90 48.0 4.3 12.0 4.1
95 47.8 4.5 12.0 4.1
100 47.7 4.7 12.0 4.1
105 47.7 5.0 12.0 4.2
110 47.4 5.2 12.0 4.1
115 47.5 5.2 12.0 4.0
120 47.6 5.0 12.0 4.0
125 48.0 4.5 12.0 4.0
135 48.1 3.8 12.0 4.0
145 48.3 4.0 12.0 4.0
Ilustración 3. Muestra de piña luego del secado.
el secado no fue completo debido a que el tiempo del mismo fue bastante corto,
por lo tanto, al exprimir una porción de una de las rodajas se percibió un poco de
humedad. Sin embargo, no se debe descartar la posibilidad que la velocidad de
vaporización del líquido en la superficie pudo llegar a ser mayor que la velocidad
de desplazamiento del líquido desde el interior de la rodaja hacia la superficie, por
lo tanto, esto podría haber ocasionado que en parte los poros en la superficie se
cerraran y no se permitiera hacia ésta el transporte de humedad. Así mismo,
debido a la limitación de tiempo no se alcanzó a lograr llegar al valor de humedad
de equilibrio (ya que la masa de sólido no se alcanzó a estabilizar respecto al
tiempo), por lo tanto, el análisis estará basado en buscar la tendencia de los datos
obtenidos respecto al comportamiento teórico esperado (el cual fue presentado en
el informe de planeación), mas no se realizará una comparación de los datos
experimentales que se presentaron como punto de referencia en el informe de
planeación debido a que no se llevó a cabo la práctica a las mismas condiciones y
mucho menos con un mismo lote de fruta.
Los datos de pérdida de masa de humedad de la muestra en función del tiempo se
muestran en la siguiente tabla:
Tabla 4. Datos de pérdida de masa de la muestra de piña durante el secado
Tiempo, min Masa piña, g Tiempo, min Masa piña, g
0 268 85 235
10 268 90 235
20 267 95 231
30 264 100 230
40 259 105 230
50 256 110 229
55 245 115 229
60 244 120 223
65 243 125 223
70 243 135 220
75 240 145 219
80 238
Como se mostró en la tabla 1, el porcentaje de humedad de la muestra inicial es
de 80.9 %, así, la masa seca de la muestra estará dada por:
Donde es la masa inicial de la muestra de piña.
La humedad final, referida a la masa inicial de muestra, transcurridos 145 minutos
de secado es:
Así, el secado en el laboratorio redujo la humedad de 80.9 % hasta 62.6 %.
La ilustración 4 muestra la perdida de humedad en términos del tiempo de secado:
Ilustración 4. Pérdida de masa total de humedad respecto al tiempo de secado
200
210
220
230
240
250
260
270
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150
Mas
a m
ues
tra
de
piñ
a, g
Tiempo, min
Para la curva de velocidad de secado tenemos la siguiente secuencia de cálculo
efectuando cálculos analíticos tomando valores medios de la velocidad
correspondiente a cada intervalo de tiempo (para el posterior cálculo de la gráfica
de flux versus humedad):
En el instante t=10 minutos, se tiene:
Después de 20 minutos la humedad es , y el valor
medio de la humedad en este intervalo de tiempo es
.
Para el área de secado, como se aprecia en la ilustración cinco, el flujo de aire va
en dirección tangencial respecto a la muestra de piña que yace en la bandeja.
Ilustración 5. Interior equipo de secado, bandeja de posición del sólido y ductos de aire.
Fuente: propia
Así, se tomará solo el área superficial superior de las tres rodajas de piña que
serán las caras en contacto efectivo con el aire. Se asumirá estas caras de las
rodajas aproximadamente circulares tomando los valores de los diámetros
promediados de la tabla 3.
∑
La velocidad media de secado en este intervalo de tiempo resulta:
Los valores calculados para los demás puntos se indican en la tabla siguiente:
Tabla 5. Velocidad de secado de piña
Tiempo
(t), min
Masa
piña, g
Humedad
total, g agua
Humedad, g
agua/g masa
seca
Valor medio de
humedad (g
agua/g masa seca)
entre tj y tj+1
R,
g/cm2.min
0 268 217 4.24 4.24 -
10 268 217 4.24 4.24 0
20 267 216 4.22 4.23 1.72E-04
30 264 213 4.16 4.19 6.89E-04
40 259 208 4.06 4.11 1.38E-03
50 256 205 4.00 4.03 1.38E-03
55 245 194 3.79 3.89 4.82E-03
60 244 193 3.77 3.78 4.13E-03
65 243 192 3.75 3.76 6.89E-04
70 243 192 3.75 3.75 3.45E-04
75 240 189 3.69 3.72 1.03E-03
80 238 187 3.65 3.67 1.72E-03
85 235 184 3.59 3.62 1.72E-03
90 235 184 3.59 3.59 1.03E-03
95 231 180 3.51 3.55 1.38E-03
100 230 179 3.49 3.50 1.72E-03
105 230 179 3.49 3.49 3.45E-04
110 229 178 3.47 3.48 3.45E-04
115 229 178 3.47 3.47 3.45E-04
120 223 172 3.36 3.42 2.07E-03
125 223 172 3.36 3.36 2.07E-03
135 220 169 3.30 3.33 5.17E-04
145 219 168 3.28 3.29 6.89E-04
Estos datos se representan gráficamente en la ilustración 6, donde se puede ver
que no hay una tendencia descendiente del flux de agua a medida que desciende
la humedad en la muestra de piña, como se esperaría. Esto puede deberse, en
gran medida, a que la balanza no era exacta en la medición (pocas cifras
significativas, sin decimales) ni tampoco precisa (se presentaban saltos
inesperados en los valores de la masa, tales como incrementos, lo cual no tiene
sentido físico en la operación llevada a cabo bajo las condiciones de trabajo).
Ilustración 6. Velocidad de secado en función de la humedad de la piña
La siguiente ilustración representa una parte de la curva de secado
correspondiente a contenido de humedad en función del tiempo, donde se puede
apreciar unas tendencias marcadas en ciertos intervalos, sin embargo, para
realizar un análisis completo faltaría tener información experimental acerca del
comportamiento conforme el valor de humedad se aproxima y finalmente llega al
de equilibrio. No obstante, a partir de esta curva se puede establecer que el
período de acondicionamiento termina al cabo de aproximadamente 20 minutos,
de ahí en adelante comienza el de velocidad de secado constante, el cual finaliza
luego de aproximadamente 55 minutos para dar lugar al período teórico de
velocidad decreciente, sin embargo, la tabla 5 permite apreciar que en este último
período la velocidad realmente no decreció siempre conforme transcurría el
tiempo; lo cual se atribuye principalmente a la poca robustez de la balanza
empleada.
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
3,00 3,20 3,40 3,60 3,80 4,00 4,20 4,40
Flu
x, R
(g/
cm2.m
in)
Humedad, g agua/g sólido seco
Ilustración 7. Contenido de humedad en función del tiempo
Por otra parte, para la determinación de las pérdidas de calor a través de las
paredes del equipo se promediarán aritméticamente los valores de temperaturas
en el tiempo de los puntos 1 al 7 (tabla 4), e igualmente se hará con los datos de
temperaturas en la caja y en los ductos, ambas por separado para establecer las
pérdidas globales en estas partes fundamentales del equipo. Los resultados
obtenidos se presentan en la tabla 6.
Tabla 6. Temperaturas superficiales promedio en la caja metálica y el ducto de aire.
Lado Caja metálica Ducto de aire
Tprom, °C 33.5 27.5
Para la caja metálica se determinarán tanto perdidas de calor por convección
como por radiación.
Pérdidas de calor por convección:
( )
( )
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4
0 20 40 60 80 100 120 140
Co
nte
nid
o d
e H
um
ed
ad, x
Tiempo, min
Para el cálculo del coeficiente de transferencia de calor , tal como se propuso en
el informe de planeación, se emplearán números adimensionales, como se
muestra a continuación:
(
)
Donde , es el número de Nusselt, que se calcula en términos del número de
Grashof ( ) y Prandtl ( ):
De aquí, el número de Grasshof se define como sigue en la ecuación 7:
Donde:
Y es la temperatura media calculada, determinada así:
: temperatura promedio calculada anteriormente (mostrada en la tabla 6)
con base en las temperaturas leídas directamente sobre la pared metálica del
equipo.
El es la diferencia de temperaturas entre:
El valor de la gravedad se toma como , es la viscosidad cinemática a
la temperatura promedio de las propiedades del aire externo y es el valor de la
longitud característica que equivale al diámetro hidráulico para configuraciones de
ductos rectangulares. Este diámetro se define en la ecuación 11:
Donde equivale al área de sección transversal del ducto externo y es el
perímetro de dicho ducto, y para la caja metálica, el área y el perímetro serán los
correspondientes a las dimensiones de ésta.
Y el número de Prandtl, que se requiere en la ecuación 6, se calcula así:
Donde es la viscosidad dinámica del aire, es la capacidad calorífica, y , la
conductividad, a la temperatura promedio.
El cálculo de las pérdidas por convección para la caja metálica se describe a
continuación:
La caja metálica es una simétrica con 50 cm de lado:
El perímetro se calcula por medio de la suma de todas las aristas de la caja, se
tienen 12 aristas (50 cm c/u)
Para el área de la caja se tienen 6 caras:
Por tanto a longitud característica es:
Para la determinación del número de Prandalt, se requieren los valores del calor
específico, viscosidad dinámica y conductividad del aire externo ambiente a la
temperatura promedio entre la ambiental y la superficial (ecuación 9), de esta
manera:
Con esta temperatura promedio y la humedad relativa ambiente de 64 % se puede
determinar la humedad absoluta, y por tanto, la fracción molar de la mezcla de
aire. (Devatec, 2014). Así, para el 64 % de humedad relativa y a 30.0 °C, se tiene
. Mediante los pesos moleculares se tiene que
la fracción molar es de para el aire y fracción del vapor de agua.
Con estas condiciones, se tienen las siguientes propiedades de mezcla (Aspen,
2014):
Tabla 7. Propiedades del aire ambiente
Propiedad Unidad Valor
Viscosidad dinámica, μ N.s/m2 0,0000186
Conductividad, k W/m.K 0,0261
Capacidad calorífica, Cp J/kmol.K 29123,469
Peso molecular medio kg/kmol 28,54
viscosidad cinemática, ν m2/s 0,0000162
De aquí se calcula el número de Prandtl:
El número de Grasshof será:
Y el de Nusselt (ecuación 6) será entonces:
El coeficiente de transferencia de calor será:
(
) (
)
Finalmente, el flujo de calor que sale en la parte de la caja metálica por
convección será:
( )
Las pérdidas de calor por radiación para la caja metálica:
( )
(
)
Donde , es la emisividad de la superficie exterior de la protección de la caja.
Como se utiliza un recubrimiento con pintura se utilizará (Cengel, Tercera
edición); , es la contante de Stefan-Boltzman que es igual a
y el área de transferencia de calor por radicación se toma igual al área de
transferencias de calor por convección .
Reemplazando en la ecuación anterior se tiene,
( )
El cálculo de las pérdidas por convección para el ducto se describe a continuación:
La longitud característica para un ducto de sección cuadrada es igual a uno de los
lados.
La temperatura media calculada será:
Debido a que la variación de la temperatura media para el caso de los ductos varía
respecto a la calculada para la caja metálica, sin embargo, esta diferencia de 3
grados centígrados no genera una variación significativa en los valores de estas,
por lo tanto, se emplean para el cálculo de las pérdidas de calor para el caso del
ducto, los mismos valores utilizados para el caso de la caja metálica.
El coeficiente de transferencia de calor será:
(
) (
)
El área del ducto será la longitud total del ducto por la medida de un lado por el
número de caras. Se asumirán las curvas del ducto como cambios rectangulares.
Finalmente, el flujo de calor que sale del conducto por convección será:
( )
Este valor representa una compensación entre el calor perdido a través del ducto
por donde entra el aire y a través del ducto de salida, por donde se presenta la
salida del aire. Es importante tener en cuenta que en ciertos lugares del ducto,
donde se introducen las láminas para realizar un cambio en el patrón de flujo de
aire, se percibieron escapes de aire caliente, lo cual hace más crítica la situación
del equipo en cuanto a aprovechamiento energético.
También se deben cuantificar las pérdidas de calor que lleva el aire de salida, que
serán:
Las condiciones de temperatura, humedad y velocidad tanto de la corriente de aire
de entrada y salida del aire se muestran a continuación:
Tabla 8. Condiciones de temperatura, humedad y velocidad de aire de entrada y salida al secador
Tiempo, min T entra, aire,
°C HR, entrada
(%) T salida, aire,
°C HR, salida (%) Velocidad aire,
m/s
0 47.4 4.5 39.3 16.0
10 47.4 4.5 43.0 16.0
20 45.2 5.1 44.9 13.0 4.4
30 47.5 4.5 45.8 12.0 3.8
40 47.8 4.5 46.0 12.0 4.3
50 47.5 4.5 45.6 12.0 4.2
55 47.5 4.5 45.6 12.0 4.1
60 47.4 4.5 45.5 12.0 4.0
65 47.5 4.5 45.6 12.0 4.0
70 47.6 4.5 45.8 12.0 4.1
75 47.5 4.5 46.2 12.0 4.1
80 47.9 4.3 43.6 12.0 4.2
85 48.1 4.3 46.6 12.0 4.2
90 48,0 4.3 46.4 12.0 4.1
95 47.8 4.5 46.3 12.0 4.1
100 47.7 4.7 46.4 12.0 4.1
105 47.7 5.0 46.4 12.0 4.2
110 47.4 5.2 46.2 12.0 4.1
115 47.5 5.2 46.3 12.0 4.0
120 47.6 5.0 46.4 12.0 4.0
125 48.0 4.5 46.6 12.0 4.0
135 48.1 3.8 46.6 12.0 4.0
145 48.3 4.0 46.9 12.0 4.0
Para efectos de cálculos de transferencia de calor, se trabajará con el promedio de
las de propiedades experimentales de entrada y salida mostradas en la tabla
anterior, así:
Tabla 9. Condiciones promedios de temperatura, humedad y velocidad de aire de entrada y salida al secador
T entra, aire, °C
HR, entrada (%)
T salida, aire, °C
HR, salida (%)
Velocidad aire, m/s
T prom, aire, °C
HR, prom (%)
Propiedades promediadas
47.6 4.6 45,6 12.4 4.1 46.6 8.5
Con los valores de las 3 últimas columnas se determinará el cambio en la entalpia
de la corriente de aire.
Empleando la carta psicrométrica con datos de temperatura y humedad relativa
(Felder & Rousseau, 2004) se obtiene que la entalpía del aire de entrada es de
y la de salida .
El flujo másico se determina teniendo en cuenta la velocidad promedio de la tabla
10, el área de sección transversal del ducto (20 cm x 20 cm) y la densidad de la
mezcla aire-vapor de agua a la temperatura y humedad relativa promedios.
La humedad absoluta se determina a partir de una humedad relativa de 8.5 % y a
una temperatura de 46.6 °C, donde, empleando las tablas de humedad (Devatec,
2014) se tendrá una humedad absoluta de . Como la
cantidad de agua en el aire es relativamente pequeña, se empleará la densidad
del aire a la temperatura promedio. Así, la densidad es
(Devatec, 2014).
La diferencia de energía entre el aire de entrada y salida, será la energía perdida
por él más la energía entregada para la vaporización representada como el
lambda de vaporización , una fracción destinada al calentamiento de las paredes
del equipo (una parte se pierde hacia el ambiente) y de las bandejas y soportes, y
la otra para el secado de la humedad en la muestra de piña.
( )
Donde:
es la velocidad de aire, el área de sección transversal del ducto, la
densidad de la mezcla de gas promedio y y son las entalpías de salida y
entrada del gas por unidad de masa de aire seco.
Este valor del calor es el cambio de energía que se lleva a cabo en el aire de
entrada y salida, donde implica perdidas de calor debido a la trasferencia de calor
de este al ducto y del ducto al medio ambientes, así mismo las asociadas a las
fricciones y perdidas de energía debida al flujo (cambio de direcciones), pero es
importante aclarar que este valor no puede ser el calor perdido por el aire ya que
involucra también la energía empleada para la vaporización.
Energía entregada por el equipo (resistencia de aire):
Los siguientes datos fueron leídos en el equipo de secado empleado:
Tabla 10. Potencia equipo de secado
Nombre Valor Unidad
Voltaje 220 V
Resistencia aire 18 A
Factor de seguridad 20 %
El aire de ingreso al equipo fue el ambiental, por lo que las condiciones de
contenido de humedad fueron las mismas, así que solo se cuantificará el flujo de
energía debido a la resistencia de aire:
Para los flujos de calor totales, se tiene:
Debido a que el flux para el secado de la piña no tuvo un comportamiento
constante no se puede realizar la cuantificación de la energía entregada por el aire
para la vaporización, entonces se realizará un análisis de pérdidas de calor a partir
de pérdidas por convección y radiación.
( )
( )
( )
( )
( )
Como se observa en la tabla 11, la potencia del equipo posee un factor de
seguridad del 20 %, por tanto, la potencia real entregada será
Finalmente, un estimativo de la eficiencia será: (estimativo debido a que falta la
cuantificación de la energía para la vaporización)
[ ( )
]
Conclusiones y recomendaciones
Para el secado de tres rodajas de piña de masa inicial 268 g con un
contenido de humedad inicial de 80.9 %, se empleó aire con una humedad
relativa de 4.6 %, una temperatura de 47.6 °C y a una velocidad de 4.1 m/s.
La muestra estuvo 145 minutos en equipo y se llegó a una humedad final
de 62.6 %.
El período de acondicionamiento comprendió el intervalo entre 0 y 20
minutos y el de secado constante entre 20 y 50 minutos. Luego de
transcurridos 50 minutos tiene lugar teóricamente el de velocidad
decreciente, sin embargo, los datos no siguen una tendencia estricta de
velocidad decreciente.
Una manera propuesta de determinar la eficiencia del equipo de secado 2
es la cuantificación de flujo de energía perdido al ambiente respecto al
entregado a la resistencia de calentamiento de aire. Así, con un flujo de
calor de entrada de 3168 J/s (teniendo en cuenta un factor de seguridad
del 20 %), las pérdidas cuantificables a lo largo de todo el equipo (teniendo
en cuenta la caja metálica, el ducto aislado y el flujo de salida de aire al
ambiente) son de 2222.38 J/s. Así, la eficiencia energética del equipo es de
87.6 %, sin embargo sobre este valor de eficiencia no se debe realizar un
análisis debido a la falta de información para el cálculo de esta.
Como lo muestra la ilustración 6, el flux de la evaporación en relación con la
humedad de la muestra no presenta el comportamiento regular esperado (el
cual se puede ver en el informe de planeación). Esto se atribuye
principalmente a la inexactitud de la balanza empleada, lo que permite la
explicación de los puntos alejados del comportamiento usual. También es
menester tener en cuenta que no se llegó hasta la humedad de equilibrio
debido al tiempo limitado de experimentación y por ende al final de ésta aún
existía un contenido de humedad libre, principalmente representada por
humedad ligada.
Se recomienda emplear una balanza más robusta con mayor exactitud en la
medida, permitir un tiempo mayor de estabilización del equipo, así como
también un mayor tiempo de secado para que se pueda alcanzar el
equilibrio de la muestra de piña, o al menos aproximarse.
Referencias
Cengel, Y. (Tercera edición). Transferencia de calor. McGraw-Hill.
Devatec. (2014). Tabla de contenido de humedad. Recuperado el marzo de 2014, de
http://www.devatec.com/humidificacion/pdf/Learn_more_on_Humidification-esp.pdf
Felder, R. M., & Rousseau, R. W. (2004). Principios Elementales de los Procesos Químicos. México:
Limusa Wiley.