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.