Seminario Secado[2]
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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA DEP. INGENIERIA DE ALIMENTOS Y PRODUCTOS AGROPECUARIOS SEMESTRE: 2009-I SEMINARIO DE SECADO 1. En un secadero de bandejas se secan 20 kg de un sólido húmedo del 50% (base húmeda) y durante las primeras horas se secan con una velocidad constante de secado a razón de 2,5 kg/hr, disminuyendo después la velocidad de secado linealmente con la humedad (Xe=0.4% base húmeda). Calcúlese la humedad del sólido (base húmeda) después de las tres primeras horas del periodo postcritico si se llega a la humedad de 0.004266 (bs) en 5 horas cuando la velocidad de secado es de 0.501 kg/hr. 2. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de un producto alimenticio: contenido inicial de humedad = 89,7% (bh) Tiempo de secado (min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Peso neto (kg) 24,0 17,4 12,9 9,7 7,8 6,2 5,2 4,5 3,9 3,5
Construya la curva para la velocidad de secado en función al contenido de humedad libre y determine lo siguiente: a) Contenido de humedad crítico b) Velocidad de secado en el período constante c) La deshidratación fue conducida a velocidad de flujo del aire de 50 m/s a la temperatura de bulbo seco de 82°C y a la temperatura de bulbo húmedo de 43°C. El material húmedo tiene una densidad de 947 kg/m3 y fue secado en una capa de 2,5 cm de espesor. Si las mismas condiciones fueron usadas, pero el contenido de humedad inicial fue del 91% (bh) y se empleó una capa de 3,5 cm de espesor de material en las bandejas de secado ¿Cuánto tiempo tardará en secar este producto a un contenido de humedad final del 12% (bh)?
3. Los siguientes datos fueron obtenidos en el proceso de deshidratación de papa. La humedad inicial de la papa fue de 95%, área de secado de 0,382 m 2, espesor 3,0 mm, temperatura de bulbo seco de 66°C y temperatura de bulbo húmedo de 42°C y el secado se realizó por una sola cara. En el secador de bandeja se obtuvieron los siguientes datos para la curva de secado. Tiempo(min) Peso (kg) 0 1,02 5 0,82 10 0,7 15 0,54 20 0,44 30 0,26 40 0,18 50 0,14 La ecuación siguiente define la isoterma de adsorción para la papa:
aw = 0,1364 + 0,6883 aw x ( 1 − aw )
Con esta información se pide determinar: El tiempo total de secado (min).
4. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de yacón a 60°C y con una humedad inicial de 90%. El producto húmedo de densidad 940 kg/m3 y con un espesor de 3,0 mm se secó por ambas caras. Cuadro 1. Datos de pérdida de peso para el secado de yacón No. Tiempo Peso No. Tiempo Peso (min) (g) (min) (g) 1 2 3 4 5 6 7 8
0 10 20 30 40 50 60 70
206,88 180,50 154,13 127,75 101,37 75,00 53,11 44,76
9 10 11 12 13 14 15 16
80 90 100 110 120 130 140 150
38,59 33,85 30,11 27,09 24,59 22,50 22,50 22,50
Se pide: a) Completar el cuadro, trabajando con dos decimales b) La difusividad (indicar la unidad) c) Tiempo de secado total (min), para una humedad final de 13%
5. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de yacón a 60°C y con una humedad inicial de 90%. El producto húmedo de densidad 940 kg/m3 y con un espesor de 3 mm, se secó por ambas caras. Peso de equilibrio al final del secado fue de 113.9 g Se pide: a. Completar el cuadro, trabajando con dos decimales y las unidades de R b. Tiempo de total de secado (min)
Cuadro 1. Datos de pérdida de peso para el secado de yacón No. tiempo Peso X XL ∆t (min) (g) (g /g ms) (g/g ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 10 20 30 40 50 80 100 120 135 160 200
280,64 266,18 251,74 237,29 223,00 208,80 177,34 171,76 166,35 162,40 156,04 146,36
∆ XL
Prom XL
R ¿?
6. En una instalación de secado se ha de obtener un producto deshidratado, el producto ingresa al secador con una humedad libre de 0,45 kg agua/ kg ms. El área de secado es de 18,58 m2 y la cantidad de materia seca es de 399 kg. De acuerdo a la curva de secado, el periodo constante finaliza con una humedad critica libre de 0, 195 kg agua/ kg ms y el periodo decreciente empieza con los siguientes datos de humedad libre (kg agua/ kg ms) y velocidad de secado (kg agua/ kg ms h). Se pide determinar el tiempo total de secado por el método de la integración gráfica. Cuadro 2. Curva de secado XL R (kg/kg ms) (kg agua/kg ms h) 0,195 0, 0730 0, 150 0, 0563 0, 100 0, 0419 0, 065 0, 0330 0, 050 0, 0172 0, 040 0, 0126
7. Se ha de diseñar un secadero para producir una tonelada por hora de material con humedad del 2% partiendo de un material pulvurulento de humedad 50% (bs) que ha de secarse en condiciones constantes a las que corresponde una humedad de equilibrio de 0,5% (bs). En las experiencias de laboratorio realizadas análogas a las del funcionamiento del secadero se ha encontrado que la velocidad de secado en el periodo antecritico es de 50 kg/hr m 2 y su humedad critica del 25% (bs). a) Calcúlese el espesor del material en las bandejas si el secado se verifica solamente por la cara superior y la densidad global del material de entrada al secadero es de 800 kg/m3, suponiendo que el tiempo de secado en el periodo postcritico es de 3 horas y la difusividad de 2.12 x 10 -6 .b) Cuanto será el tiempo constante de secado.
8. En una instalación de secado se ha de obtener un producto con una humedad de 10% (base húmeda) que entra en el secadero con una humedad del 70% (base húmeda). El material a secar de densidad de 800 kg/m3 (a la entrada el secador) se extiende sobre las bandejas secándose por una sola cara, y su espesor no ha de ser superior a 1,5 cm. Los ensayos previos efectuados en el laboratorio han conducido a los siguientes resultados: Humedad de equilibrio: 0,013 kg agua/kg de sólido seco Humedad crítica: 1,0 kg agua/kg de sólido seco Velocidad de secado en el período constante: 1,0 kg agua/m2h La velocidad de secado en el primer periodo decreciente varía linealmente con la humedad hasta que se reduce a 0,2 kg agua/kg de sólido seco, en cuyo instante la velocidad de secado es de 0,2 kg agua/m2h. Para el segundo periodo decreciente se han determinado los valores siguientes: Y (kg agua/kg sólido seco) 0,15 0,10 0,05 Se pide que calcule el tiempo de secado
R (kg agua/m2h) 0,10 0,05 0,03
9. Para determinar la factibilidad de secar cierto producto alimenticio se obtuvieron datos de secado con un secador de bandejas y flujo de aire sobre la superficie superior expuesta con un área de 0,186 m2, con un porcentaje de humedad inicial de 75%. Una muestra del mismo peso de la que entró al secador se empleó para determinar la humedad de equilibrio teniéndose al final un peso de 3,955 kg (agua+sólidos) y espesor de 3 mm. En el ensayo se obtuvieron los siguientes pesos de las muestras en función del tiempo (Cuadro 1)
Cuadro 1: Datos del ensayo del secado del alimento Tiempo (h) 0 0,4 0,8 1,4 2,2 3,0 4,2 5,0 7,0 9,0 12,0 Peso (kg) 4,944 4,902 4,828 4,717 4,569 4,421 4,241 4,150 4,019 3,978 3,966 a. Calcúlese el contenido de humedad libre, para cada punto y graficar la curva de secado. b. Determinar el tiempo de secado total 10. Los siguientes datos fueron obtenidos del proceso de deshidratación de una variedad papa cuya humedad inicial fue de 90%, su espesor fue de 5 mm y una densidad de 930 kg/m3. Las condiciones del aire de secado fueron 65°C de temperatura de bulbo seco y 39°C de temperatura de bulbo húmedo. Cuadro 1: Datos experimentales del secado de papa Tiempo (min) 0 5 10 15 20 30 Peso (kg)
40
50
60
70
80
1,02 0,85 0,74 0,66 0,60 0,50 0,41 0,36 0,32 0,29 0,27
La siguiente ecuación define la isoterma de adsorción para la papa: aw = 0.161 + 0.6777 a w X ( 1− aw ) a. El tiempo total de secado (min) 11. En el secado de un alimento de humedad inicial de 90%, espesor de 3 mm, densidad de 930 kg/m3, peso de equilibrio de 22,5 kg, peso del alimento de 207 g y secado por ambas caras. Se obtuvieron los resultados finales de la curva de secado que se indica en el Cuadro 1, con esta información se pide determinar:
Cuadro 1: Resultados finales de la curva de secado t prom XL prom R (min) (g/gms) (gagua/m2min) 5 8,36 17,72 15 7,09 17,72 25 5,82 17,72 35 4,54 17,72 45 3,27 17,72
a. b. c. d.
55 2,63 11 65 1,37 5,72 95 0,55 2,51 115 0,25 1,67 Difusividad del alimento Tiempo total de secado Tiempo en el periodo decreciente por el método gráfico Tiempo en el periodo decreciente realizando un ajuste lineal
Peso neto (kg) 24,0 17,4 12,9 9,7 7,8 6,2 5,2 4,5 3,9 3,5
Construya la curva para la velocidad de secado en función al contenido de humedad libre y determine lo siguiente: a) Contenido de humedad crítico b) Velocidad de secado en el período constante c) La deshidratación fue conducida a velocidad de flujo del aire de 50 m/s a la temperatura de bulbo seco de 82°C y a la temperatura de bulbo húmedo de 43°C. El material húmedo tiene una densidad de 947 kg/m3 y fue secado en una capa de 2,5 cm de espesor. Si las mismas condiciones fueron usadas, pero el contenido de humedad inicial fue del 91% (bh) y se empleó una capa de 3,5 cm de espesor de material en las bandejas de secado ¿Cuánto tiempo tardará en secar este producto a un contenido de humedad final del 12% (bh)?
3. Los siguientes datos fueron obtenidos en el proceso de deshidratación de papa. La humedad inicial de la papa fue de 95%, área de secado de 0,382 m 2, espesor 3,0 mm, temperatura de bulbo seco de 66°C y temperatura de bulbo húmedo de 42°C y el secado se realizó por una sola cara. En el secador de bandeja se obtuvieron los siguientes datos para la curva de secado. Tiempo(min) Peso (kg) 0 1,02 5 0,82 10 0,7 15 0,54 20 0,44 30 0,26 40 0,18 50 0,14 La ecuación siguiente define la isoterma de adsorción para la papa:
aw = 0,1364 + 0,6883 aw x ( 1 − aw )
Con esta información se pide determinar: El tiempo total de secado (min).
4. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de yacón a 60°C y con una humedad inicial de 90%. El producto húmedo de densidad 940 kg/m3 y con un espesor de 3,0 mm se secó por ambas caras. Cuadro 1. Datos de pérdida de peso para el secado de yacón No. Tiempo Peso No. Tiempo Peso (min) (g) (min) (g) 1 2 3 4 5 6 7 8
0 10 20 30 40 50 60 70
206,88 180,50 154,13 127,75 101,37 75,00 53,11 44,76
9 10 11 12 13 14 15 16
80 90 100 110 120 130 140 150
38,59 33,85 30,11 27,09 24,59 22,50 22,50 22,50
Se pide: a) Completar el cuadro, trabajando con dos decimales b) La difusividad (indicar la unidad) c) Tiempo de secado total (min), para una humedad final de 13%
5. Los siguientes datos fueron obtenidos en la deshidratación de yacón a 60°C y con una humedad inicial de 90%. El producto húmedo de densidad 940 kg/m3 y con un espesor de 3 mm, se secó por ambas caras. Peso de equilibrio al final del secado fue de 113.9 g Se pide: a. Completar el cuadro, trabajando con dos decimales y las unidades de R b. Tiempo de total de secado (min)
Cuadro 1. Datos de pérdida de peso para el secado de yacón No. tiempo Peso X XL ∆t (min) (g) (g /g ms) (g/g ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 10 20 30 40 50 80 100 120 135 160 200
280,64 266,18 251,74 237,29 223,00 208,80 177,34 171,76 166,35 162,40 156,04 146,36
∆ XL
Prom XL
R ¿?
6. En una instalación de secado se ha de obtener un producto deshidratado, el producto ingresa al secador con una humedad libre de 0,45 kg agua/ kg ms. El área de secado es de 18,58 m2 y la cantidad de materia seca es de 399 kg. De acuerdo a la curva de secado, el periodo constante finaliza con una humedad critica libre de 0, 195 kg agua/ kg ms y el periodo decreciente empieza con los siguientes datos de humedad libre (kg agua/ kg ms) y velocidad de secado (kg agua/ kg ms h). Se pide determinar el tiempo total de secado por el método de la integración gráfica. Cuadro 2. Curva de secado XL R (kg/kg ms) (kg agua/kg ms h) 0,195 0, 0730 0, 150 0, 0563 0, 100 0, 0419 0, 065 0, 0330 0, 050 0, 0172 0, 040 0, 0126
7. Se ha de diseñar un secadero para producir una tonelada por hora de material con humedad del 2% partiendo de un material pulvurulento de humedad 50% (bs) que ha de secarse en condiciones constantes a las que corresponde una humedad de equilibrio de 0,5% (bs). En las experiencias de laboratorio realizadas análogas a las del funcionamiento del secadero se ha encontrado que la velocidad de secado en el periodo antecritico es de 50 kg/hr m 2 y su humedad critica del 25% (bs). a) Calcúlese el espesor del material en las bandejas si el secado se verifica solamente por la cara superior y la densidad global del material de entrada al secadero es de 800 kg/m3, suponiendo que el tiempo de secado en el periodo postcritico es de 3 horas y la difusividad de 2.12 x 10 -6 .b) Cuanto será el tiempo constante de secado.
8. En una instalación de secado se ha de obtener un producto con una humedad de 10% (base húmeda) que entra en el secadero con una humedad del 70% (base húmeda). El material a secar de densidad de 800 kg/m3 (a la entrada el secador) se extiende sobre las bandejas secándose por una sola cara, y su espesor no ha de ser superior a 1,5 cm. Los ensayos previos efectuados en el laboratorio han conducido a los siguientes resultados: Humedad de equilibrio: 0,013 kg agua/kg de sólido seco Humedad crítica: 1,0 kg agua/kg de sólido seco Velocidad de secado en el período constante: 1,0 kg agua/m2h La velocidad de secado en el primer periodo decreciente varía linealmente con la humedad hasta que se reduce a 0,2 kg agua/kg de sólido seco, en cuyo instante la velocidad de secado es de 0,2 kg agua/m2h. Para el segundo periodo decreciente se han determinado los valores siguientes: Y (kg agua/kg sólido seco) 0,15 0,10 0,05 Se pide que calcule el tiempo de secado
R (kg agua/m2h) 0,10 0,05 0,03
9. Para determinar la factibilidad de secar cierto producto alimenticio se obtuvieron datos de secado con un secador de bandejas y flujo de aire sobre la superficie superior expuesta con un área de 0,186 m2, con un porcentaje de humedad inicial de 75%. Una muestra del mismo peso de la que entró al secador se empleó para determinar la humedad de equilibrio teniéndose al final un peso de 3,955 kg (agua+sólidos) y espesor de 3 mm. En el ensayo se obtuvieron los siguientes pesos de las muestras en función del tiempo (Cuadro 1)
Cuadro 1: Datos del ensayo del secado del alimento Tiempo (h) 0 0,4 0,8 1,4 2,2 3,0 4,2 5,0 7,0 9,0 12,0 Peso (kg) 4,944 4,902 4,828 4,717 4,569 4,421 4,241 4,150 4,019 3,978 3,966 a. Calcúlese el contenido de humedad libre, para cada punto y graficar la curva de secado. b. Determinar el tiempo de secado total 10. Los siguientes datos fueron obtenidos del proceso de deshidratación de una variedad papa cuya humedad inicial fue de 90%, su espesor fue de 5 mm y una densidad de 930 kg/m3. Las condiciones del aire de secado fueron 65°C de temperatura de bulbo seco y 39°C de temperatura de bulbo húmedo. Cuadro 1: Datos experimentales del secado de papa Tiempo (min) 0 5 10 15 20 30 Peso (kg)
40
50
60
70
80
1,02 0,85 0,74 0,66 0,60 0,50 0,41 0,36 0,32 0,29 0,27
La siguiente ecuación define la isoterma de adsorción para la papa: aw = 0.161 + 0.6777 a w X ( 1− aw ) a. El tiempo total de secado (min) 11. En el secado de un alimento de humedad inicial de 90%, espesor de 3 mm, densidad de 930 kg/m3, peso de equilibrio de 22,5 kg, peso del alimento de 207 g y secado por ambas caras. Se obtuvieron los resultados finales de la curva de secado que se indica en el Cuadro 1, con esta información se pide determinar:
Cuadro 1: Resultados finales de la curva de secado t prom XL prom R (min) (g/gms) (gagua/m2min) 5 8,36 17,72 15 7,09 17,72 25 5,82 17,72 35 4,54 17,72 45 3,27 17,72
a. b. c. d.
55 2,63 11 65 1,37 5,72 95 0,55 2,51 115 0,25 1,67 Difusividad del alimento Tiempo total de secado Tiempo en el periodo decreciente por el método gráfico Tiempo en el periodo decreciente realizando un ajuste lineal
