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Reporte de tiempo de secado, Lab Reports of Operational Research

Western New Mexico University (WNMU)Operational Research

Breve documento de una practica de lboratorio del tiempo de secado

Typology: Lab Reports

2024/2025

Uploaded on 04/25/2025

erick-brian-hdz-hdz 🇺🇸

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Universidad Veracruzana

Facultad de Ciencias Químicas

Licenciatura en Ingeniería Química

Nombre de la práctica: Cálculo del tiempo de secado

Nombre del alumno: Valeria González Dector

Erick Brian Hernández Hernández

Nombre del profesor: José Alfredo Tenorio López

Fecha de realización: Abril, 2025

Lugar: Coatzacoalcos, Ver.

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Universidad Veracruzana Facultad de Ciencias Químicas Licenciatura en Ingeniería Química Nombre de la práctica: Cálculo del tiempo de secado Nombre del alumno: Valeria González Dector Erick Brian Hernández Hernández Nombre del profesor: José Alfredo Tenorio López Fecha de realización: Abril, 20 25 Lugar: Coatzacoalcos, Ver.

Objetivo

Operar un secador experimental de charolas, aplicando un control adecuado de

las variables de proceso para estudiar el comportamiento del secado de un

producto alimenticio, y calcular el tiempo de secado mediante el análisis de datos

experimentales.

Introducción

El secado es una operación unitaria fundamental en la ingeniería química, que

consiste en la eliminación de pequeñas cantidades de agua o de otros líquidos de

un material sólido, generalmente mediante transferencia de calor y masa. A

diferencia de la evaporación, donde el líquido se elimina a su punto de ebullición,

el secado implica generalmente la remoción de la humedad utilizando aire caliente

a temperaturas inferiores, lo que permite preservar las propiedades físicas y

químicas del producto.

Esta operación es ampliamente utilizada en la industria alimentaria, farmacéutica,

química y de materiales, ya que permite mejorar la estabilidad, conservar los

productos por mayor tiempo y facilitar su transporte y manejo. El contenido final de

humedad varía según el tipo de material, lo cual influye directamente en su calidad

y comercialización.

El presente experimento se enfocó en la operación de un secador de charolas, el

cual simula a escala de laboratorio las condiciones industriales de secado. Este

equipo permite estudiar de manera práctica los fenómenos de transferencia de

masa y calor involucrados, además de facilitar la medición en tiempo real de la

pérdida de humedad del material tratado. La práctica se realizó con puré de

plátano tratado previamente con bisulfito de sodio para evitar su oxidación, y se

monitoreó el proceso bajo condiciones controladas de temperatura y velocidad de

aire.

El análisis de los datos obtenidos permite determinar parámetros clave como la

humedad crítica, la humedad de equilibrio y la velocidad de secado, así como

calcular el tiempo total necesario para alcanzar la humedad deseada en el

producto. Estos conocimientos son esenciales para el diseño y optimización de

procesos de secado a nivel industrial.

Fundamento teórico

El proceso de secado consiste en la eliminación de una sustancia líquida,

generalmente agua, contenida en un material sólido húmedo, mediante la

aplicación de calor y el uso de una corriente de aire que facilita la evaporación.

Este proceso implica la transferencia simultánea de calor y masa, y se divide

generalmente en dos etapas: el periodo de velocidad constante (donde el agua

 Después del tratamiento, las piezas se escurren por 10 minutos y se

muelen hasta obtener un puré homogéneo.

 El puré se distribuyó uniformemente en charolas metálicas, cuidando

mantener un espesor constante en cada una.

 Se colocaron las charolas en el interior del secador de charolas y se cerró

correctamente la puerta del equipo.

 Se ajustó el precalentador para mantener una temperatura constante de

aproximadamente 65 °C, con una velocidad de aire controlada de 1.45 m/s.

 Durante un periodo aproximado de 3 a 4 horas, se registró el peso del

sistema cada 5 minutos, con el fin de determinar la pérdida de humedad a

lo largo del tiempo.

 Con los datos obtenidos, se elaboraron curvas de secado para analizar el

comportamiento del material y calcular el tiempo total de secado.

Cálculos

Para el análisis del proceso de secado, se utilizaron los datos experimentales

obtenidos durante la práctica (peso del material vs tiempo) y se procesaron en una

hoja de cálculo para determinar los siguientes parámetros:

 Humedad total (X) , expresada en base seca:

 Velocidad de secado (W) :

donde ΔX es el cambio de humedad y Δθ es el intervalo de tiempo en horas.

 Tiempo de secado en el periodo de velocidad constante , usando la

ecuación:

o 𝑋 1 : ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

o 𝑋 2 : ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎

o 𝑆: 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 (𝑚²/𝑘𝑔)

o 𝑊𝑐 : 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒

 Tiempo de secado en el periodo de velocidad decreciente , calculado

mediante integración numérica del área bajo la curva 1/W vs X

En un secadero de laboratorio se han efectuado experiencias de secado,

empleando aire a 60°C, de temperatura, sobre planchas de cartón de dimensiones

20cm, 25cm, 5cm, obteniéndose los datos mostrados en la Tabla 1, cuando el

secado se efectúa para una sola cara. Posteriormente se seca totalmente la

muestra a temperatura máxima y su peso se reduce a 115 gr.

Tabla 1. Datos experimentales del secado

Tiempo (min) Peso total (g) Tiempo (min)2 Peso total (g) 0 394 83 270 5 387 90 262 10 379 99 251 15 371 108 242 20 363 120 232 25 355 131 222 30 347 146 211 40 331 160 202 51 316 180 195 58 306 200 189 65 296 220 185 74 284 240 179

Un sólido húmedo para el cual se ha determinado la curva de secado que

corresponde al problema anterior, se seca desde 75% hasta el 35% de

humedad (base húmeda), en las mismas condiciones a las que fue

determinada la curva de secado. La superficie de secado es de 0.5 m2 /kg de

sólido seco. Calcúlese el tiempo total de secado.

Tiempo de secado: Expresando las unidades sobre base seca de tiene: 𝑋𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 =

De acuerdo a la curva de velocidad de secado hay un periodo de velocidad de

secado constante y otro de velocidad secado decreciente.

Periodo de velocidad de secado constante

De curva = Xinicial = 3 kg. H 2 0/kg. sólido seco

Velocidad = Xc = 1.80 kg. H 2 O/kg sólido seco

Secado = Wc = 1.90 kg./hr m^2

De ec. 𝜃 =

𝑆(𝑋 1 −𝑋 2 ) 𝑊𝑐

1 𝐾𝑔𝑠 ó 𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐 𝑜

0. 5 𝑚^2

) [

ℎ𝑟𝑚^2

]

Tiempo de secado a periodo de velocidad constante

Periodo de velocidad decreciente.

Xc = 1.80 hasta Xf = 0.

Por métodos experimentales a partir de la curva de velocidad de secado se

obtienen los datos de la tabla siguiente:

Tabla 3. Datos para el periodo de secado decreciente X W 1/W 1.8 1.9 0. 1.7 1.79 0. 1.6 1.68 0. 1.5 1.57 0. 1.4 1.46 0. 1.3 1.36 0. 1.2 1.226 0. 1.1 1.12 0. 1 1 1 0.9 0.92 1. 0.8 0.79 1. 0.7 0.42 2. 0.6 0.2 5 0.5384 0.1 10 Representar gráficamente 1/W vs X y encontrar el área bajo la curva entre, Xc = 1.80 Y Xf

 10 ..^80538 ^1.^53

W

dX

Por lo tanto: 𝜃 =

Tiempo total secado ( )

 T =  periodo velocidad constante +  periodo velocidad

decreciente