Capacidad de aire y calor en una secadora rotatoria de lodos
Una secadora rotatoria procesa 4,800 kg/h de torta húmeda con 55% de humedad en base húmeda. El producto debe salir con 10% de humedad en base húmeda. El aire ambiente a 25°C y 60% de humedad relativa contiene 0.012 kg de agua/kg de aire seco; se calienta a 140°C y sale de la secadora a 60°C con 0.080 kg/kg de aire seco. El ventilador de tiro inducido está aguas arriba del calentador y está especificado para 25,000 m3/h a 25°C y 101.3 kPa. El quemador tiene una capacidad nominal de 1,500 kW térmicos y opera con 85% de eficiencia. La producción no puede reducirse porque hay un compromiso de entrega; el operador propone subir la temperatura de entrada a 170°C para compensar. El producto se está vendiendo húmedo y el área de empaque reporta apelmazamiento.
1. Calcule el agua removida y el flujo másico de producto.
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En base húmeda, los sólidos secos son 4,800×(1−0.55)=2,160 kg/h. El producto con 10% de humedad contiene 90% de sólidos: m_producto=2,160/0.90=2,400 kg/h. El agua removida es 4,800−2,400=2,400 kg/h. Comprobación: agua en alimentación=4,800×0.55=2,640 kg/h; agua en producto=2,400×0.10=240 kg/h; diferencia=2,400 kg/h.
2. Determine el aire seco y el flujo volumétrico de entrada requerido. ¿El ventilador existente es suficiente?
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El balance de agua en el aire es m_da(0.080−0.012)=2,400 kg/h, de donde m_da=35,294 kg de aire seco/h. El volumen húmedo a 25°C y 101.3 kPa es v=(0.287×298.15/101.3)(1+1.607×0.012)=0.861 m3/kg de aire seco. El flujo requerido es 35,294×0.861=30,400 m3/h. El ventilador de 25,000 m3/h solo maneja 25,000/0.861=29,036 kg/h de aire seco y removería 29,036×0.068=1,974 kg/h de agua, insuficiente. Por tanto, el ventilador es el cuello de botella y no se alcanza la humedad de producto con ese flujo.
3. Evalúe la propuesta de elevar el aire a 170°C. ¿Resuelve el cuello de botella? Calcule el calor y compárelo con el quemador.
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El calor a 140°C se estima con cp_húmedo≈1.005+1.88×0.012=1.028 kJ/(kg seco·K): Q=35,294×1.028×(140−25)=4.17×10^6 kJ/h=1,159 kW. El quemador entrega 1,500×0.85=1,275 kW, así que alcanza con solo 10% de margen. A 170°C: Q=35,294×1.028×(170−25)=5.26×10^6 kJ/h=1,461 kW, mayor que 1,275 kW; el quemador no alcanza. Además, como el ventilador está aguas arriba y está limitado a 25,000 m3/h a 25°C, subir la temperatura después del ventilador no aumenta el flujo másico de aire seco. La propuesta no elimina el límite de aire y puede dañar el producto. Opciones: aumentar capacidad del ventilador/ducto, reducir producción o instalar otra etapa de secado; si se cambia el ventilador, reevaluar el quemador.