Determinación coeficiente convectivo de materia en el secado de sólidos

Abstract

Una correlación matemática para determinar el coeficiente convectivo de materia durante la evaporación de agua desde la superficie húmeda, fue desarrollada para su aplicación con aire húmedo con bajas diferencias sicrométricas y temperaturas del aire sobre los 60ºC.

La teoría clásica para determinar coeficientes convectivos de calor y de materia, a través de parámetros adimensionales y de las analogías fenomenológicas difusivas, tienen validez sólo para aire seco.

En el secado de sólidos, donde se requiere controlar las tasas de secado para evitar un daño físico en el producto, se impone la necesidad de operar con temperaturas bulbo húmedo por sobre los 40ºC o diferencias sicrométricas moderadas. En esos rangos, las expresiones que relacionan los coeficientes convectivos de calor y materia, presentan errores que varían entre 26% y 113% para temperatura de bulbo húmedo entre 30ºC y 70ºC con diferencia sicrométrica de 10ºC.

La expresión formulada para esta aplicación, se plantea como una función de: el coeficiente convectivo de transferencia de calor, la temperatura bulbo húmedo y la diferencia sicrométrica. Los resultados obtenidos permiten establecer que, para las condiciones extremas de temperatura de bulbo húmedo y diferencia sicrométrica antes señalada el error se sitúa entre -1.4% a 2.14%, respecto del obtenido a partir de la metodología clásica.

La correlación obtenida es de forma polinomial, de fácil operación y viable de ser incorporada a cualquier modelo de simulación para la predicción de la dinámica del secado.

Abstract

A mathematical correlation to determine the mass coefficient, during the evaporation of water from a wet surface, was developed for their application in wet air with low psychometric differential and with air temperature above 60ºC.

The classic theory that has been used in order to get heat and mass convective coefficients, through non-dimensional parameters and phenomenological analogies, turns out to be valid only for dry air.

In the particular case of solids drying, where operation requires to be performed under controlled drying rates, in order to prevent physical damage from affecting the product, is necessary to operate on a wet bulb temperature above 40ºC or at moderate psychometric differential. When we work under those ranges of temperature, the expressions that relate heat and mass convective coefficients show errors between 26% and 113% for wet temperature between 30ºC and 70ºC and psychometric difference of 30ºC.

The expression that has been given for this application is stated as a function of the following: heat transfer coefficient, wet bulb temperature, and psychometric differential.

The obtained results allow to settle down that, for the extreme conditions of wet bulb temperature and psychometric differences assigned before, the error is located among -1.4% to 2.14%, regarding the obtained through the classic methodology.

The obtained correlation has polynomial form, of easy operation and viable of being incorporate to any simulation pattern for the prediction of the dynamics of the drying.