Efecto del encogimiento del sólido en la hidrodinámica de un secador de lecho fluidizado Public Deposited
In this work, the effect of volumetric shrinkage of pea in the hydrodynamics of a fluidized bed dryer was studied. The main hydrodynamic variables studied were: the pressures drop in the dryer, the air superficial velocity, the height of bed dryer, finally the bed void and the fraction in the empty bed, at velocity minimal of fluidization. Due to the volumetric shrinkage of the pea during drying, the pressure drop in the dryer, the height of bed and superficial velocity of the air in minimal conditions of fluidization, decreased by 85 %, 45% and 40% of its value to fresh pea, respectively. The dry pea declined 23.3 % its diameter, 61.1 % its apparent density, and 66.6 % its density packed, during the drying time. In addition, he introduced volumetric shrinkage not ideal, that is to say, its mass loss was not directly proportional to its loss of volume. The volumetric shrinkage of the pea had an approximate value of 0.44, which equates to a loss of 56% of its initial volume. The drying curves for pea were adjusted to three models: exponential model, model without shrinkage and volumetric model with volumetric shrinkage. The first model was as a parameter to adjust the constant of speed of drying, and the last two, the effective diffusion coefficient of the moisture content, since it was found that pea presented decreasing drying period, which is controlled by a mechanism for dissemination of the humidity during drying of the same. All three models were adjusted to the experimental data of the moisture content, and the constants of drying speed and effective diffusion coefficients obtained, obeyed the Arrhenius equation, obtaining activation energies in the range of 33-46 kJ/mol for the pea. The effective diffusion coefficients at the three temperatures for the drying air were in the range of 3.94 x10⁻¹⁰ m² /s - 8.68 x10⁻¹⁰m² /s, for the model without volumetric shrinkage, and in the interval of 2.94 x10⁻¹⁰m² /s - 8.16 x10⁻¹⁰ m² /s for the model with volumetric shrinkage. The fraction in the empty bed to minimal conditions of fluidization declined during the drying time by effect of the volumetric shrinkage of pea, and this parameter was important in the theoretical estimation of the surface speed minimum conditions of fluidization. The surface speed of the air in minimal conditions of fluidization is notionally estimated from two equations, one of them took into account the effects of wall in the dryer, and the other considered negligible this phenomenon. The results obtained indicated that the effects of wall were important during the first 60 minutes of drying, because this time the ratio of the diameter of dryer to diameter of pea was 10.54. The hydrodynamic behavior of the dryer was directly related to the drying, because as the pea lost moisture; its diameter, its density and the fraction packed in the empty bed decreased. This meant that the pressure drop in the dryer, bed height and speed, surface conditions of minimum fluidization, also decreased. Temperatures in the bed of peas were estimated theoretically from two models: model homogeneous and hydrodynamic model. The latter was better fitted to the experimental data.
El presente trabajo de investigación, tuvo como objetivo estudiar el efecto del encogimiento volumétrico de chícharo en la hidrodinámica de un secador de lecho fluidizado. Las variables hidrodinámicas estudiadas fueron: la caída de presión en el secador, la velocidad superficial del aire, la altura de lecho y la fracción vacía en el lecho, a condiciones mínimas de fluidización. Debido al encogimiento volumétrico del chícharo durante el trascurso del secado, la caída de presión en el secador, la altura de lecho y velocidad superficial del aire, en condiciones mínimas de fluidización, disminuyeron en un 85%, 45% y 40% de su valor correspondiente a chícharo fresco, respectivamente. El chícharo seco disminuyó 23.3% su diámetro de partícula, 61.1% su densidad aparente y 66.6% su densidad empacada, durante el tiempo de secado. Además, presentó encogimiento volumétrico no ideal, es decir, su pérdida de masa no fue directamente proporcional a su pérdida de volumen. El encogimiento volumétrico del chícharo tuvo un valor aproximado de 0.44, que equivale a una pérdida del 56% de su volumen inicial. Las curvas de secado para chícharo, se ajustaron a tres modelos matemáticos: modelo exponencial, modelo sin encogimiento volumétrico y modelo con encogimiento volumétrico. El primer modelo tuvo como parámetro de ajuste la constante de velocidad de secado; y los dos últimos, el coeficiente de difusión efectivo de la humedad, debido a que se encontró que el chícharo presentó periodo de secado decreciente, el cual es controlado por un mecanismo de difusión. Los tres modelos se ajustaron a los datos experimentales del contenido de humedad. Las constantes de velocidad de secado y los coeficientes de difusión efectivos, se ajustaron a una ecuación tipo Arrhenius, obteniendo energías de activación en el intervalo de 33-46 kJ/mol para el chícharo. Los coeficientes de difusión efectivos a las tres diferentes temperaturas del aire se mantuvieron en un intervalo de 3.94 x10⁻¹⁰ m²/s - 8.68 x10⁻¹⁰m²/s para el modelo sin encogimiento volumétrico, y en el intervalo de 2.94 x10⁻¹⁰m²/s - 8.16 x10⁻¹⁰ m²/s para el modelo con encogimiento volumétrico. La fracción vacía en el lecho a condiciones mínimas de fluidización disminuyó durante el tiempo de secado posiblemente al efecto del encogimiento volumétrico del chícharo que provocó la disminución de la altura del lecho. Este parámetro fue importante en la estimación teórica de la velocidad superficial en condiciones mínimas de fluidización. La velocidad superficial del aire en condiciones mínimas de fluidización se estimó teóricamente a partir de dos ecuaciones, una de ellas tomó en cuenta los efectos de pared en el secador y la otra consideró despreciable este fenómeno. Los resultados obtenidos indicaron la posibilidad de que los efectos de pared fueran importantes durante los primeros 60 minutos de secado, tiempo en el cual la relación del diámetro de secador a diámetro de chícharo fue 10.54. El comportamiento hidrodinámico del secador estuvo relacionado directamente con el secado y éste a la vez con el encogimiento volumétrico, pues a medida que el chícharo perdía humedad; el diámetro, la densidad empacada y la fracción vacía en el lecho disminuyeron. Esto provocó que la caída de presión en el secador, altura de lecho y velocidad superficial, en condiciones mínimas de fluidización, también disminuyeran. Las temperaturas en el lecho de chícharo se estimaron teóricamente a partir de dos modelos: modelo homogéneo y modelo hidrodinámico, este último se ajustó mejor a los datos experimentales, y hace uso de la altura de lecho, fracción vacía, densidad aparente y contenido de humedad, medidos en la parte experimental.
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