Secador con aire húmedo: cuánto aire se necesita

Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026

En un secador hay dos componentes de enlace: el sólido seco, que pasa del sólido húmedo al producto, y el aire seco, que pasa del aire de entrada al de salida. La humedad del aire se calcula con la presión de vapor del agua.

Enunciado

Se secan 100 kg/h de un sólido con 50 % de agua hasta dejarlo con 5 %. El aire entra a 30 °C y 1 atm con 20 % de humedad relativa y sale a 40 °C con 70 %. ¿Cuánto aire seco se necesita?

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Solución paso a paso

1. Diagrama de flujo

2. Datos, unidades y notación

Notación:

ṁ_i,F = flujo másico del componente i en la corriente F (kg/h).
ṁ_F = Σ_i ṁ_i,F (kg/h).

3. Análisis de grados de libertad

Subsistema	Variables	Balances	Datos y relaciones	GL
Secador S	8	3	5	0
Sistema completo	8	8 ecuaciones		0

GL = variables − balances independientes − datos y relaciones. Las variables son los flujos de cada componente en cada corriente, más grados de avance, fracciones de división, Q, W y temperaturas desconocidas. Con GL = 0 el problema está completamente especificado. Se empieza por el subsistema con GL = 0.

4. Ecuaciones planteadas

Dato · H1 ṁ_H1 = 100 kg/h
Dato · H1 ṁ_H2O,H1 = 0.5 ṁ_H1
Dato · H2 ṁ_H2O,H2 = 0.05 ṁ_H2
Balance · S ṁ_SOL,H2 = ṁ_SOL,H1
Balance · S ṁ_H2O,H2 + ṁ_H2O,A2 = ṁ_H2O,H1 + ṁ_H2O,A1
Balance · S ṁ_aire,A2 = ṁ_aire,A1
Dato · A1 ṁ_H2O,A1 / 18.015 = 0.0083527 ṅ_A1humedad relativa de 20 % a 30 °C: p_agua = 0.2 × 31.74 = 6.348 mmHg; y_H2O = 6.348 / 760 = 0.0083527
Dato · A2 ṁ_H2O,A2 / 18.015 = 0.050836 ṅ_A2humedad relativa de 70 % a 40 °C: p_agua = 0.7 × 55.193 = 38.635 mmHg; y_H2O = 38.635 / 760 = 0.050836

5. Solución paso a paso

Corriente H1: 2 ecuaciones simultáneas: ecuaciones (1), (2), resueltas a la vez (Newton-Raphson, 2 iteraciones). ⇒ ṁ_SOL,H1 = 50 kg/h
⇒ ṁ_H2O,H1 = 50 kg/h
De la ecuación (4): ṁ_SOL,H2 = (50) ⇒ ṁ_SOL,H2 = 50 kg/h
De la ecuación (3) ⇒ ṁ_H2O,H2 = 2.6316 kg/h
Secador S: 4 ecuaciones simultáneas: ecuaciones (7), (8), (5), (6), resueltas a la vez (Newton-Raphson, 2 iteraciones). ⇒ ṁ_aire,A1 = 1,687.4 kg/h
⇒ ṁ_H2O,A1 = 8.8398 kg/h
⇒ ṁ_aire,A2 = 1,687.4 kg/h
⇒ ṁ_H2O,A2 = 56.208 kg/h

6. Resultados

Componente	kg/h	Fracción másica
SOL	50	0.5
H₂O	50	0.5
Total	100	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
aire	58.256	0.9916	1,687.4	0.9948
H₂O	0.49069	0.008353	8.8398	0.005211
Total	58.747	1	1,696.2	1

Componente	kg/h	Fracción másica
SOL	50	0.95
H₂O	2.6316	0.05
Total	52.632	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
aire	58.256	0.9492	1,687.4	0.9678
H₂O	3.1201	0.05084	56.208	0.03224
Total	61.376	1	1,743.6	1

7. Verificación (entra + genera = sale)

Equipo	Balance	Entra	Sale	Error
Secador S	Balance de SOL	50	50	✓ 4.1 × 10^-11 %
Secador S	Balance de H₂O	58.84	58.84	✓ 0 %
Secador S	Balance de aire	1,687.4	1,687.4	✓ 0 %
Secador S	Masa total	1,796.2	1,796.2	✓ 1.1 × 10^-12 %

Tolerancia: error relativo menor a 1 × 10^-4 %. Todos los balances cierran.

Claves del problema

Sólido: 50 kg/h de sólido seco; el producto es 50 / 0.95 = 52.63 kg/h, así que se evaporan 47.37 kg/h de agua.
Aire de entrada: p_agua = 0.20 × 31.74 = 6.35 mmHg, H₁ = 0.00524 kg de agua/kg de aire seco.
Aire de salida: p_agua = 0.70 × 55.19 = 38.64 mmHg, H₂ = 0.0333 kg/kg.
Aire seco = 47.37 / (0.0333 − 0.00524) = 1,687.4 kg/h. El aire de entrada, con su humedad, es 1,696.2 kg/h.

Errores comunes

Usar el aire húmedo como base: el flujo que se conserva es el del aire seco.
Confundir la humedad relativa (en %) con la absoluta (kg de agua por kg de aire seco).

Preguntas frecuentes

¿Cómo se captura la humedad en la calculadora?

Agrega «Aire (seco)» y agua a la corriente de aire y, en «Otros datos», elige «Humedad de un gas» con la humedad relativa, la temperatura y la presión.

¿Por qué se calienta el aire antes del secador?

Porque al subir su temperatura sube la presión de vapor del agua y el aire puede llevar mucha más humedad antes de saturarse.

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