Trabajo de Simula

7/28/2019 Trabajo de Simula

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA YTEXTIL

AREA ACADEMICA DE INGENIERIA QUIMICA

SIMULACION Y CONTROL DE PROCESOS

PI426-A

PRIMER TRABAJO PRACTICOPROYECTO N36

HORNOS DE SECADO BATCH POR BANDEJAS

INTEGRANTES : AYRAS CONCEPCION, RENATOMILLA PASCACIO, MERCEDESVIVANCO MUNAYCO, NELSON

PROFESOR : ING. CELSO MONTALVO

2011-III


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

SIMULACION Y CONTROL DE PROCESOS1ER TRABAJO PRCTICO HORNOS DE SECADO BATCH POR BANDEJAS Pgina 1

1ER TRABAJO PRCTICOCURSO SIMULACION Y CONTROL DE PROCESOS PI 426

HORNOS DE SECADO BATCH POR BANDEJAS

1. INTRODUCCIONExisten varios tipos de operaciones de secado, que se diferencian entre s por la

metodologa seguida en el procedimiento de secado; puede ser por eliminacin de agua de

una solucin mediante el proceso de ebullicin en ausencia de aire; tambin puede ser por

eliminacin de agua mediante adsorcin de un slido, y por reduccin del contenido de

lquido en un slido, hasta un valor determinado mediante evaporacin en presencia de un

gas.

Los slidos que se secan pueden tener formas diferentes -escamas, grnulos, cristales,

polvo, tablas o lminas continuas- y poseer propiedades muy diferentes.

El producto que se seca puede soportar temperaturas elevadas o bien requiere un

tratamiento suave a temperaturas bajas o moderadas. Esto da lugar a que en el mercado

exista un gran nmero de tipos de secadores comerciales. Las diferencias residen

fundamentalmente en la forma en que se mueven los slidos a travs de la zona de secado

y en la forma en la que se transmite calor al producto a secar.

2. DEFINICIONESSecadores: Las operaciones de secado pueden clasificarse ampliamente segn que sean por

lotes o continas. Estos trminos pueden aplicarse especficamente desde el punto de vista

de la sustancia que est secando.

El equipo de secado, puede ser tan sencillo como un soplador con una resistencia adaptada,

o tan complejo como un secador rotatorio.


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Secador de bandeja

Secador de bandeja o secador de anaqueles, consiste en un

gabinete, de tamao suficientemente grande para alojar los

materiales a secar, en el cual se hace correr suficientecantidad de aire caliente y seco. En general, el aire es

calentado por vapor, pero no saturado, de modo que pueda

arrastrar suficiente agua para un secado eficiente.

Es necesario hacer notar una situacin interesante de

optimizacin de secadores. En este caso, cuando se calienta el

aire con vapor, debe tomarse en cuenta varios aspectos, si

nos situamos en la carta psicromtrica, el aire a utilizar, debe

poseer una temperatura de bulbo hmedo alta, una entalpa alta, pero una humedad

relativa baja. Puesto, que la operacin de secado, como cualquier operacin de

transferencia, depende del tiempo de contacto interfacial (el cual no vara notablemente eneste tipo de secador debido a la variacin de la velocidad del aire), el rea de contacto

interfacial (que para nuestro caso

requerimos que sean slidos en

terrones, o granos, para aumentar

esta relacin), el gradiente de

temperatura y de humedad y la

resistencia. En general, en este tipo

de secadores, las variables que

pueden fijarse o variarse son los

gradientes, he all la importancia

que el aire no entre fro ni hmedo,

puesto que esto minimiza el

gradiente y elimina la eficiencia del

secador.

Esto ltimo es cierto para todos los tipos de secadores, no obstante, es ms marcado en

este tipo de secador, puesto que en los siguientes, las otras variables no son tan

rigurosamente fijas.

Normalmente funciona en rgimen intermitente.

Est formado por una cmara metlica

rectangular que contiene unos soportes mviles

sobre los que se apoyan los bastidores. Cada

bastidor lleva un cierto nmero de bandejas poco

profundas, montadas unas sobre otras con una

separacin conveniente que se cargan con el

material a secar.

Se hace circular aire caliente entre las bandejas

por medio del ventilador acoplado al motor

hacindole pasar previamente por el calentador

constituido por un haz de tubos por cuyo interior

circula normalmente vapor de agua. Los tabiques

distribuyen uniformemente el aire sobre las pilas

de bandejas.


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Por medio del conducto de salida se evacua continuamente aire hmedo y a travs de la

abertura de entrada penetra aire fresco. Al final del ciclo de secado, normalmente largo, se

saca la cmara al conjunto de los bastidores para proceder a la descarga del producto seco

y a una nueva carga.

Cuando las caractersticas del material y su manejo lo permiten, se utilizan bandejasperforadas en las que el aire circula a travs de la capa de slidos, con lo que se consigue

aumentar la superficie del solido expuesta a la accin del aire y disminuyendo

consiguientemente la duracin del ciclo de secado.

Secadores de horno o estufa

Es el ms simple y consta de un pequeo recinto en forma paraleleppeda de dos pisos. El

aire de secado se calienta en un quemador del piso inferior y atraviesa por conveccin

natural o forzada el segundo piso perforado en el que se asienta el lecho del producto a

secar.Hoy dia se utilizacin en la industria de alimentos es muy reducida, utilizndose para el

secado de manzana, lpulos y forrajes verdes.

3. CLASIFICACION DE LOS SECADORESLos secadores se clasifican segn el mtodo de transmisin de calor a los slidos hmedos

1. Secadores directos.

2. Secadores indirectos.

3. Secadores diversos.

4. Secadores discontinuos o por lote.

5. Secadores continuos.

6. Secadores para slidos granulares o rgidos y pastas semislidas.

7. Secadores que pueden aceptar alimentaciones lquidas o suspensiones.


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4. COMPONENTES DE UN SECADORLa configuracin bsica de un secador consiste de un sistema que genere aire caliente, el

cual puede estar compuesto de un ventilador y de una serie de hilo de resistencia elctricas

de Nicrom (Niquel-Cromo) para generar calor, tambin debe de contar con un colector y un

alimentador. Sin embargo para propsitos educacionales son comunes los secadores sinalimentador ya que las cantidades de alimento a deshidratar son menores. El arreglo final

de estos componentes es caracterstico de cada tipo de secador. La siguiente figura

muestra es esquema bsico de un secador.

Generador de aire: Los secadores de aire deben de contar con un sistema que permita la

entrada de aire a diferentes velocidades de flujo, por eso se utilizan ventiladores o motores

que se utilizan en los sistemas de refrigeracin y tambin extractores de aire los cuales son

polarizados de manera inversa para trabajar como generadores de aire.

Calefactor: En calefactores directos el aire es calentado cuando se combina con gases de

combustin de escape. En calefactores indirectos en aire o producto es calentado a travs

de placas de resistencia elctricas. El costo de los calentadores directos es ms bajo que los

indirectos pero algunos productos se llegan a daar o contaminar debido a los gases.

Alimentador: Los alimentadores o feeders ms comunes utilizados en los secadores parasolidos hmedos son los transportadores de tornillo, mesas rotantes y bandejas vibratorias.

En algunos casos se tienen que utilizar alimentadores especiales en secadores de cama

ancha para asegurar la expansin uniforme de alimento.

Otros componentes que son utilizados en los secadores para verificar el estado dentro del

mismo son: termmetros de mercurio, medidores de presin y humedad y bsculas que

censan la prdida de agua del alimento.

Por lo general los secadores que se utilizan en los laboratorios de investigacin cuentan con

todos estos elementos con el propsito de hacer pruebas y de monitorear el

comportamiento del secador y del alimento que se est deshidratando.


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5. HORNOS DE DESHIDRATADOEquipo construido para eliminar la humedad de los alimentos. El producto a deshidratar se

dispone manualmente sobre bandejas metlicas de escasa profundidad cuyo fondo se

encuentra perforado. Estas bandejas son introducidas secuencialmente dentro de un

cuerpo rectangular de chapa conformada donde, mediante la circulacin de aire calienteforzado, se produce la evaporacin del agua contenida en el interior del producto.

Estas bandejas pueden ser manipuladas manual o mecnicamente incrementando as su

eficiencia y por ende disminuyendo los tiempos necesarios para reducir los niveles de

humedad a valores mnimos. Este tipo de horno de deshidratado es muy apreciado por la

versatilidad a la hora de cambiar el producto a deshidratar. Tambin el espacio requerido

para su instalacin es muy reducido teniendo en cuenta la superficie de deshidratado

disponible.

6.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y OBJETIVOS

Entre las tcnicas que se aplican para conservar los granos, la operacin de secado es con

mucho la ms importante y la ms costosa, debido a los grandes volmenes de producto

que normalmente se manejan. An cuando en Mxico, el secado al sol sigue siendo una

tcnica de mucho uso, la realidad es que por las inclemencias del tiempo, presencia de

roedores, desechos de todo tipo, etc., su eficiencia es muy limitada. Otros aspectos

relacionados con el problema del manejo de los granos, son por ejemplo, la presencia de

microorganismos, desechos orgnicos, larvas, etc., los cuales favorecen su crecimiento por

los altos contenidos de humedad, y el de su transportacin al lugar donde se almacenar.

Ante este panorama, la fluidizacin como tecnologa aplicada al acondicionamiento de

granos, previo a su almacenamiento, pudiera ser una magnfica alternativa, ya que por unlado, se tiene la enorme ventaja de que el grano ser puesto en contacto eficientemente


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con el aire caliente y adems, se someter a un tratamiento homogneo. Como la

fluidizacin permite manejar a los slidos como un fluido, estos pueden ser tratados en

forma continua e inclusive transportarse. La gran desventaja se ubica en que es una

tecnologa cara, por s sola.

Esto evidentemente plantea los siguientes retos:

Es necesario desarrollar una tecnologa que permita acondicionar adecuadamente los

granos que van a ser almacenados, con el fin de alargar su vida de anaquel.

Al tratar trmicamente a los granos, es necesario que se tome en cuenta el destino final de

stos, ya que si van a ser industrializados, las condiciones de secado pudieran ser ms

drsticas, con lo cual se lograra tratar una mayor cantidad de los mismos, en un menor

tiempo. En cambio, si su destino implica el que necesariamente se cuiden sus propiedades

germinativas, entonces el tratamiento debe ser a temperaturas bajas.

Es evidente que el manejo de toneladas de granos por hora, impone la necesidad de

concebir un proceso continuo para su tratamiento.

Debido a que la fluidizacin como tecnologa es cara, es necesario pensar en algunasalternativas que permitan hacerla ms atractiva.

7. CONTROL AUTOMTICO DE SECADORES DE LECHO FLUIDIZADO POR LOTES (SLFL)El proceso de secado se refiere de manera generalizada al estudio de la prdida de

humedad de una sustancia generalmente slida, en el que se llevan acabo fenmenos

simultneos muy complejos de transferencia de calor y materia.

Existen muchos modelos matemticos que predicen la cintica de secado en secadores de

lecho fluidizado (SLF), algunos muy complejos debido a la cantidad de parmetros que seinvolucran y otros ms simples. Dentro de los modelos ms estudiados en la actualidad se

encuentra el modelo homogneo modelo de una fase (Zahed y Epstein, 1992) y el modelo

heterogneo modelo de dos fases (Zahed y Epstein, 1995); del anlisis de estos dos

modelos se opt por la simulacin y control del modelo homogneo ya que es menos

complejo que el modelo heterogneo y las predicciones de las cinticas de secado con

respecto a datos experimentales son razonablemente buenas. Para fines de control,

solamente se necesita que el modelo presente una buena aproximacin de la tendencia de

la curva de secado obtenida de datos experimentales, por lo que no necesariamente tiene

que ser exacta ya que un esquema de control retroalimentado puede corregir esas

desviaciones.

Los secadores de lecho fluidizado por lotes se usan en la industria qumica y de secado para

pequeos volmenes con alto valor en el mercado. Una operacin por lote ofrece

procedimientos simples y flexibles para plantas con frecuentes cambios en sus equipos y

lneas de productos. Los objetivos del secado por lotes son muy diferentes a los de secado

en continuo, especialmente en el secado de materiales orgnicos, tales como los productos

farmacuticos, en los cuales el error en el contenido de humedad es muy importante.

Los secadores de lecho fluidizado por lotes se usan en la industria qumica y de secado para

pequeos volmenes con alto valor en el mercado. Una operacin por lote ofrece

procedimientos simples y flexibles para plantas con frecuentes cambios en sus equipos y

lneas de productos. Los objetivos del secado por lotes son muy diferentes a los de secado


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en continuo, especialmente en el secado de materiales orgnicos, tales como los productos

farmacuticos, en los cuales el error en el contenido de humedad es muy importante

IDENTIFICACION DE LAS VARIABLES DEL PROCESO

En la Figura 4.1, se presentan esquemticamente las variables del proceso. Se observa que

es un sistema multivariable con tres entradas de las cuales dos son variables manipulables y

una es variable de carga o de perturbacin potencial y tres variables controlables como

salida. Las variables manipulables son la temperatura y flujo de aire a la entrada y la

variable de perturbacin potencial esta conformada por la humedad del aire a la entrada y

las variables controlables estn integradas por la temperatura y la humedad promedio en

los slidos y la humedad del aire a la salida. La humedad del aire a la entrada se consider

constante aunque muchas veces puede comportarse como una funcin oscilatoria con

gradientes altos de humedad por lo que se necesitara un esquema de control servo-

regulador.

ESPECIFICACIONES COMERCIALES DEL SECADO DE GRANOS

En el mercado de granos alcanzar la condicin final de humedad de 0.03565 g/g no es

rentable ya que debido a las condiciones extremas que se le hace pasar al grano este sufre

grandes alteraciones en sus propiedades fsicas debido a tiempos largos de exposicin al

calor, otro inconveniente de obtener un producto con una calidad de humedad cercana a la

humedad de equilibrio es que se necesitara de un contenedor o silo con especificaciones

muy estrictas en cuanto a humedad del ambiente y aireacin, ya que como la humedad en

el ambiente llega a variar entre 30% y 70% en algunos lugares del pas, este producto al

bajarlo del secador podra humectarse nuevamente debido a la gran diferencia de

humedad entre el grano seco y la humedad relativa del ambiente, por no existir las

condiciones adecuadas de almacenamiento.


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Dentro de las especificaciones comerciales y segn Mujumdar (1987) (Prez, 2000) seala

que si el trigo contiene una humedad mayor al 19%, slo se puede almacenar por algunos

das, si tiene entre 16 y 18% de humedad, se puede almacenar por algunas semanas, con un

15% de humedad se puede guardar por un ao y con 13 a 14% de humedad puede durar

mucho ms tiempo, considerando desde luego un almacenamiento en condiciones

adecuadas.

BIBLIOGRAFIA

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Trabajo de Simula

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