´ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL.
Escuela Superior de Ingenier´ıa Qu´ımica e Industrias Extractivas.
Laboratorio de Operaciones de Separaci´on IV.
Reporte: Secador de tambor. Grupo: 9IM3
Alumno: Sauza de la Vega Arturo
Fecha de entrega: 13 de Febrero, 2015[3cm]
OBJETIVOS. Aprender y conocer el funcionamiento del secador de tambor. Identificar las variables y factores que afectan el secado del dicalite. Conocer las sustancias y materiales que se pueden secar con el secador de tambor. Analizar la aplicaci´on de la velocidad de secado. Conocer las sustancias y materiales que se pueden secar con el secador de tambor.
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´ INTRODUCCION. 1.
Antecedentes. Los secadores de Tambor o de Rodillos fueron desarrolladas al inicio del siglo XX. Eran utiliza-
dos para secar pr´acticamente todos los materiales l´ıquidos para alimentos, antes de que empezara a existir el secado por roc´ıo. Hoy en d´ıa, las secadoras de tambor o de rodillos son utilizadas sobre todo en la industria alimenticia para secar una variedad de productos como l´acteos, alimentos para beb´e, cereales para el desayuno, pulpas de frutas y vegetales, pur´e de papa, almidones cocidos y levaduras usadas.
Un par de ejemplos muy conocidos del tipo de producto producido en ´este tipo de maquinaria es el cereal para beb´e en forma de hojuela o el pur´e de papa en forma de hojuela.
El secado mediante tambores o rodillos es uno de los m´etodos de secado m´as eficientes en t´erminos de consumo de energ´ıa y, es muy efectivo para secar l´ıquidos con una alta viscosidad o alimentos en forma de pur´e.
En una operaci´ on de secado, el material en forma de l´ıquido, soluci´on acuosa o pur´e es aplicado como una capa ligera sobre la superficie exterior de un par de tambores que se encuentran girando y que est´ an siendo calentados por dentro mediante vapor. Despu´es de aproximadamente tres cuartos de revoluci´ on, a partir del punto desde donde se suministra la soluci´on acuosa, el producto se encuentra ya seco y es removido mediante una cuchilla est´ atica. El producto seco es recolectado y transferido, normalmente de manera neum´atica, a un molino para reducir el tama˜ no de su part´ıcula y poder ser empacado. Para poder asegurar un producto que sea consistente y que cumpla con las necesidades del cliente, se requiere desarrollar un balance muy delicado entre la tasa de alimentaci´on de la soluci´on, la velocidad de rotaci´on de los rodillos, el nivel de presi´ on de vapor que alimenta a los rodillos y lo que suele definirse como el NIP o la separaci´on entre los rodillos, que es por donde pasa el producto.
Figura 1: Fotograf´ıa de un secador de tambor.
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2.
Teor´ıa del secador de tambor. El proceso de secado de tambor consiste b´ asicamente en el secado de una delgada pel´ıcula de
soluci´on o suspensi´on adherida sobre un tambor caliente y la posterior remoci´on de la pel´ıcula de solido seco mediante una cuchilla. Este proceso tambi´en es conocido con el nombre de secador de rodillos, mientras que el t´ermino secado en cilindros suele usarse para indicar el secado de hojas continuas de materiales como son papel, pel´ıculas, etc. El secador de tambor consiste b´ asicamente en uno o dos tambores huecos calentados internamente, sobre los cuales se aplica la soluci´on (o suspensi´on) por distintos m´etodos de alimentaci´on. El vapor es el medio calefactor de uso normal para el secado a presi´ on atmosf´erica, aunque algunas pocas veces se usan gases calientes. Para el secado de tambor bajo vac´ıo, el tambor puede ser calentado por medio de agua caliente o con vapor a presi´ on subatmosferica. Por lo com´ un los tambores estas construidos de fundici´ on de hierro de grano fino (fundici´on acerada), bronce de ca˜ nones y a veces de acero inoxidable.
La limpieza del secador de tambor es sencilla. El costo de mantenimiento del secador de tambores gemelos es bajo, pero para el secador de doble tambor y el secador al vac´ıo puede ser mucho mayor.
Por razones de seguridad, respecto a las tensiones generadas, el tama˜ no m´aximo del secador est´ a limitado aproximadamente a 12 m2 de superficie de secado y por ellos puede convenir el uso de varias m´aquinas para obtener una producci´on elevada. En estas circunstancias, el considerable costo de la instalaci´ on y el aumento de las necesidades de mano de obra que implican, tienden a reducir las ventajas del proceso de secado en tambor que es relativamente econ´ omico.
El equipo auxiliar que se suministra normalmente incluye una campana con tiro para eliminar el vapor de agua y polvo, transportadores y vertederos para el polvo seco, tanque de alimentaci´on, bandeja de alimentaci´on y tanque de recirculaci´ on o dispositivos especiales como son los rociadores para el caso de secado de barros. En el secado al vac´ıo son necesarios un condensador y una bomba de vac´ıo o un eyector.
Figura 2: Secador de tambor de nivel industrial.
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3.
Aplicaciones y limitaciones. l secador de tambor puede utilizarse para secar materiales son un costo operativo relativamente
bajo, con un costo de supervisi´on peque˜ no y con una m´ınima manipulaci´ on del material. Es particularmente conveniente con una m´ınima manipulaci´ on del material, es particularmente conveniente para productos termo sensibles que permitan un secado a alta temperatura durante un corto tiempo. Se puede obtener un amplio margen de condiciones de secado variando la presi´ on del vapor calefactor y la velocidad de rotaci´on del tambor. El producto seco es a menudo pulverulento y no necesitara ser molido. Cuando es necesaria una forma f´ısica particular de producto, es posible a veces controlar el secado para obtener escamas o migajas.
No son convenientes los secadores de tambor para el secado de materiales que no presentan adherencia al metal en estado seco. Tampoco son convenientes para el secado de materiales que crepiten al ser calentados a menos que se tomen precauciones especiales para recuperar las p´erdidas de polvo desde la superficie del tambor, aunque ha sido descrito un m´etodo de secado de polvo en tambor contenido entres dos capas de tela.
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Datos Experimentales Masa inicial (kg) gk Pvap ( cmf2 ) toperacion (hr) Talimentacion (◦ C) Tsolidos (◦ C) Velocidad del tambor (RPM) VH2 O (L)
0,200 0,7 0,06667 21 45 1.64 3
Secuencia de C´alculos. C´alculo de la humedad inicial (X1 ) y final (X2 ): X1 =
WH2 Oinicial Wdecalite
3kgagua kgagua = 15 0,2kgsol.seco kgsol.seco
X1 =
(1) (2)
C´alculo de la humedad de la lechada: WH2 Oinicial ∗ 100 Wtotal
(3)
3kg ∗ 100 = 93,75 % 3,2kg
(4)
%humedad =
%humedad = Humedad final:
X2 =
X2 =
WMH − WMS WMS
0,0936 − 0,0886 kgagua = 0,0564 0,0886 kgsol.seco
(5)
(6)
C´alculo de la velocidad de secado:
NC = − NC = −
LS (X2 − X1 ) A×θ
kgaguaevap. kgagua 0,0886kg = 105,41 (0,0564 − 15) 2 (0,1884m )(0,0667hr) kgsol.seco hr − m2
(7) (8)
Balance de energ´ıa en el secador: M v Hv + M L h L = M v H V C + M s h s + M E H E
(9)
Mv (Hv − HV C ) = Ms hs + ME HE − mL hL
(10)
Mv λv = Ms hs + ME HE − ML hL
(11)
kcal ı que de la Tenemos el dato de calor espec´ıfico de la lechada, que es Cplechada = 0,924 kg ◦ C , as´
ecuaci´ on:
Cplechada = Cpagua xagua + Cpdecalite xdecalite 5
(12)
despejaremos la fracci´ on de decalite, aunque antes calcularemos el valor de la fracci´ on de agua. 3kg = 0,9375 3kg + 0,2kg xdecalite = 1 − 0,9375 = 0,0625 (1 × 0,9375) − 0,924 kcal Cpdecalite = = 0,216 ◦ 0,0625 kg C kcal kcal hs = Cpdecalite ∆T = 0,216 ◦ (21 − 0)◦ C = 4,536 kg C kg kcal kcal ◦ hL = Cplechada ∆T = 0,924 ◦ (21 − 0) C = 19,404 kg C kg xagua =
(13) (14) (15) (16) (17) (18)
La masa de s´olidos (decalite) es de 8,86g, la cual se obtuvo experimentalmente. Masa de agua evaporada:
ME = (105,41
ME = (NC )(A)(θ)
(19)
kgaguaevap. )(0,1884m2)(0,0667hr) = 1,325kgaguaevap. hr − m2
(20)
Masade lechada:
ML = 3kg + 0,200kg = 3,2kg
(21)
kcal De tablas de vapor se obtiene λv = 534,622 kcal alculo de kg y HE = 92,3 kg , lo que nos lleva al c´
la masa de vapor:
Mv =
0,0886kg × 4,536 kcal + 1,325kg × 92,3 kcal + 3,2kg × 19,404 kcal kg kg kg 534,622 kcal kg Mv = 0,346kgvapor
(22) (23)
Obteniendo la relaci´ on de masa de vapor necesario respecto a s´olido seco obtenido:
Mv 0,346 kgvapor = = 3,91 Ms 0,0886 kgsol.seco
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(24)
OBSERVACIONES. La operaci´ on de este equipo requiri´o de especiales cuidados y de mucho tiempo para lograr una superficie uniforme de decalite sobre el tambor de secado. Tambi´en es de mencionarse que es necesario el agregarle unas cuantas cosas al equipo, una de ellas ser´ıa una cuba para o un recipiente en general para desechar la lechada que no se logr´o secar, ya que mucha queda almacenada justo debajo del tambor y esto dificulta la limpieza as´ı como la evacuaci´ on de la misma. Algo m´as que se podr´ıa agregar, ser´ıa un agitador en la cuba de alimentaci´on, para evitar sedimentaci´on de decalite y as´ı asegurar que la mayor cantidad posible de decalite se recupere con el secador de tambor.
CONCLUSIONES. El equipo se podr´ıa considerar como un equipo relativamente f´acil de operar, aunque por los resultados de masa de vapor necesaria para obtener un kilogramo de s´olido seco (en este caso, decalite) podr´ıa considerarse no muy bueno, ya que es necesario casi cuatro kilogramos de vapor, a lo que le debemos de agregar el costo de la generaci´ on de vapor.
Un factor m´as a considerar es el que para tener un buen secado es necesario el tener una superficie adecuada (una torta con el espesor grueso) para que sea de mayor eficiencia, a esto, va aunado el hecho de que tambi´en es una operaci´ on que requiere de mucho tiempo.
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