Ayuda tematica secado - Escuela de Educación Secundaria Técnica

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E.E.T. Nº 3
SECADO DE MATERIALES
SECADO: En general, el secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades
de agua u otro líquido de un material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido
residual hasta un valor aceptablemente bajo. El agua u otros líquidos pueden separarse
de sólidos mecánicamente mediante prensas o centrífugas, o bien térmicamente mediante evaporación. Generalmente eliminar líquidos por métodos mecánicos es más barato que por métodos térmicos, y por esta razón es aconsejable reducir el contenido de líquido en lo posible antes de operar en secadero
térmico.
Los equipos de secado pueden clasificarse en: (1) secaderos en los que el sólido se encuentra directamente
expuesto a un gas caliente (generalmente aire), y (2) secaderos en los que el calor es transmitido al sólido
desde un medio externo tal como vapor de agua condensante, generalmente a través de una superficie metálica con la que el sólido está en contacto. Los secaderos que exponen los sólidos a un gas caliente se llaman
adiabáticos o secaderos directos; aquellos en los que el calor es transmitido desde un medio externo reciben
el nombre de no adiabáticos o secaderos indirectos. Los secaderos calentados por energía radiante, dieléctrica o de microondas, también son no adiabáticos. Algunas unidades combinan el secado adiabático y no
adiabático, y se denominan secaderos directos-indirectos.
En los secaderos adiabáticos los sólidos están expuestos al gas de alguna de estas formas:
El gas circula a través de un lecho de sólidos granulares gruesos que están
soportados sobre una rejilla. Recibe el nombre de secado con circulación
a través. Si el gas circula sobre la superficie de un lecho o una lámina del
sólido, o bien sobre una o ambas caras de una lámina o película continua;
a este proceso se llama secado con circulación superficial. Con circulación superficial o a través, la velocidad del gas se mantiene baja para evitar el arrastre de partículas sólidas.
Los sólidos descienden en forma de lluvia a través de una corriente gaseosa que
se mueve lentamente, con frecuencia dando lugar a un arrastre no deseado de las
partículas finas.
El gas pasa a través de los sólidos con una
velocidad suficiente para fluidizar el lecho.
Inevitablemente se produce arrastre de las
partículas más finas.
Los sólidos son totalmente
arrastrados por una corriente
gaseosa de alta velocidad y neumáticamente transportados desde un dispositivo de
mezcla hasta un separador mecánico.
SECADORES FLASH
Numerosas materias primas que pueden transportarse neumáticamente se secan mientras están en suspensión,
debido a que el aire caliente sirve de agente de secado.
Los secaderos de este tipo, están constituidos por tubos verticales, donde la materia prima granulosa o finamente trituradas se seca mediante una corriente ascendente de gas o de aire caliente.
El aire es aspirado por un ventilador y previamente calentado en hornos directos o indirectos, de acuerdo al
producto a procesar. El aire caliente es dirigido hacia el tubo vertical, con una velocidad adecuada para generar el transporte neumático de la alimentación húmeda.
El tubo vertical posee variaciones en su sección, determinando de esta forma, diferencia de velocidades entre
el producto y el aire secante. Este efecto provoca un aumento de la velocidad de secado, debido a las turbulencias generadas y al incremento en el tiempo de residencia.
El contacto íntimo entre el aire caliente y el producto final, provoca una optima transferencia de calor y masa.
Estas transferencias se mejoran gracias a condiciones de diseño, que producen una trayectoria helicoidal de
las partículas.
Una vez que el producto llega al final del tubo vertical, es separado del aire, gracias a ciclones de alta eficiencia.
Cabe mencionar que cuando el producto a procesar posee alto contenido de humedad o agua ligada, el mismo
puede ser recirculado, para obtener la humedad final requerida
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Estos equipos de flujo continuo, se adaptan muy bien al tratamiento de productos sensibles al calor, debido a
sus cortos tiempos de secado.
Es importante determinar las características químicas y físicas de cada producto, para establecer, los impedimentos térmicos y disfuncionales existentes en el secado.
A = Corriente de aire principal. B y C = Conos truncados. D = Colectores ciclónicos del sólido. E y F = Inyección de aire caliente a las cámaras de secado.
SECADO DE GRANOS
Si se espera la “humedad comercial” de un grano sin realizar la cosecha, es lógico que las plantas se desgranen en el cultivo y exista una altísima pérdida en el rendimiento del mismo. Por eso es conveniente cosechar
con altos porcentajes de humedad. La humedad no permite su acopio, puesto que si así se hiciera, ocurriría la
fermentación o “ardido” de los mismos dentro del silo de acopio.
SECADO DE ΜΑΙΖ:
ΜΑΙΖ: A mayor cantidad de humedad de cosecha, mayor riesgo de alteraciones de la calidad
en el almacenamiento. Cuando un grano supera el 20% a las pocas horas, sobre todo con altas temperaturas,
comienzan procesos de fermentación, formación de hongos y otros. Cuanto más rápido se seque después de la
cosecha, mejor se mantendrá su calidad. La humedad de almacenamiento del grano que supera los 14.5%
puede producir alteraciones en la calidad. Para un almacenamiento prolongado se sugiere 13%; también así se
controla el posible “revenido” que es la migración de la humedad del centro del grano hacia la periferia, y que
se produce después del secado, especialmente si es violento.
SECADO DE GIRASOL: Como en todas las oleaginosas debe conservarse a bajos porcentajes de humedad
para evitar su deterioro. También, como en otros granos, la humedad óptima de cosecha no coincide con la de
almacenamiento seguro. La humedad ideal de cosecha es entre 9 y 11 %; por debajo de esta cifra aumenta
considerablemente el desgrane en el campo. Con humedad de grano superior al 11 % es necesario el secado
artificial, pudiendo tolerar en ese valor sólo un almacenaje corto. Cabe recordar que tanto la tarifa de secado
como las mermas que se producen elevan los costos de producción. Para almacenamientos prolongados (como
en el caso de las aceiteras) se establece el 10 % o menos, recurriéndose en algunos casos en un secado adicional ya que la humedad ideal para la extracción de aceite es del 6 %. El secado se realiza en secadoras convencionales debiéndose tener muy en cuenta la presencia de cáscara e impurezas que facilitan la aparición de
focos de incendio, favorecido por el contenido graso del grano. La limpieza periódica de la secadora es el
mejor seguro contra incendios. En algunas zonas de la región pampeana y con condiciones de humedad y
temperatura del aire exterior propicias, es posible con aireación reducir entre 1 y 2 % humedad del grano.
SECADO DE TRIGO: Se estima que en nuestro país se seca artificialmente el 30% de la producción. Las
condiciones ambientales en la época de cosecha facilitan un secado rápido en planta. Cuando las condiciones
no son propicias o se cosecha anticipadamente se debe secar con la precaución de no pasar los 60 grados
centígrados de temperatura del aire en la secadora. Si se supera este valor, se afecta la calidad panadera, influyendo sobre el gluten y la proteína. La humedad de recibo establecida es del 14%.
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SECADO DE SOJA: El grano cosechado debe llevarse a 13% de humedad para evitar un posterior revenido
que sobrepase la base establecida. Su tipo esférico y pericarpio liso permite el fácil desplazamiento tanto del
aire intergranario (secado y aireación) como de los granos entre si y en los conductos que los transportan,
generando además poco polvo. Lo que es un inconveniente es el aumento del grano partido en cada movimiento y el desprendido de la cáscara, que aumentan especialmente a partir del secado. Para evitar daños de
los componentes del grano la temperatura del aire de secado no debe pasar de los 90 grados C.
CÁLCULOS DEL SECADO
CONTENIDO DE AGUA EN EL GRANO
Comercialmente se expresa al contenido de agua del grano en forma de porcentaje en base húmeda. Esto
significa que si un grano tiene 24% de humedad, por cada 100 kg de cereal tenemos:
Materia seca = 76 kg = 76%
Agua
= 24 kg = 24%
100 kg 100%
PÉRDIDA DE PESO DEL GRANO POR PÉRDIDA DE HUMEDAD [P.P.]
La pérdida de peso del grano dependerá siempre de la humedad inicial y la humedad final a la que queremos
llevar. El valor se da por la siguiente fórmula y es un dato porcentual:
P.P. = Hi – Hf * 100
(100 – Hf)
Dónde Hi = humedad inicial y Hf = humedad final
Problema de Aplicación: Si tenemos un maíz con 24% de humedad base húmeda y lo queremos llevar a 13,5
de humedad, la pérdida de peso será:
(24% - 13,5%) * 100 = 10,5% * 1,156 = 12,14%
86,5
CAPACIDAD Y CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DE UNA SECADORA
La capacidad de secado indicada por el fabricante de una secadora debe darse:
a) Para una extracción de humedad del 17% al 13,5%.
b) Con temperatura ambiente de 20 ºC.
c) Con humedad relativa ambiente 70%.
Es decir que con estas condiciones la máquina debe rendir el tonelaje por hora indicado en el manual.
Rendimiento: en kilogramos de agua a evaporar por tonelada de cereal.
P.P. % * 1000 kg/tn = kg agua / tn de cereal
100
Esto es regla de tres.
Problema de aplicación: Se tiene un cereal con el 21% de humedad base húmeda y se lo llevará al 13,5% de
humedad, la pérdida de peso será:
(21% - 13,5%) * 100 = 7,5% * 1,156 = 8,67%
86,5
Entonces calculamos el rendimiento que deberá tener la máquina y evaporar por cada tonelada de cereal:
8,67% * 1000 kg/tn = 86,7 kg agua / tn de cereal
100
Evaporará 86,7 kg de agua por cada tonelada de cereal.
Capacidad Horaria [C.H.]: Es la relación entre la capacidad de evaporación de la secadora (figura en el
catálogo) y la cantidad de agua a evaporar. Brinda las toneladas de agua evaporada por hora.
C.H. = capacidad de evaporación de la secadora
rendimiento de la secadora
Si aplicamos al problema anterior una capacidad de evaporación de 404,6 kg/h
C.H. = 404,6 kg agua/h
= 4,66 tn de cereal/h
86,7 kg agua/tn de cereal
Simplificamos kg agua.
EFICIENCIA Y CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR Y COMBUSTIBLE
Sabemos que son necesarias 600 calorías para evaporar 1 kilogramo de agua y que la eficiencia térmica de
un buen equipo puede oscilar entre el 40 y el 60%.
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Si se tomara como eficiencia térmica de la secadora un 55% (el resto de la energía calórica se degrada en la
emisión a los materiales y el exterior) calculamos con regla de tres las calorías para evaporar 1 kg de agua:
55%
100%
600 calorías
x = 1090 calorías
y EFICIENCIA = Capacidad de la secadora * calorías/kg agua
EFICIENCIA = 404,6 kg/h * 1090 cal/kg agua = 441014 cal/h
Cálculo de Combustible: Sabiendo que la capacidad calórica del combustible más usado, el gas oil, es de
9000 calorías por kilogramo, se puede estimar el consumo por hora. Calculamos con los datos del problema.
9000 cal
441014 cal
1 kg
x = 49 kg/h
y con el peso específico lo llevamos a litro que es como se vende:
0,989 kg
49 kg/h
1l
x = 49,54 litros/h
Se puede calcular costo.
Cálculo de la Cantidad de Aire: Para este cálculo se utiliza la siguiente fórmula que dará m3/minuto:
Dónde:
Cantidad de Aire = Eficiencia en Cal/h
17 = Coeficiente de corrección.
∆T = temperatura de operación – temperatura ambiente
17 * ∆T
En nuestro problema sería llevando la temperatura de 25 a 90:
Cantidad de Aire = 441014 cal/h = 399,17 m3/minuto
17 * 65 ºC
Velocidad de Secado:
Depende fundamentalmente de la temperatura y del tiempo de exposición. Económicamente sería conveniente
que un cereal pase por la secadora lo más rápido posible, utilizando temperaturas de secado elevadas. Pero
como hemos visto, existen razones técnicas que imponen límites máximos a las temperaturas en secado. Si se
aumenta la velocidad del proceso, el ritmo de extracción de agua no concuerda con la difusión del agua dentro
del grano. La velocidad de extracción de humedad razonable para obviar los inconvenientes anteriores es del
3,5 al 5%/hora. Cuando se sobrepasan, especialmente valores de 8%/h, se producen considerables alteraciones
en el grano. Utilizamos el resultado de P.P. para una regla de 3:
5%
12,14%
1h
x = 2,43 h
BIBLIOGRAFÍA:
Aragón, Jorge y otros; Producción de maíz; Consorcios Regionales de Experimentación Agropecuaria, Cuaderno Nº 42, 2ª Edición, Junio de 1989.
Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria; Guías Prácticas para los Cultivos de Trigo, Maíz,
Soja y Girasol; C.D. Año 1999.
Mc Cabe, Warren y otros; Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, Editorial Mc Graw-Hill;
1991.
PROBLEMAS DE APLICACIÓN:
1.
2.
3.
4.
5.
Se cosechan 900 tn de trigo con una humedad del 18,5 y se la debe llevar al 14%, calcular del total
de las tn; materia seca y agua, % P.P. y el peso ya secado, rendimiento, las horas totales de secado, la
eficiencia y cálculo de combustible, la cantidad de aire y la velocidad de secado al 4%/h.
Se cosechan 850 tn de soja con una humedad del 18,5 y se la debe llevar al 13%, calcular del total de
las tn; materia seca y agua, % P.P. y el peso ya secado, rendimiento, las horas totales de secado, la
eficiencia y cálculo de combustible, la cantidad de aire y la velocidad de secado al 4%/h.
Se cosechan 1966 tn de maíz con una humedad del 21,5 y se la debe llevar al 13%, calcular del total
de las tn; materia seca y agua, % P.P. y el peso ya secado, rendimiento, las horas totales de secado, la
eficiencia y cálculo de combustible, la cantidad de aire y la velocidad de secado al 4%/h.
Se cosechan 755 tn de girasol con una humedad del 12,5 y se la debe llevar al 6%, calcular del total
de las tn; materia seca y agua, % P.P. y el peso ya secado, rendimiento, las horas totales de secado, la
eficiencia y cálculo de combustible, la cantidad de aire y la velocidad de secado al 4%/h.
Se cosechan 880 tn de trigo con una humedad del 16,5 y se la debe llevar al 14%, calcular del total
de las tn; materia seca y agua, % P.P. y el peso ya secado, rendimiento, las horas totales de secado, la
eficiencia y cálculo de combustible, la cantidad de aire y la velocidad de secado al 4%/h.
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