/ División de Ciencias Básicase Ingeniería Departamento de Ing iería de Procesose Hidraúlica Area de Ingeniería Química Y Proyecto Terminal de -Laboratorio Procesos de y Diseño Diseño de una Planta de Secado en Lecho Fludimdo de Coco Rallado / Presentan Lqón BecemJ,, Elizabeth Mora Téllez, &mando Serrano BoniUa, Marlene Izel / Asesor Dr. Mario Vizcarra Mendoza Coordinador Ing. Uriel Aréchiga Vimontes / A nuestros padres que noshan apoyado en todos nuestros proyectas, sueños y locuras. Gracias ..... PROLOG0 El desarrollo de este proyecto ha implicado una serie de trabajo en equipo y de una coordinacidn para su elaboracidn. aprendizaje adquirido durante investigacidn experimental El un año de bdsqueda bibliogrAfica, y redaccibn, nos ha permitido tener un contacto mds directo con la ingeneria quimica. La educacidn recibida en esta "Casa abierta al tiempo" da lugar a una formacidn como ingeniero de btlsqneda y resolucibn de problemas. Es importante hacer notar que la capacidad en la " brisqueda de informaci6n es fundamental en cualquier tipo de tarea asignada. De esta forma queremos dar a entender conocimientos adquiridos durante investigacibn y el que todos l o s desarrollo de esta de la carrrera en general, no estdn concentrados especificamente en nuestras mentes; sin embargo contamos con capacidad de localizacibn de los requerimientos necesarios la para su elaboracibn. Por otro lado, hemos empezado procesos quimicos que realmente industrial del pais. . a tener conciencia de los son de utilidad en el desarrollo Procesos innovadores como el secado de coco rallado en lecho fluidizado ayudan al mejor uso de las materias primas existentes, que no son explotadas en su totalidad. Proporcionando ingresos a la economia nacional.. Los Autores. . ... &" .. " " - _. " " ..... .-..I... . . ..*.._"".- " 1 * " INDICE . PROLOG0 CAP ITUL0 PAG 1 RESUMEN Y 1.1 Descripci6n 1 . 2 Descripci6n 2 2.3 3 SUS CARACTERISTICAS ....................................... 11 Mercado del coco rallado seco ........................ 11 ............................ 12 3 . 1 . 1 Situaci6n en Mkxico ImporaciBn y exportaci6n del coco seco............... 13 3 . 2 . 1 Volumenes de importaci6n ....................... 13 ......................... 16 3 . 2 . 2 Volumenes de exportacih 20 Usos y usuarios ...................................... 20 3 . 3 . 1 Industria galletera............................ 21 3 . 3 . 2 Industria jabonera............................. 22 3 . 3 . 3 Industria aceitera............................. Producci6n y consumo de la materia prima .............23 3 . 4 . 1 Costos de producci6n y venta ..................... 24 3 . 4 . 1 . 1 Costos ................................. 24 3 . 4 . 1 . 2 Precios ................................ 24 3 . 4 . 2 Superficie y rendmientos ....................... 2t1 3 . 4 . 3 Producción y consumo ............................ 26 3 . 4 . 4 Importaciones del coco ......................... 2 7 3 . 4 . 5 Exportaciones del COCO....................,,.....^^ 3 . 4 . 6 Principales problemas .......................... 29 3 . 4 . 7 Posibles soluciones ............................ 29 Capacidad y ubicacidn de la planta ...................30 ESTUDIO DE MERCADO 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 4 ........................ 5 Propiedades físicas y químicas ....................... 5 Procesos de obtenci6n ................................ 6 2 . 2 . 1 Procesos utilizados tradicionalmente ........... 6 2 . 2 . 2 Selecci6n del proceso a usar ................... 8 Diagrama debloques .................................. 10 EL PRODUCTO Y 2.1 2.2 ................................... 1 relacionada c o n - e 1 producto .............. 1 relacionada conel proceso ............... 2 CONCLUSIONES ................................ TRABAJOS DE INVESTIGACION 4.1 31 Objetivos ............................................ 31 Busqueda d.e1 tamaño de partícula ...............3 1 Pruebas de humidificacidn de muestrasde coco seco ........................................... 31 4.1.3 Obtenci6n de curvas de secado para secador de charolas ....................................... 31 4.1.1 4.1.2 . " .... . " " " . . . - r,.i 4.1.4 Obtenci6n de curvas de secado en el lecho fluidizado 4 . 1 . 5 MediciCjn de densidades 4 . 1 . 6 Analisis químico del producto 4 . 2 Bases del diseño 5 ..................................... 3 2 ......................... 38 .................. 35 ..................................... 39 .................................... 40 5 . 1 Diagrama de flujo .................................... 40 5.2 Diseño de equipo ..................................... 40 5 . 2 . 1 Turbo-ventilador ............................... 40 5.2.1.1 Características ........................ 40 5.2.1.2 Lugar y cosot de compra ................40 5 . 2 . 2 Intercambiador de calor ......................... 41 5 . 2 . 2 . 1 Características ........................ 41 5.2.2.2 Lugar y costo de compra ................4 1 5 . 2 . 3 Secador de lecho fluidizado .................... 42 5 . 2 . 3 . 1 Características ........................ 42 5.2.3.2 Lugar y costo de compra ................4 2 5 . 2 . 4 Cicl6n .......................................... 43 RESULTADOS DEL DISEÑO 5.2.5 5.3 5.4 5.5 5.6 5.2.6 Lista 5.3.1 Lista Características ........................ 43 Lugar y costo de compra ................4 3 Picadora 43 5.2.5.1 Características 43 5.2.5.2 Lugar y costo de compra 44 Refrigerante del prcducto (coco seco) 44 de equipo auxiliar............................. 44 Caldera ......................................... 44 5 . 3 . 1 . 1 Caracterfsticas .44 5 . 3 . 1 . 2 Lugar y costo de compra ................ 45 de elementos complementarios del proceso ....... 4 5 Bomba .......................................... 45 Bandas transportadoras ......................... 45 Sierras de cinta ................................ 46 5.2.4.1 5.2.4.2 ....................................... ........................ ................ .......... ...................... 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 Tuberíss 5 . 4 . 5 Recipientes de ....................................... 46 lavado de copra ................. 4.6 Equipo de laboratorio ................................ 46 5 . 5 . 1 Espectrofot6rnetro.............................. 46 5 . 5 . 2 Balanza de humedad ............................. 47 Planeacidn de l a planta .............................. 47 5 . 6 . 1 Espacio necesario.............................. 47 5 1 6 . 2 Ubicaci6n ...................................... 47 5 . 5 . 3 Costo del terreno .............................. 45 6 PERSONAL NECESARIO....................................... 49 ............................. 49 . . . . . . . . . . . . . . . .5 0 6 . 1 Organigrama de la planta 6.2 Número de personal. sueldo y posici6n .......................................... ....................................... ................................... 7 INVERSION TOTAL 7 . 1 Inversidn fija 7 . 2 Capital de trabajo ........... . 1 .I,, 't.....-....r.rr'r ...". -:'*~:"? 51 51 53 "._"" .. ...-.. . . . . . . . . _.. ............ . . . . . . . .. ..-. . .- 1 **Lb ~1.". ."." . 7.3 . Ganancia anual o tasa BIBLIOGRAFIA de retorno....... . . . I "" . . . . . . . . . . . . . .5 3 ............................................... 55 APENDICES A A.l Busqueda del tamaño de partícula A.2 Pruebas de humidificaci6n muestras de coco seco A.3 Obtenci6n de curvas de secadopor lotes en un secador de charolas. A.4 Obtenci6n de curvas de secado para el lecho fluidizado. A.5 Prueba d e rancidez. APENDICES B B.l.l B.1.2 B.2.1 B.2.2 B.3.1 B.3.2 B.4.1 B.4.2 B.5. Cdlculos del turbo-ventilador. Dibujo del turbo-ventilador. CBlculos del intercambiador. Dibujo del intercambiador. Cdlculos del secador. Dibujo del secador. Cdlculos del cicl6n. Dibujo del cicl6n. CBlculos del refrigerante del producto APENDICES C C.l Dimensiones generales y características de la caldera. APENDICES D D.l Dibujo de sierra de cintay recipientes de lavado. APENDICES E E.l Dibujo del isomktrico y distribuci6n de la planta. E.2 LTbicaci6n de la planta. APENDICES F F.l Datos para curvas de secador de charolas. F.2 Datos paracurvas desecador dellecho. ..... " " " CAP I TULO 1 RESUMEN Y CONCLUSIONES 1 RESUMEN Y CONCLUSIONES. 1.1 DESCRIPCION RELACIONADO CON EL PRODUCTO. El coco rallado seco es un producto en el cual basan su y economia diversos paises tales como Filipinas, Sri Lanka . Malasia. Es una materia prima importante en industrias tales como para distintos procesos la alimenticia, donde normalmente se utiliza en galletas, cereales, aceites y dulces. TambiCn es importante en la industria jabonera. El c o c o s e c o t a m b i Q n s e u t i l i z a e n plastificantes, en automdviles y la p r o d u c c i d n d e la fabricaci'h de vidrios inastillables para a v i o n e s , e s u n a m a t e r i a p r i m a biisica e n la " elaboracidn de resinas sinteticas, cauchos, en la industria del papel, etc. En nuesstro pais l o s principales consumidores del producto terminado son: a) La industria galleYera, por ejemplo GAMESA SA., que lo utiliza e n la produccidn d e dulces, chocolates y.galletas. b ) La industria aceitera, que aprovecha el aceite contenido en el coco ( 6 3 , 6 8 ) % . Se puede utilizar en ¡a industria alimenticia relacionada con sabores o alimentos balanceados debido a que sus Bcidos grasos s o n de bajo peso molecular.. c) La industria jabonera, por ejemplo Mariano Salgado S.A., en esta industria se utiliza la maxima cantidad de aceite que se puede extraer del coco. Se utiliza en gran escala debido a su alto indice de saponificacih, y sus propiedades espumantes se aprovechan en la produccidn de detergentes biodegradables. 1.2 DESCRIPCION RELACIONADA La materia principal es CONEL PROCESO el coco, es una planta que en dos a tres veces mas condiciones favorables puede producir de aceite por hectdrea en un año que el mas productivode los cultivos anuales oleaginosos. Su cultivo en M&xico no ha tenido un desarrollo importante, no obstante que cuenta con zonas aptas ../ para su produccidn, y de que es un cultivo de gran importancia por su aprovechamiento integral, en la obtencidn de aceite, fruta fresca, .fibras de mesocarpio, etc. En la actualidad el cocotero en MCxico cubre una superficie 143 de aproximadamente costera del Golfo y mil hectareas, comprendidas en la regidn del Pacifico. Las plantaciones mas densas se ubican en l o s estados de Guerrero, Tabasco, Campeche,Michoach Quintana Roo. En menor proporcidn en los y estados de Veracruz, Y u c a t h , Jalisco, Oaxaca y Chiapas. T o m a n d o e n c u e n t a l o s r e q u e r i m i e n t o s d e la industria j a b o n e r a M a r i a n o S a l g a d o S . A . , cons.iderada una de las mas modernas en Amkrica Latina. la capacidad de produccidn necesaria es d e 5 0 0 toneladas de coco rallado seco al mes. El objetivo del proceso es secar el coco de una manera mas eficiente, rZlpida e higiknica que en los procesos tradicionales. Las plantas procesadoras de coco rallado seco tienen autosuficiencia nacional, a menos de quepor fendmenos naturales como huracanes o tormentas no haya cocos secos, por lo que se recurre a la importacidn de Filipinas o Sri Lanka. La creacidn de una planta de secado de coco rallado, permitiria disponer'deuna produccidn constante de material, independientemente del clima. El proceso propuesto consiste en un secador de lecho fluidizado continuo, el cual tiene una capacidad de produccidn de 1500 kg de coco rallado seco por hora. El tamaño de particula que se manejb fue de 70 C. 2 mm, Se desea secar y la temperatura de tratamiento fue de el coco desde (BH) a una humedad final de periodo de secado constante y una humedad inicial de 50% 3% (BH). El proceso opera con un el tiempo requerido para alcanzar la humedad deseada es de 3 5 min. (tiempo de residencia). Para la operacidn de la planta se requiere de 100 personas en total, distribuidas de la siguiente manera: 1 Director General Gerente .General 2 Ingenieros Quimicos 1 Contador 1 Administrador 2 Ayudantes de ventas 2 Secretarias 9 2 obreros 1 (El personal debe estar distribuido en dos turnos de trabajo). 3 - El precio de venta de nuestro producto es de N$3,00 / kg., lo que representa un ingreso total anual por ventas de N$18'000,000 por 6000 ton/año. La inversidn fija requerida e s de N$2d154968.60 y ser& proporcionada mediante un prdstamo refaccionario, y el capital de trabajo es aproximadamente de N$14386,970.81 / año. El gasto por la compra de materia prima es de N$900q000.00/año. El 1 costo-del terreno es aproximadamente de N$10000. La ganancia total obtenida serd de N$3551,726.27 despues de impuestos sobre la renta. La tasa de retorno es de 22.6%, lo que nos indica que el p-royecto es rentable. En conclusidn: _c E n los dltimos años este tipo d e t e c n o l o g i a s s e h a n convertido en una innovacidn dentro de la industria alimenticia, ya que el secado continuo en lecho fluidizado ofrece ventajas sobre los secadores tradicionales al disminuir el tiempo requerido para secar un alimento, permitiendo un tratamiento uniforme del producto. 4 CAETTULO 2 EL PRODUCTO Y SUS CARACTERTSTICAS 2 EL PRODUCTO Y SUS CARACTERISTICAS. 2 . 1 Propiedades fisicas y quirnicas. El coco rallado seco e s un producto blanco obtenido a traves del secado de por 3 la copra, hasta una humedad de aproximadamente ciento. Los tamaños comunmente usados tienen un tamaño de particula de menos de 5 m . El coco seco es un alimento que es considerado de gran valor nutritivo, ya que durante su produccidn solo pierde agua. Composicidn del coco rallado seco. 2.5 58 Contenido de humedad Grasas y aceites Azhcares Proteinas Carbohidratos Fibra cruda Residuos 5.5 6 - 3.0 - 69 - 6.5 - 8 - 18 12 2 - 4 1.5 - 2 po,r ciento por por por por por por ciento ciento ciento ciento ciento ciento Las grasas presentes son comestibles, contienen hcidos grasos saturados e insaturados que son altamente digestibles. Las proteinas tienen todos los aminohcidos esenciales para crecimiento humano. Los azucares glucosa y el e s t h presentes como sucrosa, galactosa. Las celulosas y las pentosas hacen los carbohidratos. El coco seco es msnufacturado en dos grados principalmente, el grado "fino" que es pequeño y en hojuelas 1 argas . Generalmente es, usado en la industria como uno de principales ingredientes de relleno para chocolates, dulces los y en todo tipo de licores. Tambien es usado en la industria del pan, principalmente para la manufactura de bisquets 5 y mezclas de pastel. El coco rallado seco sin cocinar es usado para la decoracibn de pasteles, bisquets, helados. Cuando se tuesta es usado para carnes. 2.2 Procesos de obtencidn. 2 . 2 . 1 Proceso usado tradicionalmente. 1) El proceso inicia a partir de la recepcibn del coco entero. 2 ) Se guarda en el almacen de materias primas. Generalmente los cocos no son guardadospor mhs de tres dias. 3 ) El proceso en la fabrica descascaramiento del coco, "hachamiento" (debido i n i c i ac o n se o como el le dicenenFilipinas al uso del hacha para partirlo). En este punto l o s cocos son sel-eccionados para ver s i la copra va a s e r tratada en la manufactura de coco seco. La concha es removida por golpes fuertes con una hachay la pulpa es separada de la concha. 4 ) El descascaramiento generalmente deja a con el agua adentro. La siguiente etapa capa cafe que cubre a la pulpa. Despu6s por un canal, mandarlos a la pulpa intacta es entonces quitar la el material es mandado o colocados manualmente en receptaculos los cortadores. En esta etapa se saca p.ara el agua que usualmente se tira. 5) de La pulpa blanca,es lavada en agua clorada. La inspeccibn la partida, decoloramiento, y materia dañada toma lugar aqul. Estos pedazos son retirados. 6) El coco puede ser tratado con una solucibn que 6 produce didxido de sulfuro. puro despues A S ~que el producto tiene un color blanco del proceso, ademds de estar protegido contra acciones enzimAticas. 7) L a pasteurizacidn del coco puede tomar lugar en esta etapa o despues de la desintegracidn del coco en pequeños pedazos. Los pedazos son mandados a un tanque de agua muy caliente por un tiempo especifico. La temperetura y el tiempo pueden ser variado de acuerdo al diseño del proceso. El vapor puede ser usado en lugar del agua caliente. Cuando la pasteurizacidn se lleva a cabo despuCs del rallado, vapor presibn (vapor seco) es usado por aproximadamente ocho bajo o diez minutos. 8) La desintegracidn de la copra pasteurizada es por un molido de rozamiento conocido como "Devil Desintegrator" (Desintegradordeldiablo). Para obtener el tamaño de la particula de coco que varia de 5 . 0 0 mm. a l.OO'mm., se requiere el uso de diferentes maquinas cortadoras. 9 ) La copra rallada y pasteurizada es llevada a un secador para ser secada; generalmente se usan secadores de charolas lotes, o de charolas movibles. El producto es secado contenido de humedad de aproximadamente 2.5%. El por a un producto obtenido al' terminar este proceso es el coco rallado seco. 10) El coco seco se puede enfriar antes de ser tamizado para tener el tamaño deseado de particula. Las particulas comunmente producidas son pequeñas y finas. 1 1 ) El coco rallado es empaquetado en sacos de recubiertos de polietileno de prescripciones paquete para guardar el coco es estandar de kilogramos. El paquete es pesado y papel kraft estandars. El lbs. o 5 0 100 la bolsa de polietileno es .L "-.".. -. " I sellada con una máquina. Despues se presiona la bolsa para no dejar burbujas de aire dentro. 1 2 ) Antes de sellar el paquete, se toman muestras de las y bactereoldgica. bolsas para pruebas de calidad fisica 13) Las bolsas empacadas son almacenadas en la fdbr ica para despues ser transportadas a los clientes. 2 . 2 . 2 Seleccibn del proceso a usar. El procesotradicionaldescritoanteriormente mucho con el que se piensa desarrollar para este proyecto, diferencias 1) no difiere que las se van a llevar a cabo son las siguientes: La manera de cortar el c o c o c o m p l e t o n o v a a ser _, manualmente con hachas o machetes. Se piensa hacer uso de sierras de cinta electricas. Esto se obra, ya que para partir hace con el fin de ahorrar mano de la cantidad de coco necesaria para la produccidn requerida se necesita de muchas horas-hombre. Sin embargo haciendo uso de estas sierras s o l o se necesitardn pocos hombres. 2) La pulpa del coco si se va a retirar manualmente, mediante el uso de una cuchara grande especial para separar carne del coco. El agua va ser desechada y la la cáscara se empaquetara para despues ser posiblemente vendida. 3) La pasteurizacidn y el lavado con la solucidn que produce dibxido de sulfuro, van a ser reemplazados por una solucidn de propianato de calcio. Estose hace porque el propianato ademas de ser un preservativo para alimentos, combate formacidn de moho. las bacterias y la La sustancia es generalmente reconocida como 8 ' segura cuando se usa en la prhctica indutrial, siempre y cuando sea bien manejada. Por otro formacidn de sulfuros para lado es importante decir que el tratamiento de alimentos se cada vez permitiendo menos, debido a la esta las consecuencias que este tipo de sustancias puede ocasionaren la salud del hombre. 4) Solo se va a hacer uso de una picadora para obtener cantidad de coco rallado requerido, la al mismo tamaño mencionado anteriormente. 5) El proceso de secado secador de va a ser llevado a cabo lecho fluidizado continuo. La tipo de secador es que secado, alcanzando por un razdn del uso de este se espera tener una mayor eficiencia de la humedad deseada del 3.0% en un menor t iemps. 6 ) El transporte de cocos desde el almacen hasta el cortado va a s e r p o r medio de canales, por donde van 8 rodar los cocos El transporte restante a usar entre todos los procesos, completos. 7) va ser por medio de bandas transportadqras"de alimentos. 8) Las pruebas de calidad y de humedad alcanzada van a ser llevadas a cabo en un laboratorio retirado de proceso. 9 la linea de 2.3 DIAGRAMA DE BLOQUES PARA UNA PLANTA DE SECADO DE RALLADO, MEDIANTEUN LECHO FLUIDIZADO. COCO ALMACENAMIENTO DE MATERIA PRIMA (COCOS ENTEROS) r ELIMINACION-4 DEL AGUA DE t coco PARTIDO DE COCO I 4 r I t DESPULPADO + ELIMINACION Y t(OBTENCION DE LACOPRA) EMPAQUETAMIENTO DE LA CASCARA DELCOCO I EN SOLUCION D E PROPIANATO DE CALCIC! + RALLADO DE COCO v SECADO D E COCO RALLADO EMPAQUETAMIENTO I ALMACENAMIENTO DE PRODUCTO TERMINADO (COCO RALLADO SECO) ENVIO DE PRODUCTOTERiMINADO 10 I " CAP I T U L 0 3 E S T U D I OD E MERCADO 3 E S T U D I OD E MERCADO D E L COCO RALLADO SECO. 3 . 1 MERCADO D E L COCO RALLADO SECO. El coco rallado seco es un producto en el cual basan su -4 economia diversos paises como Malasia, Filipinas y Sri Lanka, en los cuales la produccidn de la materia prima (coco-fruta) es elevada y a la vez son los principales exportadores de coco seco en el mundo. Existen ciertas industrias que utilizanel coco rallado seco como materia prima para s u s procesos, tal es el caso de las i n d u s t r i a s a l i m e n t i c i a s q u e lo u t i l i z a n c o m o i n g r e d i e n t e principal en cereales, galletas industrias aceiteras y y Culces; tambien se usa en las en la produccidn de jabdn. El coco seco es la fuente principal en .la produccidn de I aceite de coco, ademds de ser fabricacidn de crema comestible la m a t e r i a p r i m a p a r a la . Los aceites y grasas del coco no sdlo se circunscribenen s u caso a la alimentacidn humana, sino que ademas se utilizan como materia prima en la industria no alimentaria, para la fabricacidn de diversos articulos como jabones, emulsiones, detergentes. cosm6ticos, etc. El u s o del aceite del coco en el uso de la dieta humana, la adquirid con la elaboracidn d e proceso de hidrogenacidn. 91% de la manteca vegetal mediante el El aceite d e coco contiene &cidos grasos saturados, su inconveniente 11 del es 86 al que no - contiene Acidos grasos esenciales como el dcido linoleico, siendo esta ausencia la dnica limitacidn en su uso. En el Ambito industrial, el aceite de coco escala en la industria jabonera, y es fuente de una amplia gama de otras aplicaciones industriales. Se utiliza de plastificantes I y para autombviles y se usa en gran en la produccibn en la fabricacidn de vidrios inastillables aviones; tambien como fuente de materia prima en la fabricacidn de resinas sintCticas, suceddneos dei caucho, en la industria del papel, de tintes para tejidosy en otros usos industriales y militares, derivando su preferencia de las caracteristicas de l o s Acidos grasos que le constituyen. / En nuestro pais, se ha desarrollado una tecnologia elaboracidn de crema en la de coco como ingrediente en reposteria y bebidas cuyo mercado se est& desarrollan'do rdpidamente. Finalmente se utiliza la pasta de coco en la alimentacidn animal, como ingrediente solicitado por l o s productores de carne. 3.1.1 SITUACION EN MEXICO. Actualmente en MCxico no hay industrias que se dediquen al proceso del secado de coco.El proceso se realiza por mCtodos muy rudimentarios, es decir la copra se seca al intemperie en grandes superficies de tierra. Mediante este proceso no existen medidas de higiene y de control de calidad. Ademas totalmente de las condiciones atmosfCricas de de que se depende la regidn, ya que en caso de huracanes o intensas lluvias, la produccidn del coco seco disminuye. Es el caso de algunos estados como Guerrero 12 que debido a esto no produce el coco seco necesario para abastecer a las diferentes industrias, siendo necesario importarlo de otros paises, como Filipinas. Suponemos que la creacidn de una industria que se dedique al secado del coco rallado tendria buenos resultados,al producir un coco seco con miis higiene que se utilizaria en las industrias de los alimentos necesarios y que ademds cubriria l o s requerimientos de calidad (humedad,higiene,aspecto, estabilidad)queexija cada industria. 3 . 2 IMPORTACION Y EXPORTACION DEL COCO SECO / De los datos obtenidos del "Anuario-Comercio de la 44 (1990), se encontrd que México no exporta, FAO" vol. ni importa coco seco, l o que significa que la produccidn anual que se tiene cubre las necesidades de las industrias y pequeños comercios que utilizan el coco seco como materia primaen s u s procesos. 3 . 2 . 1 VOLUMENES 1 DE IMFORTACION DE coco DESHIDRATADO. TONELADA METRICA = 1 0 0 0 KG. MUNDO PORCENTAJES I Africa Norte y Centro-Am6rica 1.52 Sudamkrica 1.97 1 9 8 81 9 9 0 1989 (%) l . 45' 2.20 2.79 29.17 34.97 24.72 1.33 (%I (%I Asia 18.08 18.75 19.31 Europa 43.25 45.42 45.21 6.72 6.69 6.45 Oceania MUNDO VOLUMEN-DOL/T.M. 1988 VOL _ -DOL/T.M. (T." .. 2438 Africa . 1 - 2388 1989 VOL -DOL/T,M, (TOM.) 3845 - 3121 1990 VOL -DOL/T.M. (T.M.) 4987 - 6606 48846-51038 43608-37854 Sudamerica 2240 3455 Asia 30282-27431 32745-26968 34495-27421 Europa 72411-71142 79309-68750 80742-68529 Oceania 11197-9166 11637-S966 114S4-8382 N. y C. Amdrica - 2514 - 3215 44159-39360 2723 - 2244 ___ IMPORTACION DE COCO SECO AFRICA N.C.AMERICA SUDAMI%CA ASlA PAISES VOLUMEN DE IMPORTACION DE COCO SECO 1988 1989 1990 F -" r 80000 60000 1 - IC I ...... .............. 40000 2 m O AFRICA N.C.AMERICA SUDAMERICA ASlA PAISES 15 3.2.2 VOLUMEN DE EXPORTACION DEL COCO MUNDO DESHIDRATADO. PORCENTAJES 1988 1989 1990 (%I (%I (%) Africa 3.77' 3.89 4.09 N.C. America 0.89 3.48 3.73 Sudamerica 0.02 0.01 0.46 90.69 88.45 87.16 Europa 4.37 4.08 4.43 Oceania 0.26 0.09 o. Asia 1989 1988 1990 16 11 MUNDO VOLUMEN-DOL/T.M. 1989 1988 - VOL 'T87Mo.d - Africa N.C. America Sudamerica 1585 37 - .- DOL/T.M. VOL 7765 Europa Oceania - VOL -DOLIT". 4800 7(253"-) 4 7 3 4 75(JGM. 1335 6826 - 1981 6841 - 2338 19 - 90 845 - 481 90 161101-131715 Asia -DOLIT.M. 173380-126619 159748-115388 - - 8669 - 145 8014 8716 4 4 9 1-3 54 1 0 '4600 87182308 1-7 81 3 0 En Africa el principal importador de coco seco es, Sudafrica con el 6 1 . 5 2 % del volumen total de importaciones de Africa. principal y 21 tinico exportador es Costa de Marfil. En America el principal exportador de coco secoe s Repdblica Dominicana con los siguientes porcentajes: 9 3 . 7 5 % ; 1 9 9 0 - 9 3 . 5 5 % . El precio promedio de 1988-63.09% ; 1989- la tonelada metrica de coco seco es de $ 4 2 1 . 8 7 5 dol/t.m.. En este caso Repdblica Dominicana basa gran parte s u economia en el cultivo de coco, ya q u e tambikn exporta coco-fruta. En cuanto a Mexico solo exporto coco seco en 1988 con un 1 6 . 7 1 % de la produccibn de Norte y Centro America, el restante lo export6 Repdblica Dominicana, en cuanto a la produccidn mundial con tan solo el 0 . 1 5 % , siendo el principal exportador Filipinas con un 5 0 % de la produccidn mundial total. 17 del mundo El p r i n c i p a l i m p o r t a d o r d e c o c o s e c o e n N o r t e los America es Estados Unidos de Norte America con porcentajes: 1988-84.89% Unidos cotiza el y Centro siguientes ; 1989-86.’18%; 1990-84.10%. Estados coco seco en un precio promedio de $946.4 dol/t .m. EXPORTADORES PRINCIPALES DE COCO SECO MALASIA FIUPINAS PAIS 18 SKI LANKA En cuanto a Asia, los principales exportadores son: PROMEDIO PORCENTAJES PRECIO 1990 1989 1988 (-%1 Malasia 115.8113.14,11.36' 16.3- (%I (%I dol/T.M. . Fi 1ipinas 373.47 40.68 54.50 54.67 13.91 Lanka Sri 25.02 158.7033.15 EXPORTADORES DE COCO SECO PRECIOS @OLAR/TONELADA"RICA) 373.47 Todos los datos mencionados anteri.ormente son tomados del "Anuario-Comercio de la FAO", v o l . 44 ( 1 9 9 0 ) . 19 I 3.3. USOS Y USUARIOS Como ya se explico anteriormente, los principales usuarios son las industrias galleteras, jaboneras continuacidn se dan y aceiteras. A los datos de requerimiento del coco seco en cada industria: 3.3.1 INDUSTRIA GALLETERA (GAMESA S.A.) VALOR TOTAL DE PRODUCCION VARIACION (MILLONES DE PESOS) 1990 EN PORCENTAJE 1991 MARZO FEBRERO 106604 129563 130831 - MARZO 22.7% VALOR TOTAL DE VENTAS (MILLONES DE P E S O S ) 1990 MARZO - 1.0% VARIACION EN PROCENTAJE 1991 FEBRERO A Ñ 0 ANTERIOR ANTERIOR MES ANTERIOR MES - AÑO ANTERIOR MARZO 102592124890132932 -6.0% 20 21.7% 3.3.2.INDUSTRIA JABONERA (MARIAN0 SALGADOS.A.) En este caso se contacto a una fdbrica de jabdn de alto nivel industrial. La planta se llama Mariano Salgado S.A. que es considerada una de la m i l s modernas en America Latina en la produccibn de jabdn, comparable con cualquiera de Europa, Estados Unidos d Canadd. Esta industria cuenta con alta capacidad de distribucidn, maquinaria competente, buena estructura (control de calidad, control de sanidad). En cuanto a la produccidn de jabbn se necesitan dos tipos de grasa, una animal y una vegetal. Normalmente se utiliza como grasa vegetal ajonjoll, cZlrtamo y principalmente aceite de coco. El aceite de coco es muy atil ya que contiene un elevado indice de saponificacibn y bajo porcentaje de yodo (8-10) debido a sus Acidos saturados de bajo peso molecular. Tiene excelentes propiedades espumantes para el jabbn, detergentes biodegradables, cosmkticos y demAs. L a cantidad que necesita esta industria es: Requerimiento de coco rallado seco: 500 ton/mes Requerimiento de copra: 1000 ton/mes Requerimiento de coco-fruta: 1500 ton/mes 21 __ 3.3.3.INDUSTRIA ACEITERA El aceite de coco ocupa el cuarto lugar en produccidn en volumen dentro del mercado mexicano de aceites. El aceite de coco se obtiene 63-68% de aceite y del coco seco y que contiene una humedad de 4.0 a 7.0% . Este aceite se extrae por presidn o prensado. En comparacibn con cualquier otra grasa e s la que mbs se produce en el mundo. El aceite de coco tiene un alto contenido de Bcidos grasos de bajo peso molecular. El aceite de coco se utiliza para la fabricacibn de productosalimenticioscomomargarinas,betunes,confiteria y para la fabricacidn de productos no alimenticios como jabones y detergentes. PRODUCCION Y CONSUMO DE ACEITE 1985-1991" MILES DE TONELADAS AROS PRODUCCION CONSUMO 1985 105.6 105.6 1986 109.6 110.6 1987 104.6 104.6 1988 115.2 125.2 1989 84.1 103.1 1990 101.S 103.1 1991 79.1 103.1 3.4 De PRODUCCION Y CONSUMO DE LA MATERIA PRIMA laproduccibnnacionaldelcoco,sedestina aproximadamente el 9 0 % a la produccibn de copra y el 10% restante para fruta fresca y otros usos. La produccidn de copra se destina en su mayoria a la industria aceitera. Se estima que el 60% de la produccibn s e utiliza en la fabricacibn de jabones y el 40% restantes para usos comestiblesy reposteria. S e g h reportes de las delegaciones de las principales zonas productoras, el destino de productores. la produccidn se da de la siguiente De la produccidn total de Michoacán, destina al estado de Colima y el 8 0 % se el 2 0 % restante al estado de Jalisco. En Tabasco, cinco asociaciones agricolas locales y una unidn regional de productores de copra controlan su distribucidn; a trav6s de estas organizaciones se destina la produccidn empresa " a la Oleaginosas del Sureste". Campeche vende SE produccibn a establecida en el estado d e YucatAn. 23 la "Hidrogenadora Yucatecal', , 3.4.1 Costos de produccidn y precios de venta 3.4.1.1 costos Las delegaciones de los principales estados productores reportaron los siguientes costos de produccidnpor hectArea: """_"""""""" Costo tad0 por HA Es (Pesos ) """""""""""""""""""""~""""-""""----GUERRERO 1 072 802 COL I MA 2 067 200 TABASCO 1 312 029 M I CHOACAN 1 3 5 0 O00 CAMPECHE 3 059 918 .................................. Ref.21-22. 3.4.1.2 Precios la copra, Hasta 1989 se fijaron precios de garantia para estableciendose en ese año obstante, reportes de 1 100 O00 pesos por tonelada. las delegaciones informan que No los precios medios rurales siempre estuvieronpcr debajo de la garantia. Asimismo, reportaron que los el precio que recibieron productores en 1990, fue entre 650 p 7 8 0 mil pesos por tonelada, no obstante de pesos. Para haber convenido u n precio concertado de 1991, el precio de la tonelada de copra 800 mil a pie de industria para el estado de Tabasco es de9 5 4 mil pesos. A nivel internacional ddlares la caja de 20 piezas que el aceite de coco crudo los precios del coco fruta son de ( 9 al 2 de octubre de 19911, mientras se cotizo a 507.06 ddlares por 24 r -r -r "r E 25 I tonelada en el mercado de Nueva Orleans 9al 30 de septiembre de 1991). 3.4.2 Superficie y Rendimientos Para 1991, el programa nacional agricola dio una superficie de 1 4 15 1 6 hectbreas, 14.8% inferior a la programada en 1990. El estado de Guerrero, principal productor de copra tiene una superficie cosechada de 8 0 2 0 4 hectbreas, lo que significa 56,6% de la total a nivel nacional. 3.4.3 Produccidn y consumo P a r a 1 9 8 9 , el 7 3 . 1 % d e la p r o d u c c i d n s e c o n c e n t r o e n Guerrero, Colima y Tabasco. Estos tres estados tuvieron en conjunto, un vollSmen de produccidn de 104167 En 1 9 9 1 se obtuvo un toneladas. de 134 109 volirmen de produccidn toneladas de copra, 22% menos que la de 1990. 1989, Respecto al consumo, se obtuvo para los años de 1990,1991, 103 mil toneladas anuales, por lo que fue necesario para satisfa-cer la demanda interna , i m p o r t a r volttmenes considerables. PRINCIPLAES PRODUCTORES DE COPRA -"""""""""""""""""""""""""~""""""SUPERFICIE RENDIMIENTO ESTADO PRODUCCION ( KG/HA) (HAS) ( TON ) ................................ GUERRERO 928 80204 TABASCO 1000 261,65 26165 1005 10663 10714 OAXACA M I CHOACAN 11772 CAMPECHE JAL I SCO I 985 11950 7200 1762 """"""~""""""""--"""""""""""""~"" Ref.21-22. 26 694 5000 1600 2819 Unidos 3.4.4 Importaciones del coco como materia prima En los años de 1989 1990 se tienen datos de que los paises y y que importan m a y o r cantidad de coco s o n Estados Unidos Fi 1 ipinas. Importacidn 1989 Importacidn """"""""""""""""""""""""""""""""- 1990 comercial comercial valor valor (ddlares) (ddlare """"-""""""""-~"""-""""""""~""""""" cocos Alemania Federal Estados Unidos. Fi 1 ipinas 20,112 20,1 '12 20,109 3 20,18 -------------"-""~"""""""""""""""""""""" Ref.21-22. 3.4.5 Exportaciones del Coco Estados Unidos es uno de los "- paises que exporta mayor cantidad de coco a otrospaises, Exportacibn 1989 Exportacih 1990 """"""""-"""""""""""""""""""""""" valor comercial (ddlares) --"""-""""""""~""""""~""""""""""""" cocos Estados 484,758 Argentina Alemania Fed. Ecuador valor comercial (ddlares) 765,606 736,980 20,066 7,737 562 520,377 35,619 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " ~ " " " " " " " " Ref.21-22. Como se observa en las d o s tablas anteriores MCxico no aparece ni como pais importador ni éxportador de coco. Aqui la I produccidn de coco se utiliza parae l abastecimiento interno y en \ O u O u awz O G 4 z O k W O u 3 . 4 . 6 Principales Problemas Entre los principales problemas en el cultivo de la copra destaca l o siguiente: A) En la produccidn -Poco conocimiento en efectos de la forma de combatir las plagas tales como el y enfermedades de y la presencia la palma de coco, "Amarillamiento letal del cocotero", la enfermedad conocida como "Anillo rojo", la plaga "Acaro'l, entre otros. -Minima realizacidn de labores culturales. -Baja densidad de plantas por hectares. -Escasez de crCdito para realizar las labores del cultivo y baja inversidn. / -Infraestructura deficiente y baja tecnologia. -Declinacidn de la productividad p o r plantaciones viejas y material gendtico inadecuado. B ) En la Cornercializacidn -Bajos precios de venta. -Excesivo Intermediarismo. -Falta. de o r g a n i z a c i dein.n f r a e s t r u c t u rdae industrializacidn y acDpio. -Exceso de importaciones de aceites sucedaneos. 3.4.7 Posibles Soluciones -Programas de rehabilitacicjn , mantenimiento y reposicidn considerando los factores limitantes, .para aumentar rentabilidad y competitividad. -Estimular produccibn y la capacitacidn para comercializacidn. la organizacidn en la -Desarrollar y promover uso de variedades resistentes. -Programa integral de manejo de plantaciones (tecnificacidn, f e r t i l i z a c i d n , p r o d u c c i d n d e v a r i e d a d e s r e s i s t e n t e sy productoras). -Establecer convenios entre productores -industrialescomerciantes-gobierno federal para establecer mecanismos de concertacidn en busca dela solucidn miis adecuada. -Plan de fomento de desarrollo y cultivo de cocotero y su industrializacidn. 3 . 5 Capacidad y ubicacidn de la Planta. Nuestra planta de secado de coco rallado esta proyectada proyectada para producir 500 Ton/mes, en base al estudio de / m e r c a d o , p a r a a b a s t e c e r el r e q u e r i m i e n t o d e l a fiibrica d e jabones. Para satisfacer nuestra demenda nuestra planta esta localizada de materia prima (cocos), a 15 minutos del municipio de San marcos, en el Estado de Guerrero. San Marcos se encuentra a 60 minutos en coche del puerto de Acapulco. Se selecciono este lugar como se mencionard mbs adelante, por la cercania de’grandes productores de cocosen la regidn d e Guerrero. CAP I TUL0 4 TRABAJOS DE INVESTIGACION '. TRABAJOS D E INVESTIGACION (PARTE EXPERIMENTAL) 4 Los trabajos de investigacibn y la parte experimental del desarrollo del proceso para el secado de coco rallado en un lecho fluidizado involucra la siguiente serie de objetivos. 4.1 Objetivos. 4 . 1 . 1 Bdsqueda del tamafio de particula. Se requiere encontrar un tamaño de particula de coco, ideal para poder secar en un sistema por lotes y en uno f.luidizado, e l en el objetivo aqui es tener una particula que sea manejable proceso y que requiera el menor tiempo de secado posible. Para mayor detalle ver Apkndice A.l 4 . 1 . 2 Pruebas de humidificacidn de muestras de coco seco. La humedad del coco rallado seco es en promedio3.0% y para poder iniciar el proceso de experimentacidn de secado fue necesario contar con muestra hdmeda. No fue posible tener muestras frescas de coco hdmedo (contenido de 'humedad 5 0 % ) , por lo que se requirib hacer uso de muestra seca adquirida de un , almacen y realizar pruebas de tiempo de humidificacibn. Ver apCndice A . 2 . 4 . 1 . 3 Obtencidn Estas curvas comparacidn con de curvas de secado para secador de charolas son necesarias para poder tener un patrbn de las curvas de secado en el lecho fluidizado y d e esta manera poder comprobar que e l secado mediante el lecho es mas eficiente y rhpido. Estas pruebas fueron realizadas paratres temperaturas: 60, 70 y 8 0 grados centlgrados. 3.0% recordar que se busca 1 legar a un Es importante de humedad base seca de coco rallado. Ver Apendice A.3 4.1.4 Obtencidn de curvas de secado en el lecho fluidizado. Estas curvas nos indican la cindtica de secado que presenta el coco rallado, mediante estas grAficas se puede conocer la tasa de secado que va a s-er un punto btisico para iniciar el diseño del equipo que se vaa usar. El desarrollo experimental se puede ver en el Apdndice A.4 L o s resultados de porcentaje de humedad obtenidos para pruebas experiementales realizadas en el las lecho fluidizado del secado de coco rallado, fueron graficadcs en funcidn del tiempo. Las curvas confirman que existe un peribdo rapidez constante y un periddo de rapidez decreciente d e secado, tal como se present6 en las curvas del secador por realizados para lotes. Estos experimentos fueron las tres temperaturas elegidas: grados centigrados. 60, En las figuras 4.1.4.1, 4 . 1 . 4 . 2 , 70 y 80 4.1.4.3 se puede observar l a cinktica de secado en forma decreciente, temperatura del lecho a la salida, esta disninuye en y la el momento que la carga de sdlido hhrnedo es agregado al depdsito de secadoy a medida que se va secando empieza a aumen.tar gradualmente hasta llegar a un equilibrio. Para fines de diseño del secador a usar es necesario la eleccibn de u n a curva.. Si se observa bien las tres grAficas, la que presenta peribdo d e secado constante mejor definido es 32 la de 70 un grados. , ". " " TEMPERATURA (V) O a G O o o O td PE F: u w 4 O " .~ _ " _ _ _ " " , " " " " . . " " I " " " TEMPERATURA ('C) 8 o 8 N I i 34 "._-.-""-. TEMPERATURA ('C) t w 8d I I 9 3 8N j j \ 1 I t i O m ,' O d O m 35 O c4 o, O T T l 7 " " 11 GL O W ,I 8 3 O cr, O N 53 O 70 60 so 40 30 Si se observa bien las tres grlificas, la periddo de secado constante que presenta un mejor definido es la de 70 grados. Por otro lado se pretende buscar una temperatura media para no tener mucho gasto de energia, pero si poder secar el material en . el menor tiempo posible. Por lo tanto la que se va utilizar para desarrollar el diseño del proceso de secado serA la de 70 grados centigrados. Una manera de comprobacidn para saber que el aumento de la temperatura en el secador disminuye el tiempo necesario para obtener la humedad deseada ( 3 X ) , es graficar experimentales juntas. que para 80 En la figura 4 . 1 . 4 . 4 las tres corridas se puede observar grados de temperatura se obtiene mas rapidamente por ciento de humedad de equilibrio y el la curva de 60 grados requiere de un mayor tiempo que la de 70 y 8 0 grados centigrados. Lo mismo es realizado parala temperatura de salidadel lecho que puede observarse en la figura 4 . 1 . 4 . 5 . 4.1.5 Medicidn de densidades. Se midieron las densidadec, aparente y empacada del 'coco hamedo y seco para poder llevar a cabo calculos en el diseño del secador de lecho fluidizado. V e r apendice A.5. 4.1.6.AnAlisis quimico del producto. Esta prueba es necesaria p a r a saber la calidad del producto se obtenido al final del secado, espera no tener alguna alteracidn del producto como rancidez. La prueba elegida para la determinacidn de rancidez es conocida como "prueba de Kreis", la 38 _/ cual tiene como objetivo conocer el grado de oxidacidn de una grasa o aceite. La reaccidn de Kreis incluye la produccidn de un color rojo cuando el floroglucinol reacciona con la grasa oxidada en s o l u c i d n A c i d a . El c o l o r p a r e c e e s t a r r e l a c i o n a d o c o n la produccidn de malonaldehido. A pesar que es una prueba rApida y sencilla utilizada en la mayoria de los laboratorios de control su d ec a l i d a d ,s er e c o m i e n d at e n e rm u c h oc u i d a d oe n interpretacidn, pues lasfiltimas investigaciones al respecto, reportaron que se puede obtener coloracibn con aceites comparativamente recientes. realizar diversas pruebas como Es por son: % pruebadeKreis,etc.,antesde esto que AGL, dar se recomienda indice de perdxido, u nv e r e d i c t o . El procedimiento de la prueba puede verse enel apendice A . 6 . 4 . 2 Bases del diseño. La cantidad de materia prima requerida para producir1 . 5 por tonelada de coco rallado seco completos, segdn datos obtenidos de la mes es de 10000 cocos literatura. El cdlcÚlo de En base a la capacidad que tiene la p.1ant.a de produccidn de coco rallado seco, se procedib a realizar el dimensionamiento y la eleccidn de equipo necesario para cubrir esa produccidn. Se 39 ./ planed la distribucidn d e la planta y se t o m 6 en cuenta los servicios necesarios para el proceso. Se tiene la ventaja que la planta va a estar ubicada cerca del municipio de San Marcos, Estado un arroyo de Guerrero. Por donde pasa llamado "Chacalapa" que tiene un abastecimiento lo suficientemente grande para cubrir las necesidades de la planta, e s por esta razdn que la cantidad de agua requerida para proceso no es un parametro de diseño. el CAP I TUL0 5 RESULTADOS DEL DISEÑO ,,"" .:; ;:. " I ! L 5 RESULTADOS DEL DISEÑO. 5.1 DIAGRAh!A DE FLUJO. El diagrama de flujo con los balances de materia y energia mostrando las pricipales corrientes con sus caracteristicas y los equipos importantes son expuestos en la figura 5.1. 5.2 DISEÑO DE EQUIPO. 5.2.1 Turbo-ventilador. El turbo-ventilador a usar dentrodel proceso de secado vaa servir para fluidizar Los tipo el sdlido hdmedo en el cELlculos de presibn y lecho fluidizado. flujo necesarios para determinar de aparato, pueden revisarse en el el apCndice B.l.l. 5 . 2 . 1 . 1 Caracteristicas del turbo-ventilador. En base a los calculos realizados se considero el siguiente aparato: 1 ) Tamaño: N23P-20 2 ) Cat,egoria de presidn: de21 a 25 pu,lgadas de agua. 3) 4) Potencia: 20 caballos de potencia. Presidn estatica a vencer en el sistema: 4 0 pulgadas de agua. 5 ) Flujo de aire que produce: 2500.pies cdb’icos por minuto. 6 ) S a l i d a d e l a i r e d e l v e n t i l a d o r a traves del Area transversal: 8 pulgadas. 7) El dibujo representativo s e puede ver en el apCndice B.1.2. 5.2.1.2 El Lugar y costo de compra. presupuesto realizado para este equipo, fue en base a d a t 3 s p r o p o r c i o n a d o s p o r la c o m p a ñ i a ” E l e c t r o v e n t i l a c i b n industrial, S.A. de C.V.” con direccibn: Versalles 5 0 . Telkfono: 705-0481. El costo deí equipo es de N$ 10308.10 incluido un motor para mover el ventilador de 25 caballos de fuerza de dos polos y tres fases. 5 . 2 . 2 Interchiador de calor. El intercambiador de calor fue diseñado en funcibn temperatura que se deseaba alcanzar ( 7 0 grados centigrados) a la y el flujo de vapor abastecido de la caldera mas adecuada al proceso. Los cSlculos necesarios para el diseño de este intercambiador se espec€fican en el apendice B.2 5.2.2.1 Caracteristicas del intercambiador de calor. 1 calentar aire con intercambiador esta diseñado para vapor abastecido por una caldera. Flujo cruzado. Aire por la coraza. Vapor por los tubos. Tubos de d o s pulgadas nominal de cEdula 4 0 . El material del intercambiador es de acero al carbdn. Vapor de entrada a 187 grados centigrados y 1 1 . 7 5 bares de presidn, con un flujo de 4 6 lb/min. El aire se calienta de 3 0 a 8 0 grados centigrados por las perdidas de calor que pudieran existir antesde llegar a l distribuidor del lecho. La forma del intercambiador va a estar d a d o p o r el fabricante. 1 ) El 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 5 . 2 . 2 . 2 Lugar y costo de compra. El presupuesto del intercambiador es aproximado, ya que se requieren de muchas condiciones parasu instalacidn en el proceso de secado. Estos datos fueron proporcionados p o r la c o m p a ñ € a "Radiadores Monteverde 206, del Centro, S.A." con direccibn Naucalpan Estado de Mkxico. Telkfono: 5 6 0 - 5 1 3 3 . El costo del equipo aproximado es de N$ 34000.00. G. Baz 5.2.3 Secador de lecho fluidizado. La solucidn de l o s balances de materia y energia, junto con el modelo de flujo perfectamente mezclado la y cinetica de secado lo permitid dimensionar el equipo, cual se describe continuacidn. Tomando en cuenta la cantidad de sblido hllimedo se requiere para la produccidn propuesta que se va a manejar para secar y a que el flujo de aire seco el coco hdmedo. Los cdlculos necesarios para el dimensionamiento del secador puede verse en el apendice B.3.1 5.2.3.1 Caracteristicas del secador. Depbsitocilindricocon las siguientesdimensiones: 4 pies de d i h e t r o por 10 pies de alto. Se ha previsto un zona de arrastre de 6 pies de altura con la finalidad de disminuir el arrastre excesivo de particulas fuera del P a r a mayor especificaciones c o n s u l tel ar apendice B.3.2 Dimensiones de la cama del lecho L/D '= 1, es decir, 4 pies de didmetro por 4 pies de alto. Esta relacidn fue la misma que se manejd enla parte experimental. Alimentacidn: se sugiere que el coco rallado hllimedo sea transportado a la tolva de alimentacidn por medio de cangilones. El proceso es continuo y regulado por una vdlvula estrella. La descarga estard constituida por un embudo que abarcara todo el ancho del secador disminuyendo hasta una 'seccidn transversal rectangular, este extremo deberd unirse hermkticamente a un recipiente cerrado para evitar que el aire fluya con el sdlido y favorecer asi la descarga por gravedad. El distribuidor consiste de una placa perforada que permite el paso del aire de manera uniforme. Material de elaboracidn de equipo: acero inoxidable. S e nCnUr U l " V A . 5.2.3.2 Lugar y costo de la elaboracidn del secador. El costo aproximado de la manufactura del equipo se basa en datos obtenidos de la compañia "Tkcnicos en Aire, S.A. de C.V." con direccidn: Nuevo Ledn 22, tercer piso. 42 , 511-5557. Telefono: El costo aproximado del equipo es de N$ 15000.00. 5.2.4 Cicldn. El tipo de colector de polvo que se usa con mayor fracuencia es el cicldn, en donde el gas entra en un depbsito que se encuentra tangencialmente en la parte mhs alta del equipo que s e est6 usando, en este caso el secador. Los ciclones se diseñan generalmente para encontrar las limitaciones especificas 'de caida de presidn. Los ciilculos para llevar a cabo el diseño del cicldn, se describen en el ap6ndice B.4.1 5.2.4.1 Caracteristicas del cicldn. 1 1 ) Especificaciones de dimensidn del cicldn en el apendice F "4 2 2 ) Material del cicl6n: al igual que el secador, acero inoxidable. . . 5 . 2 . 4 . 2 Lugar y costo del cicldn. El Presupuesto se basa en la misma compañia en donde se se puede mandar a construir el secador. El Costo de manufactura del cicldn es aproximadamente de N$ 5000. O O . 5 . 2 . 5 Picadora. La picadora e1,kgida para este'proceso cumple caracteristica principal de producir deseado, que se la el tamaño d e particula requiere en este proceso. 5 . 2 . 5 . 1 Caracteristicas de la picadora. 43 con 1 ) Produce un tamaño de particula promedio de 2 mm. 2 ) Capacidad de produccidn: 1 tonelada y media por hora. 3 ) Las dimensiones y caracteristicas estdn dadas por el fabricante. 5 . 2 . 5 . 2 Lugar y costo de compra. La cotizacidn de la picadora se obtuvo en "Central de maquinaria de Hidalgo, S.A. la compañia de C.V.", con direccidn: Goethe 1 4 0 . Telefono: 254-1420. El costo del equipo se cotizd en N$ 1090.00. 5 . 2 . 6 Refrigerante para El producto a aproximada de 60 el producto. la salida del lecho viene a grados centigrados, por una temperatura lo que se requiere alcanzar una temperatura de 2 5 grados para poder ser empaquetado. ... - Ver apendice B.5. 5 . 3 LISTA DE EQUIPO AUXILIAR. 5 . 3 . 1 Caldera. La caldera que se va a usar se eligib en base al flujo de vapor producido, ya que este sirvid de pariimetro 'para el diseño del intercambiador de calor. 5.3.1.1 Caracterlsticas de la caldera. Caldera Cleaver,Brooks,modelo CBH-80. caballos de potencia. Capacidad nominal de 1252 kg/hr. Eficiencia total 80.71% 5 ) Consumo de combustible 9 0 . 8 4 lt/hr. de diesel. 6) Temperatura de salida 187 grados centigrados. 7 ) Presidn de vapor 11.75 bares. 1) 2) 3) 4) S ) SO La compra de esta caldera incluye los siguientes servicios: ventilador, bomba de combustible, bomba de 44 al i m e n t a c i b n d e a g u a , q u e m a d o r , t r a n s f o r m a d o r d e ignicidn, circuito de control electrdnico, celda fotoelkctrica de deteccibn de flama, control de nivel de de agua, mandmetros, termdmetros y dispositivos de seguridad. 9 ) Dimensiones generales y caracteristicas en el apdndice c.1. 5 . 3 . 1 . 2 Lugar y costo El precio de de la caldera. la caldera se obtuvo de la compañia "Equipos industriales S.A. de C.V. -Selmec-" con direaccibn: Manuel Ma. Contreras No. 2 5 . TelQfono: 566-3600. El costo total de la caldera es deN$ 54000.00. 5.4 LISTA D E ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS DEL PROCESO. 5.4.1 Bomba. Se utiliza una bomba para suministrar la solucibn de lava36 y desinfeccidn del coco hl3medo. La bomba requeTida para suministrar la cantidad necesaria para cubrir de 1 6 0 0 rpm. y con una velocidad de fabricante proporcionara el poder el flujo total es 20 m/seg de flujo. El tipo de bomba que cumpla con estas especificaciones. La cotizacidn de la bomba es aproximadamente deN$ 1200.00. 5.4.2 Se Bandas transportadoras. van a requerir 100 metros de bandas transportadoras en todo el proceso. Las bandas elegidas son de l a marca Koroseal, de 30 centimetros de diametro, l/8 de espesor, con tres capas textil de nylon, lonas protegidas por u n hule (neoprkno) para soportar e l aceite. El precio por metro es de N$ 7 8 . 7 0 , 45 que dan un gasto total de N$ 7 8 7 0 . 5 0 . 5.4.3 Sierras de cinta. Para evitar mano de obra, que cortan 30 se pens& en usar sierras d e cinta cocos por minuto. El esquema del aparato se presenta en el apendice D.1. El costo de cada sierra es de aproximadamente N$ de 1000.00, se requiere el uso de coco necesario, en 6 sierras para poder cubrir el flujo de seco la produccidn de coco rallado Lo que da un gastototal de N$ deseado. 6000.00. 5 . 4 . 4 Tuberias. " La cantidad de tuberias requeridas principalmente para calderas hasta el para el proceso son transporte de vapor desde el intercambiador. Otro uso el cuarto de impoTtante es en el lavado de copra. Se calculd aproximadamente un gasto de N$ 1000.00 para el proceso. 5.4.5 Recipientes de lavado de copra. El diseno de estos recipientos se describen en D.2. Para este proceso de lavado se van a el a p h d i c e necesitar 10 recipientes, que van a dejar caer una solucidn de propianato de calcio sobre la copra,'a un flujo de0 - 0 6 metros clibicos por minuto, entre todos l o s recipientes. 5 . 5 EQUIPO DE 5.5.1 LABORATORIO. Espectrofotdmetro. El espectrofotbmetro va a s e r utilizado para realizar pruebas de rancidez del producto terminado. El costo de este equipomodelo Statars de marca Guilfore es de alrededor deN$ 9 0 0 0 . 0 0 5 . 5 . 2 Balanza de humedad. Esta balanza va aservir para checar quese haya alcanzado el 3% de humedad en el producto terminado. Esto va a servir para saber si el proceso esta trabajando a su capacidad, o si existe algrin problema en el secado. El costo aproximado de la balanza es deN$ 2000.0.0. 5.6 PLANEACION DE PLANTA. 5 . 6 . 1 Espacio necesario. El Area superficial necesaria para poder construir la planta es de 10000 metros cuadrados. Este terreno incluye los espacios destinados para: Espaciodestinado a la linea del proceso. 2 de materia Almackn prima. 3 producto Almackn de terminado. Area de operaciones (descarga de materia prima y de carga producto). Espacio destinado a oficinas, -comedor, laboratorio y baños. deEspacio estacionamiento. Areas Areas libres. 1 . 370 m22 100 m2 . 625 m 1944 m2 400 mi 1200 m2 1180 m 4181 m2 Para la descripcibn de la distribucibn de la planta ver el apbndice E.l. 5 . 6 . 2 Ubicacibn. L a planta se va a construir en un terreno ubicado a 15 minutos del municipio de San Marcos, Estado de Guerrero. Se puede . I . , . -..-,.:L. . '"', L ' "". "".".." ~-..- llegar a este lugar facilmente, tomando la carretera que va de a 60 Acapulco a Pinotepa Nacional. San Marcos se encuentra minutos en coche de Acapulco ; el lugar destirrado para la planta esta a 15 minutos de San Marcos por la misma carretera , tiene un letrero que dice "Impulsora Cocotera de Guerreo". y Ver apéndice E.2 Las razones de la eleccibn de este lugar son: 1 ) En este lugar, s e g h informacidn proporcionada por u n habitante de la regidn, se pretendia construir un proceso de secado de coco9 sin embargo no se llevd a cabo p,or razones desconocidas. 2) Otra razbn muy importante, es que en esta regidn de guerrero se produce la cantidad de materia prima suficiente para que este proyecto resulte redituable. 3) Como el coco contiene un econdmico procesar 5 0 . 0 % de humedad, resulta mAs el coco y transportarlo * a l lugar de compra, esto implica transportar la tercera parte del peso original del coco natural. Si la planta se instalarh en un lugar mhs lejos del lugar donde se encuentra la m a t e r i a p r i m a el transporte resultaria mucho mhs caro. 5.6.3 Costo del terreno. Segdn informacidn que se utilizaria para de un habitante.de 1a.regibn el terreno la planta es muy barato, puesto que tiene huertas de palmeras. Se estima un costo de metro cuadrado, lo que nos da un costo total de N$ N$ 1.00 10000.00. no por . CAP I TUL0 6 PERSONAL NECESARIO: NUMERO, POSICION;. SUELDOS 6 Personal necesario :numero, pasicion, sueldos 6.1 Organigrama de la planta. Asamblea de Accionistas 1 I Consejo de administration Director Genetal I Gerente- 49 . 6 . 2 Personal necesario: Ndmero, posicidn, sueldo mensual. Sueldo (N$)\mes Personal 10 O00 Director General Gerente General 7 O00 Contador 2 500 Lic. en Administracidn 1 O00 ( 2 ) Ayudantes de Ventas 1 O00 Secretaria 1 500 Ejecutiva (2) (20) 800 Secretaria ( 2 ) Supervisores de planta ( 1 . Q ) I * 4 O00 ( 1 0 Trabajadores /turno) de almacCn 400 * ( 6 ) obreros de cortado 400 ( 4 5 ) obreros de despulpado 400 ( 5 ) obreros de seleccidn 400 * * * (6) (4'5) (5) de copra ( 2 ) operadores de rallado 400 (3) 800 operadores de secado ( 2 ) operadores de caldera 800 ( 2 ) obreros de empaquetado 400 ( 5 ) cargadores de almacen 400 Total de sueldo = N$ 65 200 / Mes * * * * * (2) (3) (2) (2) (5) ( 1 2 mes) = N$ 7 8 2 4 0 0 . Total de Trabajadores = 1 0 0 . "C. * - " " L " CAP I TUL0 7 INVERSION TOTAL 7 INVERSION TOTAL P a r a c o n o c e r el b e n e f i c i o d e n u e s t r o p r o y e c t o s e calculan a continuacidn diferentes terminos contables y administrativos, que nos proporcionan finalmente la tasa interna el de rentabilidad del proyecto, la cual nos garantiza si proyecto es viable o no. Se debe dar una advertencia primeramente, ya que estos cAlculos se hicieron con las pocas herramientas de economia y administracidn que se nos did durante nuestro años de estudio, por lo que el estudio econdmico se realizo de fina forma muy general. 7.6 Inversidn Fija. La inversidn fija esta definida como que se utiliza para la cantidad de dinero la c o m p r a d e a c t i v o f i j o t a n g i b l e , entendiendose como activo fijo tangible a aquellos bienes derechos a favor de que y la entidad que tienen cierta permanencia y se han adquirido con el p r o p d s i t o d e u s a r l o y n o de venderlos, son inversiones a largo plazo. La distribucidn del activo fijo se dio de manera : Activo Costo (N$) Terreno Obra general Ventilador con motor. Estructura del cicldn con el secador. 10 O 0 0 2 0 O 0 0 O00 10 3 0 8 . 1 20 O 0 0 la siguiente Activo (N$LCosto 54 O00 Caldera 7 870.5 Bandas trans. Picadora 1 O90 Espectofotometro 9 O00 Bomba 1 200 Tuber ias 1 O00 6 Sierras 6 O00 Por lo tanto con la compra de estos activos fijo: La Inversibn Fija = a la suma de los activo fijos. INV F I J A = N$ 2 01 5 44 6 8 Para pagar la inversibn fija proponemos que prbstamo de crbdito refaccionario, los bancos a empresas se pida un el cual es proporcionado que deseen pagar sus activos fijos por o la inversidn fija, este prQstamo incluye un costo promedio porcentual. Se calculo el pago de anualidades del prQstamo a una tasade inter6s del 1 8 % a c t u a l m e n t e e n l o s b a n c o s y s e o b t u v o el siguiente diagrama de flujo de efectivo, para pagarlo í aO años: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 r"-i"i-"t"-i"-l"-i"-b"-~"-i"-~"-~ I I JN$ A A A 2 01 5 44 6 8 . 6 = N$ 1 5446 8 . 6 (A/P, 1 8 % , 5 ) = N$ 2 01 5 44 6 8 . 6 * 0.22251 = N$ 4 4 8 4 5 7 0 . 8 . 10 .__ " I """" , , 7 . 2 Capital de Trabajo. Ll capital de trabajo esta constituido por circulante (facilrnente convertido en dinero) el a c t i v o el pasivo y circulante. de trabajo lo constituye el invertario de Nuestro capital materia prima, el pago de l o s sueldos del personal, el pago de energia elCctrica y las anualidades del prestarno de la inversidn fija. Cap Trab = Sueldo + Energia + mat. prima + anualidades El capital de trabajo anual es: I Cap Trabajo =N$ ( 7 8 2 4000+ 120 O00 + 9 O00 O00 + 4 484 570.8) Cap. Trabajo = N$ 1 4 8 6 9 7 0 . 8 7 . 3 Ganancia Anual o Tasa de Retorno. En base a la produccibn de 500 Ton/Mes de coco rallado seco, s e obtienen las ventas de la siguiente manera: , Ventas = 500 Ton/mes ( 1 0 0 0 Kg / 1 Ton) = N$ 1 500 = N$ O00 (Pi$ 3 / 1 Kg) /Mes. 18 O00 O00 /anuales. La utilidad o ganancia anual en los primeros, afios es: Utlidad bruta (anual) = ventas = N$ 18 - Capital de trabajo anual. O00 O00 = N$ 3 613 0 2 9 . 2 53 - N$ 14 3 8 6 9 7 0 .8 Para obtener la utilidad neta o ganancia neta, es necesario quitarle a la utilidad bruta el pago de los impuestos sobre la renta que son de un 10% de la utilidad bruta. Impuesto sobre la renta = 0 . 1 = 0.1 * * utilidad bruta 3 613 029.2) (N$ = N$ 361 3 0 2 . 9 2 Utilidad Neta = Utilidad bruta = N $ 3 6 1 30 2 9 . 2 - Imp sobre la renta - N$ = N $ 3 2 5 17 2 6 . 2 8 3 6 13 0 2 . 9 2 (Ganancia anual). La tasa de recuperacian viene dada por la s i g u i e n t e relacibn: ." TR = Ganancia / Inversidn (capita! d e trabajc) TR = N$ 3 2 5 17 2 6 . 2 8 TR / N$ 14 3 8 6 9 7 0 . 8 = 0.226 = 22.6% La tass de retorno es de 2 2 . 6 % , por lo que nuestro proyecto ya se puede decir que es rentable inter6.s de los bancos. 54 que sobrepasa la tasa de BIBLIOGRAFIA 1.- Pereira Pacheco Fabiola. "MANUAL D E ALIMENTOS D E ANALISIS FISICO-QUIMICOS" Universidad Autbnoma de Yucatan, Ediciones Yucatan MCxico 1g88. 2.- Thomas Juan J. "LAYOUT Y MANTENIMIENTO DE LA PLANTA" Rucldell Reed Jr. Argentina 1971. 3.- "FOOD DEHYDRATION". VOL. 1 2a. Ed. The AV. Publishing Company INC. Westport, Connecticut, 1973. 4.- 5. "CODE OF FEDERAL REGULATIONS, FOOD AND DRGUS" Published by the office -of the federal register. - "FOOD CHEMICAL'S 6.- CODEX" 3A. ED. National Academy Sciences. Washington 1981. "THE MERCK INDEX (AN ENCYCLOPEDIAOF CHEMICALS, DRUGS AND BIOLOGICALS)" 11A. ED. U.S.A. 1989. 7 . - Desrosier Norman W. "CONSERVACION D E ALIMENTOS" 2A. ED. Ed. Continental. MCxico 1 9 8 4 . 8.- 9.- Waldie B. "SEPARATION AND RESIDENCE OF LARGER PARTICLES IN A SPOUT-FLUID BED" The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 7 0 , October, 1992. Rhodes M. J., Laussmann -P. STUDY OF THE PRESSURE BALANCE AROUND THE LOOP OF CIRCULATING FLUIDIZED BED" The Canadian Journal of Chemical .Engineering,Vol. ?O, August, 1992. ''-4 55 A Viswanathan K. 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Por esta razdn fue necesario cortar el coco a diferentes tamaños. Una vez cortado se procedid a tamizarlo con un aparato tamizador ( f i g u r a Al.1). L o s tamaños de los tamices usados, son siguientes: # de tamiz abertura 6 8 10 16 de la malla (mrn) 3.36 2.38 1.68 1.00 " F i g u r a A1.1 Aparato tamizador. 1 los La razdn de usar este ndmerode tamices, es queel tamafio de particula a obtener en ellos es pequeño y esto permite tener una mejor fluidizacidn en el lecho. Despues de obtener estos cuatro tipos de tamaño, s e observd que para los dos primeros no se obtenia un tamaño muy uniforme, ya que el coco con el que se estaba trabajando (coco rallado seco adquirido industrialmente) se encontraba en tiras. Las particulas obtenidas en el tamiz mas chico eran demasiado pequeñas. Por lo tanto la particula elegida fue la de 1 . 6 8 mm de diAmetro. Este tamaño es manejable y presenta un Area apreciablemente grande para ser humidificada. E s importante mencionar que para llevar a cabo la parte experimental, se disponia de coco rallado seco, el _ _ cual se necesitaba humedecer para volver a secar. Es por esta circunstancia que el tamaño de particula elegida es adecuada. 2 ., . . .. APENDICE A.2 PRUEBAS DE HUMIDIFICACION DE MUESTRAS COCO DE SECO. Para poder 1 levar a cabo un secado del coco h h e d o (copra) fue necesario humedecer muestras de coco seco. Para esto se requiere saber la cantidad de agua que necesita cierto peso de sdlido seco para alcanzaruna humedad de 5 0 % base hhneda (humedad que presenta el coco natural). El calculo para encontrar este dato balance de humedad de se realizd mediante un la siguiente manera: Masa inicial: Humedad inicial (base htlmeda): Masa del sdlido seco: Humedad final deseada 10.00 grs. 3.3 % 9 . 6 9 grs 50.0 % 1) Contenido de humedad inicial = 0.033/(1-0.033) = 0 . 0 3 4 gH;O/g.s.s.* 2 ) Contenido de humedad = 0.5/(1-0.5) 3 ) Masa final = 1 gH,O/g. S . S . de agua necesaria para alcanzar el 5 0 . 0 % de humedad. M(H20) = 9 . 6 9 = 9.36 S.S.( 1 gH,O/g.S.s. g Ha0 - 0.034 gH,O/g.S.S.) D e esta manera se puede observar qup_ para 10 grs. de sdlido seco se necesitan 9 . 3 6 grs. de agua para alcanzar el 5 0 . 0 % humedad. E s importante mencionar que a medida que se relizaron de . varias pruebas, la cantidad de agua agregada fue la misma que se tenia de coco seco, 'esto nos daba 1a.seguridad de alcanzar humedad deseada. * gH,O/g.s.s. = gramos de agua entre gramos de sdlido seco. 3 la otro f a c t o r i m p o r t a n t e e s el c o n o c i m i e n t o d e l t i e m p o requerido de humidificacidn del coco rallado seco para llegar al porcentaje de humedad deseado, para esto se realizaron diferentes pruebas de humidificacidn a diferentes tiempos. Los resultados obtenidos son los siguientes: tiempo de humidificacidn (hrs) porcentaje de humedad 3 4 ..o 44.0 44.3 45.4 48.0 51.5 Por lo tanto el tiempo necesario para deseada es de seishoras. alcanza!: la humedad APENDICE A.3 OBTENCION D E CURVAS D E SECADO POR LOTES EN UN SECADOR DE CHAROLAS Las curvas de secado para el sistema por lotes , va a requerir el u s o de un secador de charolas, en este caso se u t i l i z a r du n ae s t u f ac o m os e c a d o r( f i g u r a A3.1). Las caracteristicas de la estufa son: A) Cuenta con un termostato para =gular la temperatlra. B ) Tiene un termdmetro en la parte superior para comprobar si la temperatura marcada por el termostdto es la misma dentro de la estufa. C ) Cuenta con dos charolas. Figura A3.1 Estufa. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. La tCcnica a seguir para obtener un secador por lotes es la siguiente: 5 las curvas de secado para 1) Se pesan muestras de coco hdmedo (aproximadamente15 g r s ) en cristalizadores de bajaaltura. 2) Se enciende la estufa deseada se estabilice. 3) Se colocan cuatro muestras en cuatro muestras en la charola y se espera que de la temperatura la charola de arriba abajo. y empieza a tomar el tiempo y cada 5 minutos se saca una m u e s t r ad el ae s t u f a ,l a sm u e s t r a ss o ns a c a d a s alternadamente, e s decir una de la charola de arriba y otra de la charola de abajo. 4 ) Se 5 ) Las muestras que van saliendode la estufa se guardan en pequeños frascos previamente etiquetados de manera : Tiempo- Posicidn para 5 - A 6) La estufa corresponde a 5 min es la charolade arriba A la siguiente A= charola, superior B= charolainferior s o l o tiene espacio para ocho muestras, por lo que en la primera corrida experimental solo se llegar& a 4 0 minutos (hay que recordar que el intervalo de tiempo para sacar las muestras de la estufa 'es de 5 minutos). Por i o que para obtener datos mAs all& de 4 0 minutos, se tienen que dejar las muestras 40 minutos en la estufa y empezar a sacar en el tiempo t=45 min. 7) Una vez obtenidas las muestras se procede a medir la humedad de cada muestra en la balanza de humedad. Como se requiere de cierto tiempo para hecer esta medicidn, l o s frascos son guardados en el refrigerador para evitar el ranciamiento del coco. 8) Por filtimo se grafica el porciento de humedad contra t iempo. el BALANZA DE HUMEDAD. Para realizar las mediciones de humedad de coco se las muestras de harA uso de una balanza de humedad (.figura A 3 . 2 ) con las siguientes caracteristicas: 6 9 8 a .g Figura A 3 . 2 Balanza de humedad Figuara A ) La balanza va A 3 . 3 Escala a usar muestras de 10 grs de coco humedo. B ) Cuenta con una escala (Figura A 3 . 3 ) 'que relaciona la perdida de agua gradualmente, dando datos de humeda y d e peso del sdlido seco. Manera de operacidn: 1 ) Se colocan 1 0 grs de muestra en la charola. 2) Se mueve la perilla a 1 . 5 watts.y la otra a 3 5 min. 3 ) Después de este tiempo se toma el dato de humedad. MANERA ALTERNATIVA D E MEDICIONES D E HUMEDAD. 7 Es importante mencionar que existe otra manera alternativa de medir la humedad. Este metodo es descritoabajo: 1) Sepesan las muestrasde cierto intervalo de tiempo. coco humedo,secados para 2 ) Se meten a la estufa todas las muestras y se dejan ahi por un intervalo de 3 horas a una tempertura de 7 0 o 8 0 grados cetigrados. 3 ) Al terminar este periddo de tiempo se pesaron las muestras con todo y frascos (los frascos estaban pesados previamente) 4) Para determinar el porcentaje de humedad a partir de l o s pesos obteneidos se utilizan las siguientes relaciones. peso peso peso peso peso del frasco del frasco + coco hrimedo del frascoPfS + coco seco de coco seco de coco hllmedo Pf Pfh PCS PCh pcs = pfs - Pf pch = pfs - Pf Esta t6cnica para obtener rApida que el porcentaje de humedad es mas la balanza de humedad. A pesar de poderse tratar cantidades de muestra, el dato puede ser menos exacto que el de l a balanza de humedad. CURVAS D E SECADO. Las curvas de secado para este tipo de secado se c a b o a tres difere.'ntes temperaturas, 60, 70 llevb a y 8 0 grados centigrados. La descripcidn de las curvas se da a continuacibn: Para la temperatura de 60 grados se puede observar en la grAfica (figura A3.4) una gran serie de picos, esto se debe a la 8 I I u PRUEBA DE SECADO 60 C (POSICION A) 5s 50 45 40 35 30 1-5 20 20 O 40 60 80 120 TIEMPO (MINUTOS) A.3.S PRUEBA DESECADO 60 C(POSICION B) "T .............................................. 1 ", I 1 9 E E . . ..................................... .\ 1 i . . . 3 X . . . . . ........ d O A.3.6 o posicidn de de las muestras en la estufa (charola superior inferior), sin embargo se puede observar un secado decreciente. Para poder tener una mejor visibn de la cinktica de secado se decidid graficar por separado la posici6n de la charola supeior y la inferior (figuras A3.5 y A3.6). D e esta manera se aprecia un decreciente mbs uniforme, sin embargo la humedad a la que se llegd no fue la deseada (3.0%). Se alcanzd una humedad de 27.32% a un tiempo de 1 2 0 minutos. Para la temperatura de 70 grados centigrados ocurreel mismo efecto cuando se grafican todas las muestras (figura A3.7), sin embargo el peribdo de secado decreciente se puede apreciar mejor. Para las grdficas de posiciones separadas (figuras A3.8 A3.9) y __ se ve claramente que se presenta un periddo de rapidez decreciente constante, aunque tiene algunos puntos que se salen de la curva. La humedad alcanzada para esta temperatura 5.1% a 120 fue de minutos de secado. Por ~ l imo t para la temperatura de 80 'grados se observa una r s p i d - e z d e secado mayor a las curvas anteriores (figura Al momento de graficar para observar que la curva de A3.10). las diferentes posiciones se la posicidn B puede (charola inferior) (figura A 3 . 1 2 ) tiene una cinética de secado decreciente constante muy b i e n definida, sin embargo (figura A3.11) la posicidn A (charola superior) sigue' presentando puntos que se alejan de la curva. Esto se puede deber principalmente a que el calentamiento en la parte inferior de la estufa es mayor, por l o que el secado en B p a r a estas muestras es miis uniforme. 11 CURVA DE SECADO ESTUFA 70 C 60 50 40 a N %HUMEDAD 3o 20 10 O O 20 40 60 80 TIEMPO (MINUTOS) 100 120 140 PRUEBA DE SECADO 70 C (POSICION A) , , " " r " "I j " 60 : ~ --T I.-T -IT 50 -u) 30 20 1 L 10 O r O , , , i 20 , , , r , , , 40 l , , , 60 r 80 TIEMPO (MINUTOS) PRUEBA DE SECADO 70 C (POSICION B) 60 50 40 30 20 10 13 , ~ , i 100 , , , l -1 120 A.3.8 I I l l ! T I ,i PRUEBA DE SECADO 80 C (POSICION A) 50 40 30 20 10 80 40 20 O 100 60 120 A.3.11 TIEMPO (MINUTOS) PRUEBA DE SECADO 80 C (POSICION B) 50 40 30 20 10 . i .. ..... ..... . .... ..... c t i - t O 20 40 60 TIEMPO (MINUTOS) 15 80 100 4 120 A.3.12 . . -., 4 " . " " " APENDICE A. 4 OBTENCION DE CURVAS DE SECADOP A R A EL LECHO FLUIDIZADO. Corno paso inicial para poder obtener las curvas de secado, es necesario conocer el equipo que se va a usar, en este caso se trata de un secador de lecho fluidizado. Las caracteristicas de este aparato esttin tomadas en base a la cantidad de f l u j o de aire en la alimentacidn, pudiendo variar es el tamaño del depdsito del lecho. El sistema se describe a continuacidn (figura A 4 . 1 ) . Figura A4.1 Secador de l e c h o fluidizado 16 . 1) Vblvula de alimentacidn de aire. 2) Purga de las tuberias. 3 ) Vblvula de control de presi6n del aire a travQs del tubo antes de entrar al lecho (atmdsferas). 4) Vglvula de control de flujo de aire (pies cdbicos minuto) por 5 ) Distribuidor de aire. 6 ) Mendmetro en forma "U" para agua. 7 ) Depdsito del material hdmedo, para fluidizacidn de dibmetro y70 cm de alto). 8 ) Term6metro en 9) 10) (10 cm el distribuidor. Serie de resistencias de calentamiento. Termdstato para controlar resistencias. el calentamiento de las 1 1 ) Control automstico de -temperatura de las resistencias.* Antes de iniciar las pruebas de secado se requieren saber algunos datos que son de utilidad en el diseño de equipo a gran escala. Por esta razdn se medirt3 el porcentaje de humedad al que viene el aire alimentado al sistema. Este dato se puede obtener mediante -e1 u s o de un "hidrdmetro" (figura A4.2)**. Este aparato nos va d a r los datos de temperatura en grados centlgrados faranheit y el porcentaje de humedad al que se encuentre o el ambiente. * ** El controlador de temperatura no funciond adecuadamente, por lo q u e h u b o la n e c e s i d a d d e c o n t r o l a r la t e m p e r a t u r a manualmente mediante el termdstato .y la ayuda del termdmetro a la entrada del lecho. El "hidrdmetro se uso en las primeras corridas experimentales, sin embargo al final del periddo de la parte experimental comenzd a fallar, por esta r a z h ya no se tomaron estos datos al final de estas pruebas. Figura A4.2 "Hidrdmetro" VELOCIDAD MINIMA DE FLUIDIZACION ( U m f ) Otro dato importante es la obtencidn d'e la velocidad minima de fluidizacidn (Umf). Considerando nuestro sistema de aire que se desplaza verticalmente hacia particulas. AI arriba a través de un lecho de ir aumentando la velocidad s e alcanza un valor para la cual las particulas d e sblido se mantienen .en suspensibn en la corriente gaseosa, se y diceque ellechoesta "fluidizado", denominAndose velocidad. minima de fluidizacibn (Umf) al valor d e la velocidad necesaria para que se inicie la fluidizacidn. Para velocidades superficiales de gas mayores a la velocidad minima, el lecho toma 18 el aspecto de u n liquido en , ebullicidn, moviendose los sdlidos vigorosamente y ascendiendo rApidamente grandes burbujas a traves del lecho. A primera vista parece que el gas en exceso sobreel correspondiente a Umf pasa a trav6s del lecho en forma de burbujas; en estas condiciones tenemos el lecho fluidizado de borboteo. P a r ad e t e r m i n a ri a Urnf s er e q u i e r e elsiguiente procedimiento: 1 ) Se hace pasar aire por.el depdsito del lecho variando la la cantidad de flujo, recordandoque: (Ec.A4.1) 2) U = Q/A U =-velocidad (ft/min) Q = flujo volumt5trico (ft3/min) A = Brea ( 0 . 0 5 4 ft2) Se toman datos de diferencia de presidn entre el distribuidor y la salida del aire del depdsito, con ayuda del mandmetro "U" ( 6 ) * . Esta operacidn va a ser realizada dos veces': I ) Con el lecho vacio. el lecho cargado de coco rallado hdmedo. La cantidad r e q u e r i d a p a r a r e a l i z a r la p r u e b a d e f l u i d i z a c i d n mantiene la relacidn L/D = 1 , es decir 0 . 3 2 8 ft de diametro (10cm) y la misma cantidad de altura. El peso d e la m u e s t r ah d m e d a p a r a e le x p e r i e m e n t oe s aproximadamente de 4 0 0 grs de coco hamedo al 5 0 . 0 % . 1 1 ) Con Cuando se trabaja parael caso I (vacio) s e determina un A P de descarga. Y para el caso I 1 (cargado) se tiene: donde: b P L = diferencia de presiones del lecho. A P = diferencia de presiones medida por el APd * mandmetro (11). = diferencia de presiones ' d e desacarga medida con el equipo vacio ( I ) . Este ndmero indica la parte en donde se localiza este man6metro en la figura A3.1 I Para determinar la Umf a partir de la ecuacibn A4.2, de estos datos se despeja AP, AP, = A P - APd Una vez obtenido este dato, (Ec. A4.3) se grafica el logaP,contra la el logU, donde U es la velocidad de la e c u a c i h A4.1. Se espera obtener una griifica como la de la figura A4.3 en donde se puede apreciar la existencia de una arista; este punto va a indicar la velocidad minima de fluidizacih que present& el sistema. Para nuestro caso el resultado obtenido figura A4.4, en donde se puede observar que se forma la arista es en logU= 3.59 , por se muestra en la el punto en donde l o tanto la Umf= 177.43 pies por minuto. TECNICA DE OPERACION DEL LECHO FLUIDIZADO.' la purga ( 2 ) * , para retirar toda acumulada en la noche por el compresor. 1) Se abre el agua 2 ) Se abre la vAlvula de alimentacibn 'del aire ( 1 ) * 3 ) Una vez retirada el agua se cierra la purga. la viilvula ( 3 ) * , manteniendo el flujo de aire que queremos con la viilvula (4)*. El flujo utilizado fue de 15 pies cftbicos por minuto, para el Area transversal del paso del aire la velocidad es de 130.11 pies por minuto lo que representa una relacidn de velocidades U = 1.36 Umf 5 ) Una vez calibrado el sistema para ese flujoy presidn, se encienden la serie de resistencias, esperando alcanzarla temperatura deseada. El control de temperatura se va a h a c e rm a n u a l m e n t e c o n a y u d a deltermdmetrodel distribuidor ( S ) * . 4 ) Se regula la presibn a 1 atrnbsfera con * Se refiere a la notacidn usada para las partes del equipo de la figura A4.1 21 6) Una vez calibrado el sistema para ese flujoy presidn, se carga el depdsito, usando la relacidn L / D = 1 descrita anteriormente. 7 ) Seempiezaacontar el tiempo,paraempezarasacar muestras cada cinco minutos. Esto se hace con una cuchara de mango largo, de aproximadamente 3 g r s . de capacidad. 8 ) S e mide la humedad de las muestras obtenidas, tQcnicas descritas enel ap6ndice A.3. por las s e graficd e l porcentaje de humedad contra tiempo el tiempo. Esta parte debido a su importancia se incluye dentro del texto. 9) Por dltimo APENDICE A.5 CALCULO DE DENSIDADES. CALCULO DE DENSIDAD EMPACADA. Para realizar la m e d i c i h de las densidades empacadas en el coco seco y el hfimedo se sigui& el siguiente procedimiento: 1 ) Se pesa un probeta de 50 ml. 2 ) Se llena con el coco (seco y hdmedo posteriormente). 3 ) Se pesa la probeta llena y se saca por diferencia de pesos la masa del coco. De esta manera se conoce la masa y el volumen ocupado por el coco, dando el siguiente resultado: ” 3 Densidad empacada del coco seco = 0 . 5 6 9 g/ml = 3 5 . 4 4 8 lb/ft3 Densidad empacada del coco hdmedo = 0 , 6 2 8 g/ml = 39.2 lb/ft CALCULO D E DENSIDAD APARENTE. Para este ctllculo se requiere llevar a cabo el siguiente procedimiento: 1) Se realiza el metodo descrito para la densidad empacada. 2) Se llena una bureta con aceite bcomado. 3 ) Se deja caer poco a poco e 1 aceite sobre el coco de l a probeta, hasta llenar l o s espacios vacios. 4 ) Se mide el volumen desplazado en la bureta. De esta manera se sabe la masa y el volumen de espacios vacios del coco, obteniendo los siguientes resultados: Densidad aparente del coco seco = 1 . 5 5 g/ml = 9 6 . 5 6 lb/ft Densidad aparente del coco hdmedo = 1 . 2 1 g/ml = 75.38 lb/ft3 23 A.6 APENDICE PRUEBA DE RANCIDEZ. Para llevar a cabo la prueba de rancidez propuesta se . requiere del siguiente material y reactivos. Material: - - Pipetas graduadas de5 Tubo de ensaye. Termdmetro. Baño de agua. Espectrofothetro. y 10 ml. Reactivos: - Acido clorhidrico. - Floroglucionol al 0 . 1 % en Qter etilico. - Acido ac6tics glecisl. - Acido tricioroacético al - Cloroformo. - 30% p/v ( e n Acido acktico). Etanol. Procedimiento: Midase con una pipeta de 10 ml. de la muestra y coldquese en un tubo de ensayo; añhdase 10 ml. de HCI Q.P. , thpese el tubo y agitese bien l a mezcla durante medio una disolucidn ai 0.1% minuto. Añadase de floroglucinol en eter; tapese fuertemente de nuevo; obsérvese el color 10 mi. de y agitese que adquiere. La aparicidn de ur: color rDsa o rojo en la capa ticida, demuestra que el aceite esta rancio. Para cuantificar e ! g r a d o d e rancidez, se procede a lo siguiente: Disuelvase 5 ml. de cloroformo; añgdase 10 ml. de una 24 disolucidn al 3 0 % de Bcido tricloroac6tico en Bcido ac6tico glacial y luego 1 ml. de una disolucidn al 1% de floroglucinol en Acido ac6tico. Tras agitar mediante , al paso de una corriente de aire, sumerjase el tubo de ensaye en un baño de agua, a 45OC, durante exactamente 15 minutos. Al cabo de este, sbquese del baño el tubo de ensaye y añadase 4 ml. de etanol. Midase inmediatamente la transmitancia a 5 4 5 milimicras. Transmitancias superiores al 70% representan resultados negativos, las inferiores a enranciamiento incipiente; cifras bajas (alrededor prueban un enranciamiento intenso. 25 60% denotan de un lo%), APENDICES B APENDICE B.l.l CALCULOS DEL VENTILADOR Para saber el tipo de ventilador a utilizar se necesita saber la caida de presidn que debe vencere l ventilador d e s d ee l intercambiador, distribuidor, lecho y cicldn. El AP a vencer se calculo d e la siguiente manera: 1. Segrin l a r e f e r e n c i a relacidn para el (14) cicldn en base a cap.20, encontramos una sus parsmetros de 'diseño (apendice B.4.1). Con un Hc/Dc = 0 . 5 K = 16 , De/Dc = 0 . 5 , Bc/Dc = 0.249 V c = 5 0 ft/s = 15.24 m/seg. h p = 0.024y V c 2 AP = 18.631 Pa. =fl.&I';r.$f in H20 = 0.19 c m H20. 0.370Sb 2. Para calcular la caida de. p r e s i b n en el lecho se utilizo la siguiente relacidn: Coco h&medo Densidad empacada = 39.2 lb/ft3 = 629.24 Kg/m3. Densidad aparente = 75.38 Ib/ft3 L = E 4 =: 1210.0'33 Kg/m3. ft. = 1.219 m. =1/Pc - I/fa = 0.48 1 /fe P = 76.44 cm H70. = 7 4 9 5 Pa. I 3. La caida de presidn en el distribuidor es el 10% de la caida e n el lecho. APd= 7.644 c m H20 = 7 4 9 . 5 Pa. 4. La calda de presidn en el intercambiador es el 25% del lecho. npint = 19.11 cm H20 = 1873.91 Pa. 5. Por lo tanto el P a vencer por el ventilador es de: ¿LP = 103.38 cm H20 = 40.7 in H20. = 10137.40 Pa. "- LIP 6. Para vencer esta presidn se necesita un ventilados con una potencia de cerca de 70.79 rn/min . turbo 20.-Hp, que maneja 2500 ft3/min, APENDICE B.l.2 TURBO*VENTILADOR 3 APENDICE B . 2 . 2 O C O I Medidas del tubo: a= 2 ft. (0.609 m.) b = 2 plg. (5.08 cm.) Medidas del intercambiador: A = 4 0 plg. B= C= D= E= ( 1 .O16 m,) 2 4 plg. (0.609 m.) 8 plg. (0.203 m.) 6 plg. (0.152 m,) 8 plg. (0.203 m ) ,' INTERCAMBIADOR DE CALOR 8 ""r" .. . L . . . pendientes a diferentes contenidos de humedad libre en el sólido y luego se grafican estos datos como (-dWdt) vs.X. 6. RESULTADOS Y DISCUSION. Caracterizacidn Física e Hidrodindmica. En la tabla1. se presentan los datos obtenidos de la caracterización física e hidrodinámica del sistema experimental estudiado. Tamaño Promedio Partícula. de dp = 1.66mm. Empacada.Densidad ... Velocidad Mínima de Fluidización. Velocidad Fluidización. de de = 0.570 g/cm3. Urnf = 90 cm/s. uo = 295 cm/s. Tabla 1.Caracterización física e hidrodinámica del coco rallado. i ' Cinetica de Secado. . " En la figura6.1 se presentan las curvas cinéticas correspondienteslasa3 temperaturas seleccionadas. En las mismas figurasse graficaron también los perfiles de temperatura del aire de salida que se establecen durante el proceso de secado. S e puede observar que prácticamente todo el proceso de secado lo cual es característico.del está controladopor la transferencia externa de calor, períodde velocidad de secado constante. El perfil 'de temperatura también corrobora esta observación, al permanecer constante durante este período: Una vez alcanzado el punto crítico,el resto del procesoes controlado por la difusión ya se esperaba, es que el aumento interna dela humedad. Otra observación que en la temperatura de alimentación del aire al secador, se traduce en un aumento en la velocidad de secado. De la figura 6.2 se puede establecer el analisis de la cinética de secado .de coco rallado a las condiciones de diseño seleccionadas. Analizando el pedir de temperatura en el lecho se puede considerar que el período de secado I constante en realidadse lleva a cabo a 30oC y en cambio, durante el período de secado decreciente, la temperatura varía hasta acercarse asintóticamente a la temperatura de alimentación del aire.Esta última observación puede validar la suposición de que el secador opera adiabáticamente, sin embargo, como el diseAo del secador concibe a éste operando en el estado estable, es necesario corregir la curva cinética cosiderando la temperatura constante del lechos. Tal curva, se presenta en la gráfica 6.2a. y es a la que se le determinaron las pendientes que dan origen a la figura 6.2b. Es es de hacer notar que el tiempo requerido para alcanzar el 3.5% de humedad final deseado en el sólido, se acorta a 10 min. Específicamente, el analisis de lafigura6.2bindicaelplanteamientodel siguiente modelo cinético: . . Período de Velocidad Constante de Secado: -(dWdt) = k .....(1) Primer Período de Velocidad Decreciente de Secado: -(dWdt) k'X + P .......... (2) Segundo Período de Velocidad Decreciente se Secado: -(dX/dt) = k'X + Q ............(3) Tercer Período de Velocidad Decreciente de Secado: -(dX/dt)= k"'X + R ...........(4) En la tabla 2 se presentan los valores obtenidos del analisis de la curva cin4tica antes citada. Veloc. deSecado -dWdt = 0.229 AX A t(min) 1.O0 a 0.20 0.00 a 3.48 -dX/dt = 2.46X - 0.157 0.20 a O.19 -dX/dt = 12.9X 2.351 3.48 a 3.55 0.19 a 0.09 3.55 a 6.50 0.09 a 0.036 6.50 a 10.60 - -dX/dt = 0.20X 8.5*10-4 ~~ ~~~~ ~~ ~~~ Tabla 2.- Ecuaciones de Velocidad deSecado obtenidas por regresión lineal enlos respectivos intervalos de humedad y tiempo. Distribuci6n de Tiempos de Residencia (DTR) y Humedad promedio a la Salida del Secadora. Normalmente los sólidos fluidizados se comportan de acuerdo modelo de t a n q u e 3 " a un ? La función de distribución de tiempos de residencia quelo representa, para una sola etapa, es la siguiente: DTR = (l/tr) EXP(-t/tr) ....(5) En una operacidn continua, si X(t) es el contenido de humedad de una partícula que ha permanecido en el lecho un tiempo de residencia t < tr, el contenido de humedad promedio los de sdlidos a la salida del secador es: =h(t) a0 X DTR dt (6) O Sustituyendo las ecuaciones (1 a 4), representadas en la tabla 2 y la ecuacidn (5), en la ecuación (6) y resolviendo para un tiempo de residencia de 10 minutos, se puede ver que el contenido de humedad promedio el ensólido, a la salida del secador es de 21.16% bs. Esto plantea la necesidad de proponer una etapa m& id6ntica en serie con la anterior.La ecuación correspondiente a la distribución de tiempos de residencia es: DTR = (l/tr)* EXP (-t/tr) c (7) Ahora, sustituyendo la ecuaci6n (7) junto con las correspodientes a la cinGtica, en la ecuaci6n (6). el resultado es un contenido promedio de humedad total de20 min. a la salida, de4.8% bs. en un tiempo de residencia promedio Diseño del Secador. Para el diseño del secador es necesario resolver simulttineamente los balances de materia y energía junto con las ecuaciones del modelo cinético y de la distribución de tiempos de residencia. ce deM/' - en el Secador: t F(Xi XO) .= G ~ .Y¡) O .>G 'I. lb./. p; 4 ' - - .........(8) 7. donde, F es el flujo mdsico de sólidos en base seca. G esel flujo mdsico de gas en base seca. Xi,Xo son las humedades del sólido en base seca, a la entrada y salida del secador respectivamente. Yi,Yo son las humedades del aire en base seca; a la entrada y salida del secador respectivamente. nce de F,neraía en elS e c a d w r a c i 6 n adtabatim FHfi + GHgi = FHfo + GHgo .......(9) donde, Hfi,Hfo son las entalpías del s6lido húmedo a la entrada y salida del secador respectivamente. Hgi,Hgo son las entalpías del aire húmedo a la entrada y salida del secador respectivamente. La solucidn simultanea de estas ecuaciones did como resultado los datos que se presentan en la tabla 3 Alimentación del aire; Tgi = 250 O C Hgi = 67 Kcal/Kg Yi = 0.1 Kg H20/Kgas G = 250 Kgas/min Salida del aire: Tgo = 70 OC Hfo Hgo = 63 KcaVKg YO = 0.084 KgH20Mgas Alimentación de sólidos: Tfi = 20 O C Hfi = 32 KcaVKg Xi 1.O KgH20/Kgss F = 25 Kgss/min Salida de sólidos; Tfo = 70 OC = 46 KcaVKg X0 = 0.05 KgH20Mgss Estas condiciones de diseño correspondenlas a siguientes dimensiones del secador: 2 etapas conectadas en serie de igual tamaño. Area transversal total = 1.70m2 Altura del Lecho Fluidizado= 0.52 m Altura del Secador= 2 m. Tabla 3.-Resultados del diseño del secador de lecho fluidizado multietapas en operación continua. secador de En la figura6.3 se tiene una representación esquematica del El intercambiador de calor debera ser capáz de lecho fluidizado multietapas. 250aO C para lo cual es calentar el flujo de aire de temperatura ambiente necesario poder suministrar al aire 15,000 KcaVmin. . El Ventilador que suministra el aire al equipo, deber6 manejar y una presi6na la aproximadamente 260 m3/min a condiciones estandar descarga de1O 0 cm de H20. Y APENDICE R.3.1 CALCULO 1. DEL SECADOR Para el dimensionamiento del secador se realizo un balance de materia y energia en el lecho. Se desea secar el c o c o desde una humedad inicial de 50% a una humedad final de 3% base. humeda. 2. Balance de Materia y Energia. 2.1 CAlculos de datosy caracteristicas del secador. 2.1.1 CAlculo del flujo de alimentacidn del. sdlido .. . . . . . . . . . . . Sea F = alimentacidn del sdlido (base seca) F = 3000 Kg\hr * (1 kg/kg - 0 . 5 kg H20/kg) F = 1500 Kg S S / hr = (25 Kg/min) = 5 5 .lb/min. 2.1.2 CAlculo de Fiujo de aire, tiempode residencia y Area de intercambio. G= flujo mdsico de aire (base seca) G = densidad del gas(u) * A donde la densidad del aire = 0.0638 lb /ft3 , a una T=7OoC La velocidad superficial u = Q /A (tubo) A(tubo) = 3.1416 * r2 = 0.0845 ft2 = 78.539 cm2 . Q = 15 ft3/min = 0.424 m 3/min. u = 177.514 ft/min = 54.106 m/min. Flux de aire = 11.325' lb/ft2 min = 55.408 Kg/m2min. 3 9 . El tiempo de residencia se obtuvo m e d i a n t e I n cin6tica de suponiendo un secado constante,&graficatft.crs el secado. contenido de l a pendiente q u e se le menciona como K =- 1.3435min-I. Mediante ' l a fhrmula 1 0 . 1 ~d e j i i humedad vs. f& el tiempo d e secado obtuv&w+ referencia (13) se define el tiempo de residencia como: tr =(l/k) * - Xo - Xe 3 donde X es el contenido de humedad del sdlido i = inicial , o Xi = 0.5, Xo = 0.03 = salida , y y las letras e = equilibrio. Xe = 0.02, [ X I = kg H20/ kg S . S por l o tanto tr = 3 5 min ( coincide con el tiempo experimental). L a altura del lecho se obtuvd mediante iteraciones para tener un L / D = 1 . 0 de igual forma como se mente, esta relacidn se obtuvo dejando trabajo experimenta! el Area en tkrminos del didmetro y suponiendo Z para dar un L/D = l . A = F t r / dens.coco * 2 donde la densidad del coco es de 35.448 lb/ft3=(5f59.012 Kg/m3). (3.1416/4) D2 = F tr / dens coco * Z sustituyendo l o s valores correspondiente tenemos, siguiente funcionalidad: D = 8.317 / ( 2 ) i / 2 10 I I ( f t ) I) 7. ( f t ) ””””””“ :3 I 7 1 5.91‘1 J.SO1 3 S 3 4 5 4.15s 3.719 por L/L) €”” =I l o tanto Z = 4 f t y D = 4 f t . A 7 7 = 13.576 f t - = 1 . 2 6 1 2 m ‘ . el flujo de aire es d e : G = dens del gas u A G = 177.5 J”YL lb/min ( 6 9 . 8 5 Kg/min). 3 2 . 2 Balance de masa en el secador: F (Xi . . - . . . . Xo) = G (Yo . . . - Yi) . donde Y : humedad del aire i = entrada y X : humedad del s6lido y o = salida. Para el calculo del diseño del secador conociamos Xi = 0 . 5 , Xo=0.03 y Y i = 0 . 0 0 5 , por lo que necesitamos Yo, resolviendo el balance de masa tenemos: YO = 0 . 1 7 3 lb de li O. 1% A.S. 2 . 3 Balance de calor enel secador Definimos primero a: Hf = entaipia de 1 Kg de sdlido seco+ asociada al liquido. = entalpia de 1 Kg de aire seco + asociado al vapor. Qw = perdida de calor enlas paredes. Q h = tasa de calor inmersa enel lecho. Hg Ahora definimos la capacidades calorificns Cs, C1, C g , C v , capacidades calorifica liquido, g a s Y de vapor respectivamente. . = Ccoco = 0 . 6 Btu/lb"F = 2503.74 J/Kg"C CIS las fases sdlido, C1 = Cagua = 1.001 Btu/lb " F = 4178.74'J/Kg°C. Cg = Caire = 0 . 2 4 4 5 Btu/lb OF = 1 0 2 0 . 6 8 J/Kg"C. Cv = Cvapor = 0 . 4 6 1 0 Btu/lb"F= 1 9 2 4 . 4 7 J/Kg"C. La Tf es la temperatura del sdlido asociada al liquido, y tg es la temperatura del gas y asociada al vapor. el calor latente ( >) de vaporizacidn a O entalpla en base a O grados Hfi = ( Cs Hfo = (Cs + Xo C1) Cg A h o r a refiriendonos a la , tenemos: donde Tfi =77"F = 2 5 ° C . + Xi C1) Tfi. = 158°F = Tfo. Tfo Hgi = (Cg + YiCv)Tgi Hgo = ( grados. (x -+ Yi ( A ) + YoCv) Tgo + Yo ( y ) 70 " C . = 1075.8 B u/lb = 2 4 9 X IO' J/Kg. Tgo = 158 F a Yo = 0 . 1 7 3 sustituyendo los valores conocidos obtenemos las diferentes entalpias: Hfi = 8 4 . 7 3 8 Btu/lb = 1 9 3 x IO3 J/Kg. Hfo = 9 9 . 5 4 Btu/lb = 2 3 0 x lo3 J/Kg. Hgo = 2 3 4 . 4 2 7 Btu/lb = 5 4 3 x IO3 J/Kg. Para obtener Hgi sustituimos todos los valores conocidos en el balance de calory obtenemos el resultado conciderando unQh = O y un Qw = 0 . 0 5 Hgi. Hgi = 252.339 R t u / l b = 585 x 4 10" J / f ; g . 2.4 Eficiencia t e r m i c a : E l contenido de caior en la entrada es = Hpi A G = 38796.616 Btu/min = 681 x lo3 Watts. Para el agua a 70C el calor latente es = 1075.8 B u/lb. = 249 X 10' J/Kg. 3 El calor usado para l a evaporacibn es = F(X) (Xi - Xo) = '7509.43 Btu/min = 488 x watts. La eficiencia térmica es de = (27809.43/ 38796.616) = 0.716 = 71.6% * 100 Las pCrdidas de calor en las paredes son de 12.616 Btu/lb = 2 9 2 5 9 . 1 1 J/Kg. APENDICE B. 3.2 A Secador B ciclón C Alimentación D Descarga Lecho fluidizado E F G Válvula Flujo dosificadora de aire 6 ft. (1.828m.l 4 ft. (1 1 Y u 4 ft. (1.219 SECADOR DE LECHO 14 m.) FLUIDIZADO .219m.) 1. Cdlculo d'el didmetro d e entrada al cicldn. Para el diseño del cicldn se calculo primero el diiinletro d e entrada al ciclon donde 177.574 la velocidad del aire ft/min = 2 . 9 5 8 ft/seg en el lecho a una velocidad cicldn generalmente de 5 0 ft/ seg ( 1 5 . 2 4 m/seg) Por s e reduce de en el . V 1 Al = V2 A 2 tenemos, A2 = 0.803 ft2 = 0 . 0 7 4 m 2 . donde el diametro de entrada al cicldn Hc = 1 . 0 1 2 ft, ver figura del cicldn con todas lás dimensiones y nomenclatura. 2 . CBlculo de las dimensiones del cicldn. Hc Dc Bc De LC Sc Zc Jc = 1 . 0 1 1 ft = 0 . 3 0 8 m. = 2 Hc = 2 . 0 2 2 ft = 0 . 6 1 3 m. = Dc/ 4 = O . 5 0 5 6 ft = 0 . 1 5 3 m. = Dc/ 2 = 1 . 1 1 1 ft = 0 . 3 0 8 m. = 2 Dc = 4 . 0 4 4 ft = 1 . 2 3 2 m. = Dc / 8 = 0 . 2 5 2 ft = 0 . 0 7 6 m. = 2 D c = 0 . 2 5 2 ft = 0 . 0 7 6 m. = D c / 4 = 0 . 5 0 5 ft = 0 . 1 5 3 m. 3 . CAlculo de las perdidas por friccidn en el cicldn. Para una relacidn en Bc/Dc = 0 . 2 4 9 , el rango de Hc/ Dc = 0 . 5 , D e /Dc = 0 . 5 y tenemos uns K de = 16. las pkrdidas por friccidn son: Fcv = K Bc Hc / Dc2 F c v = 7 . 9 9 2 in H 2 0 . ( Del apCndi.ce B.l.l 0 . 0 7 6 5 6 in H 2 0 . de presi6n bajas. . 1 9 9 0 . 5 7 8 Pa) la calda de presidn en el ciclon es de Por lo regular los ciclones operan con pbrdidas APENDICE B . 4 . 2 Salida de aire I I I I Hc T I I I I I I I e"" -4 '1 tS( L - - - - J De LC DC . .. I W ZC - Jc - Salida de polvo CICLON 16 ,+r, .. """-~-""-------- * ~~ Se diseño un intercambiador . a la salida d e l producto (coco seco) calor de ""."""" a " " , < " p a r a e n f r i a r - el E,n e l lecho fluidizado. intercambiador d e u n s o l o tubo el c o c o p a s a fuera de 6 1 pasa e l agua. """_ trav6s del t u b o y El coco se enfria desde 60°C 20°C. a e l agua entra a 25°C. E l flujo de coco es d e 3300 lb/hr y y el del agua es de 1 5 0 0 lb/hr. (Agua) 25°C <"""-" " " " " " " " - " " J i A 5 . 1 . CAlculo del calor . I Agua : coco: Ti= 2 5 ° C = 7 7 ° F . t i = 60°C = 1 4 0 " F . t f = 2 0 ° C = 68°F. qcoco- maire Cp ( qagua- magua C p (T Tf - 1 4 2 5 6 0 Btu/hr. = 1 5 0 x lo6 J / h r . 7 7 ) = 1 4 2 5 6 0 Btu/hr. = 1 7 2 . 0 4 " F = 77.8"C. 5 . 2 CBlculo * 140 -681°F de U (Coeficiente de transferenc.ia de calor). Despreciando la resistencia (Ao/Aihi) del coco, tenemos: U = { l/(l/ho)} + { [ Ao In (ro/rl)] / 17 [ 2 ff K ] 1 +{Ao/Aihi} I = 0 . 1 9 8 ft = 0 . O h 111. f t = 0 . 0 5 2 4 in. Lacero = 224 B $ u / h r f t " F = A o = 0 . 0 3 0 7 ft = 2.85 Y 10-3m2. TC1 1.1 = 0 . 1 7 2 1.39 x IO6 J / h l - m "C. *Para el agua: Densidad = 62.3 lb/ft" = lC00.042Kg/m 3 . Pr = 8.07 C p = 1.0 Btu/lb"F= 4171 5 7 J/Kg"C. Viscosidad = 0.76 x IO-' lb/ft seg = 1.13 x 10 "Kg/m seg. K = 0.34 Btu/hrft"F = 2116.645 J/hr m "C. Re = 3535.916. ho D / K 1 = 0 . 0 2 3 Re 0.23 pro.4 i Con esto tenemos: ho = 31.94 Btufhrft2"F. ho = 652354.72 J/hr m2"F. Sustituimos en la. . ecuacion que define a U, tenemos: U = 31.936 Btu/hr ft2"F. = 652273.02 J/hr m2 "C. 5.3 Calculo de la temperatura media logaritmica. hT1= 32.04"F. 4T1 = 17.8"C. A T 2 = 9°F. bT2 = 5°C. DTlm = 18.145"F. = 10.08 "C. 5.4 CAlculo del Brea. A = q / U ATlm. A = 245.82 ft2 = 22.837 18 m .2 APENDICES C APENDICE C.l I \ -. l .. " e [O I It- DIMENSIONES GENERALES Y CARACTERISTICAS DE LA CALDERA 1 -Imum -" . _" .. . .. . " Dimensiones mínimas del cuarto de calderas. CALDERA CBH 80 CC I DIMENSIONES EN M. MODELO DIESEL 1 CBH l o o " CUARTO DE 2 CALDERAS .~ - .__ -.------ Dimensiones generales y capacidades Calderas CBH modelo Capacidad en caballos caldera CBH-60 CBH-80 60 80 C . I I M C ~ ~ , Inorniflrll CI K:l hrvapor a 100°C ?.llorias d e snlrda Kcal hrerl millones Super-tic~ede calefacción (m7) / Eficienciatotal (Relación combustible-vapor plena carga con presión de operación de 8.8 Kg/cm71 1125 Lb,pulg2) Diesel poder calorifico 9220 Kcal/Lt Gas natural poder calorífico 8900 Kcal/m3 J 7 I Consumo de combustible Dlesel Gas natural Lt / hr m3/hr 68.13 . I i Longitud total (m.m.1 Longitud cuerpo entre bridas Longitud basede la caldera Extensiontapa frontal Extensiónrapatrasera A B C D E 90.84 94.87 .. 4531 3540 2346 2305 686 508 ! 3 3 3 7 3778 686 508 I. ! ! Ancho total Diámetro interno del cuerpo Centro a exterior columna de nivel Centro a exterior cubierta Exterior basede la caldera Y, : Altura base caldera a brida.chimenea Altura base caldera a salida de vapor Altura total del piso a brida chimenea Altura de la base Dibmetro de conexiones Salida de vapor (m.m.1 Alimentaci6n de agua Ducto salida de gases (di8metro) Purga de fondo frontal y posterior Indicador de temperatura - caldera Purga continua F G H I J K L. M N 1 2 3 4 5 8 APENDICE D APENDICE D . l SIERRA RECIPIENTES DE DE CINTA LAVADO APENDICES E APENDICE . . E . l 1 "'y 1 . .*. . . .I .... ".e.""_( "L_.l e I . . . 7 " " '"""" "-. _"""" " " F """"""_ """"" G" I I I I r"-. I I .. I " " " I ..I I """"" I I . I I . I I I "" I I I I I I I 1 I I U I I I I 1 I I I I I I I I I I I I " " " " W I I I I I J """"""" a I I I L I " _ L _ " "" -" - -" "" -"" ". APENDICE E.2 LOCALIZACION DE LA PLANTA 2 APENDICES F APENDICE F . l DATOS DE L A ESTL'FA TIEMPO (MIN) POSICION* %HUMEDAD %HUMEDAD (60°C) O 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 SO 85 90 95 100 105 110 115 120 * A B A B A E? A B A B 5 A B A B A B A B A B A B A B 54.00 51.43 50.13 52.95 54.94 47.59 50.55 48.22 50.34 48.60 48.25 49.79 45.34 44.39 41.21 46.78 41.53 44.21 38.45 40.97 28.66 26.23 35.04 20.82 27.32 POSICION: A = Charola s u p e r i o r B = Charola inferior 1 (70°C) 50.00 49.20 44.33 44.3s 40.11 39.92 36.01 34.85 28.19 37.76 26.68 29.41 25.65 22.74 16.95 20.25 13.08 23.33 28.15 24.53 15.59 7.23 4.65 10.24 5.10 49.00 47.60 45.53 45.80 41.00 41.90 34.00 31.60 29.10 34.80 26.90 29.70 23.00 21.50 14.40 18.70 9.50 22.30 12.90 18.00 4.80 9.10 4.80 3.40 APENDICE F . ? DATOS DEL LECHO. Datos d e porcentaje d e humedad contra t i e m p o . TIEMPO(M1N) XHUMEDAD(60"C) O 5 10 15 20 25 30 "35 40 45 50 55 60 50.70 43.84 39.76 35.56 28.85 19.83 13.04 9.59 6.89 5.07 4.35 3.73 2.84 %HUMEDAD(7O0C) %HUMEDAD(SO"C) 50.70 48.31 39.83 32.61 23.48 12.56 7.73 4.83 3.61 47.00 42.86 39.09 28.15 16.85 8.70 4.22 2.36 Datos d e temperatura superficial contra tiempo. O 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 42 31 28 28 25 30 42 50 57 56 58 58 59 60 28 30 30 29 43 54 62 64 65 60 38 35 29 34 57 66 73 ,