tipos de deshidratadores 2014 operaciones de transferencia de masa iii
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TIPOS DE
DESHIDRATADORES
2014
OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA III ROLANDO ANTONIO RODRÍGUEZ ROJAS
DR OSCAR VELAZQUEZ CAMILO
DESHIDRATADOR O SECADOR DE CHAROLAS
Un deshidratador de charolas o bandejas es un equipo totalmente cerrado y aislado
en el cual los sólidos se colocan en grupos de charolas en el caso de sólidos
particulados. La transmisión de calor puede ser directa del gas a los sólidos,
utilizando la circulación de grandes volúmenes de gas caliente, o indirecta, utilizando
repisas o bases calentadas, serpentines de radiador o paredes refractarias al interior
de la cubierta. En unidades de calor indirecto, exceptuando los equipos de repisas
al vacío, casi siempre se necesita la circulación de una pequeña cantidad de gas para
eliminar el vapor de humedad del comportamiento y evitar la saturación y
condensación del gas. Las unidades de compartimientos se emplean para calentar y
secar madera, cerámica, materiales en hojas (sostenidas en postes), objetos
pintados y metálicos, y todas las formas de sólidos particulados.
Secadores de charolas con aire caliente.
El funcionamiento satisfactorio de los secadores de charolas depende del
mantenimiento de una temperatura constante y una velocidad de aire uniforme
sobre todo del material que se esté secando. Conviene tener una circulación de aire
con velocidades de 1 a 10 m/s para mejorar el coeficiente de transferencia de calor
en la superficie y con el propósito de eliminar bolsas de aire estancado. La corriente
de aire adecuada para este género de secadores depende de que el ventilador tenga
una capacidad suficiente, del diseño de la red de ductos para modificar cambios
repentinos de dirección y de desviadores correctamente ubicados.
La corriente de aire no uniforme es uno de los problemas más graves que se
presentan en el funcionamiento de los secadores de charolas. Los secadores de
charolas pueden ser del tipo de carretillas de charolas o de charolas estacionarias.
En el primer caso, las charolas se cargan sobre carretillas que se empujan hasta el
interior del secador y, en el segundo, las charolas se cargan directamente en
bastidores fijos dentro del secador. Las carretillas están provistas de ruedas con
pestaña que corren sobre carriles, o bien, de ruedas planas giratorias. También se
pueden suspender de monorrieles sobre los cuales se desplazan. Las carretillas
cuentan por lo común con dos hileras de charolas, cada una de las cuales tiene de
18 a 48 charolas, según sean las dimensiones de éstas.
Las charolas pueden ser cuadradas o rectangulares, con una superficie de 0.37 a
0.75 m2/charola y se fabrican de cualquier material que sea compatible con las
condiciones de corrosión y temperatura prevalecientes. Cuando se amontonan en
una carretilla, debe dejarse un espacio libre de no menos de 3.80 cm entre el
material que contienen y la base de la que está inmediatamente encima. Cuando las
características del material y el manejo lo permitan, las charolas deben tener bases
perforadas para proveer una mayor superficie de secado. En general, se prefieren
las charolas metálicas, ya que conducen el calor con mayor facilidad. Las cargas de
las charolas varían comúnmente de 1.25 a 10.0 cm de profundidad. El aire se hace
circular por medio de ventiladores de hélice o centrífugos; por lo común, el
ventilador se monta dentro o directamente arriba del secador. La caída total de
presión por las charolas, los calentadores y los ductos es, casi siempre, del orden de
2.5 a 5 cm de agua. La recirculación del aire es usualmente del orden del 80 al
95%, excepto durante la etapa inicial de desecación de evaporación rápida.
¿COMO FUNCIONA?
El equipo consta de un ducto de aire montado sobre una armazón (estructura) la
cual está a una altura confortable para tener condiciones de trabajo adecuadas. El
aire entra dentro del ducto a través de un engranaje de seguridad por medio del
motor de un ventilador impelente que conduce el aire en un flujo axial cuya velocidad
puede ser controlada para producir un rango de velocidades de aire arriba de los
1.5 m/s en el ducto. El aire se calienta por medio de un banco de resistencias
eléctricas controladas por medio de un regulador de potencia para proporcionar una
variación en la temperatura del aire de hasta un máximo de 80 ºC.
El aire pasa dentro de la sección central del ducto, donde 4 charolas con el material
a secar son suspendidas en la corriente de aire. Las charolas están levantadas por
un soporte, el cual está conectado a una balanza digital montada encima del ducto
y donde el peso total está continuamente indicándose. Las charolas son insertadas
o removidas del ducto a través de una puerta lateral con un panel de vidrio. Después
de pasar por las charolas, el aire es descargado a la atmósfera y por medio de un
anemómetro de aspa se mide la velocidad de aire. Las temperaturas de bulbo
húmedo y bulbo seco son medidas usando un psicrómetro aspirado que está
montado sobre el ducto.
Dimensiones del equipo:
Altura 1.40 m
Largo 2.95 m
Ancho 0.73 m
DESHIDRATADOR O SECADOR DE BANDAS DE DOS
ETAPAS
El secado es una operación imprescindible en la industria. Este
alto consumo de calor se requiere para la evaporación del agua contenida en la torta
alimentada al circuito de secado y reducir la humedad final hasta 8 a 10% en peso.
Para este efecto se utiliza el secado en serie en dos etapas, con el fin de reciclar
las proteínas solubles que se recuperan de la corriente líquida que se obtiene luego
de las operaciones de prensado del pescado cocido y de recuperación de los sólidos
insolubles finos por centrifugación.
En esta industria se puede utilizar el secado directo en ambas etapas (implica
fundamentalmente mecanismo de convección para transferencia de calor), el secado
indirecto en ambas etapas (mecanismo de conducción) o una combinación secado
directo-indirecto para presecado y secado, respectivamente. Para el primer tipo son
usuales el secador rotatorio de gases de combustión atemperados o el de aire
caliente; para el segundo caso los secadores rotatorios de discos y de tubos con uso
de vapor de agua para calefacción de las superficies de transferencia de calor.
DESHIDRATADOR O SECADOR POR ASPERSIÓN
En un secador por aspersión, un líquido o una suspensión se atomiza ose rueda en una
corriente de gas caliente para obtener una lluvia de gotas finas. El agua se evapora de dichas
gotas con rapidez, y se obtienen partículas secas de sólido que se separan de la corriente de gas.
El flujo de líquido de la cámara de aspersión puede ser a contracorriente, en paralelo, o una
combinación de ambos. Las gotas finas se forman al introducir el líquido en toberas de atomización
o discos giratorios de rociado de alta velocidad en el interior de una cámara cilíndrica como en la
figura siguiente. Es necesario asegurarse de que las gotas o partículas húmedas del sólido no
choquen ni se adhieran a las superficies solidas antes de que hayan secado. Por consiguiente, se
emplean cámaras bastante grandes. Los sólidos secos salen por el fondo de la cámara a través
de un transportador de tornillo. Los gases de escape fluyen hacia un separador de ciclón para
filtrar las partículas muy finas. Las partículas que se obtienen son muy ligeras y bastante porosas.
La leche en polvo se obtiene mediante este proceso
En el secado por aspersión, el líquido (alimento) a ser secado es llevado a un disco
de atomización que gira muy rápidamente en donde es atomizado e introducido a la
cámara de secado. De esta forma se aumenta dramáticamente la superficie de
líquido (hasta unos 1000 m2/l).
En consecuencia, el proceso de secado se presenta sobre un área mucho mayor, y
puede ser completado en un tiempo mucho más corto. El aire caliente suministrado
a la cámara de secado convierte las gotas en un polvo fino en menos de un segundo.
El calor sensible del aire es utilizado para la evaporación, y la temperatura del aire
disminuye hacia su temperatura de saturación. El polvo es removido de la cámara
de secado junto con el aire húmedo mediante un tubo en el fondo y separado del
aire en un ciclón. El polvo se recoge del fondo del ciclón, mientras que el aire caliente
sale por la parte superior.
DESHIDRATADOR O SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO
El procesamiento en lechos fluidizados implica el secado, enfriamiento,
aglomeración, granulación y revestimiento de los materiales en gránulos. Es ideal
para una amplia gama de productos sensibles y no sensibles al calor. El
procesamiento uniforme se logra haciendo pasar un gas (por lo general aire) a una
velocidad controlada a través de una capa del producto para crear un estado
fluidizado. El gas de fluidización aporta el calor para el secado en lechos fluidizados,
pero el flujo del gas no tiene que provenir de una sola fuente. El calor se puede
introducir de manera eficaz calentando las superficies (paneles o tubos) inmersas
en la capa fluidizada.
En el enfriamiento en lechos fluidizados se usa gas frío (por lo general aire
acondicionado o ambiental). En las plantas de tamaño más económico en ocasiones
será necesario acondicionar el gas para lograr que el producto se enfríe
adecuadamente y para evitar que capte partículas volátiles (por lo general
humedad). El calor también se puede eliminar enfriando las superficies inmersas en
la capa fluidizada. La aglomeración y la granulación se pueden realizar de varias
formas, dependiendo del producto que se vaya a alimentar y las propiedades que
deba tener el producto final. El revestimiento en lechos fluidizados de polvos,
gránulos o tabletas requiere de la aspersión de un líquido en condiciones
estrictamente controladas sobre el polvo fluidizado.
El Grupo Niro ofrece toda una serie de sistemas para el secado en lechos
fluidizados. Los secadores continuos y por lotes, los enfriadores y los sistemas de
aglomeración, revestimiento, aglomeración en bolas y granulación están diseñados
para que operar en ciclos abiertos (que implican la evaporación de agua), o en ciclos
cerrados (que implican la evaporación de solventes, en su mayor parte orgánicos).
Para los productos que presentan riesgo de explosión de polvo durante el
procesamiento, existen disponibles diseños a prueba de choques de explosión y
sistemas auto-inertizados y de ciclo cerrado.
Productos químicos
Productos farmacéuticos y bioquímicos
Polímeros
Productos alimenticios y lácteos
VENTAJAS
El secado en lechos fluidizados ofrece
ventajas importantes sobre los demás
métodos de secado de los materiales
en gránulos.La fluidización de los
materiales en gránulos permite una
mayor facilidad en el transporte de los
materiales, altas velocidades de
intercambio de calor con una gran
eficiencia térmica, a la vez que evita el
sobrecalentamiento de las partículas.
Las propiedades de los productos se
determinan basándose en la
información derivada de su velocidad
de secado, por ejemplo, la forma en que el contenido de partículas volátiles cambia
con el tiempo en un lote en lecho fluidizado que opera en condiciones controladas.
Otras propiedades importantes son la velocidad del gas de fluidización, el punto de
fluidización (es decir, el contenido de partículas volátiles bajo el cual se logra la
fluidización sin agitación mecánica o vibración), el contenido de partículas volátiles
en equilibrio y el coeficiente de transferencia de calor para las superficies de
calentamiento inmersas. Estos y otros datos se alimentan a un modelo por
computadora del procesamiento en lechos fluidizados permitiendo así dimensionar
los sistemas de secado industriales. El secado en lechos fluidizados resulta adecuado
para polvos, gránulos aglomerados y pastillas con un tamaño de partícula promedio
entre 50 y 500 micras. Es muy probable que los polvos muy finos y ligeros o las
partículas altamente elongadas requieran vibración para lograr con éxito el secado
en lechos fluidizados.
DESHIDRATADOR O SECADOR DE TAMBOR
Consta de un tambor de metal calentado, como se observa en la figura, en las
paredes se evapora el líquido, mientras una cuchilla metálica, raspa lentamente el
sólido, para que descienda por el tambor, hasta la salida. Este tipo de secadores son
típicos del trabajo con pastas, suspensiones, y soluciones. El tambor resulta como
un híbrido entre un secador y un evaporador.
Un secador de tambor consta de un tambor de metal calentado, como se indica en la figura
siguiente en cuyo exterior se evapora una capa delgada de un líquido o una suspensión hasta que
se seca. El sólido seco final se le raspa al tambor, que gira lentamente. Los secadores de tambor
son adecuados para procesar suspensiones o pastas de sólidos finos, así como soluciones
verdaderas. El tambor funciona en parte como evaporador y en parte como secador. Otras
variaciones del secador de tambor son los tambores rotatorios dobles con alimentación por
inmersión, o bien con alimentación superior en el espacio entre los dos tambores. El puré de papa
se procesa en secadores de tambor para obtener el material en forma de escamas.
DESHIDRATADOR O SECADOR AL VACIO
El secador de bandejas al vacío es una máquina de secado empleado principalmente
para el secado de materiales por compañías farmacéuticas, químicas, procesadoras
de alimentos y electrónicos. Puede incluir un condensador para colectar el solvente
evaporado de los materiales objeto de proceso. Sin embargo, en caso de usar la
unidad de bombeo por vacío de agua JZJS-70, el secador no requiere condensador,
permitiéndole a los usuarios generar ahorros en consumo de energía e inversión.
Principales ventajas:
Perfecta homogeneidad y uniformidad del lote secado.
Facilidad de vaciado total del producto gracias al perfil del agitador excéntrico.
Tiempos de secado reducidos gracias a la doble rotación combinada del agitador
que aumenta la superficie de producto expuesta a la evaporación.
Posibilidad de regular la velocidad de los dos movimientos independientes del
agitador.
Consumos de energía tres veces inferiores con respecto a los secadores
tradicionales.
Facilidad para la inspección y acceso y para la ejecución de la prueba SWAB
TEST.
BIBLIOGRAFÍA http://cbi.izt.uam.mx/iq/Laboratorio%20de%20Operaciones%20Unitarias/Practicas%20Laboratorios/PRACTICA6.pdf http://www.univalle.edu.co/~dierolf/equipos/spraydry/secador_por_aspersion.htm http://geaniro.com.mx/images/what_we_supply/dryers/patrones_flujo_secado_atomizacion.jpg http://www.geaniro.com.mx/loquesuministros/secadores/procesadores_de_lecho_fluidizado.htm