1. Capacidad del secador de bagazo

Ecuación de combustión del bagazo balanceada:

C17H28O12+18 O2 17 CO2 + 14 H2O

Condiciones del aire estequiométrico de entrada a caldera (según dato promedio anual del 2011 de INSIVUMEH)

Humedad relativa = 75%

Temperatura mínima promedio = 20 o C

Altitud = 347 snm

Presión atmosférica = 97.2301 KPA

Presión de saturación de vapor a 20 o C = 2.339 KPA

Presión parcial de vapor

Ø = 0.75 (2.339) = 1.75425 KPA

Humedad de saturación:

Ws = ((0.621945(2.339))/(97.2301-2.339))= 1. 5331×10⁻² g agua/ g aire seco

Humedad específica:

W = (1. 5331×10⁻²)*0.75 = 1. 1498×10⁻² g agua/ g aire seco

Aire teórico necesario:

4.76 mol Aire/mol O2 * 18 mol O2 = 85.68 mol Aire

Aire alimentado (según Bacharach)

65% = ((A.A-85.68)/85.68) *100%

Resolviendo para A.A

A.A = 141.372 mol Aire

Oxígeno alimentado

141.372 mol Aire/(4.76 mol Aire/mol Oxígeno) = 29.7 mol de Oxígeno

Oxígeno sin reaccionar = 29.7-18= 11.7

Moles de agua en el aire

Dado que humead W = 0.1150 g agua/ g aire seco, entonces:

Convirtiendo Kg moles

W=0.01150 g agua/ g aire seco *28.97 g Aire/mol de aire * 1mol agua/18 g agua

W= 0.018509 mol H2O / mol Aire

Humedad en aire

0.018509 mol H2O / mol Aire*141.372 mol Aire = 2.62 mol H2O

Humedad en bagazo

Dado que humedad en base húmeda = 50%, entonces

50% H2O y 50% C17H28O12

50 g H2O* 1mol H2O/18 g H2O = 2.777 mol H2O

50 g C17H28O12 * 1mol C17H28O12 / 424.224 g C17H28O12 = 0.118 mol C17H28O12

= 2.777 mol H2O/0.118 mol C17H28O12 * 1 mol C17H28O12 = 23.56 mol H2O

Nitrógeno en aire

3.7619 mol N2/ mol O2 * 29.7 mol O2 = 111.729 mol N2

Combustión (asumiendo que el 100% del bagazo combustiona para formar CO2 y H2O)

Compuesto Entran Reaccionan Se forman Salen Total Porcentaje

C17H28O12 1 1 -- -- -- --

O2 29.7 18 -- 11.7 11.7 6.48

CO2 -- -- 17 17 17 9.41

H2O 23.56+2.62 -- 14 40.17 40.17 22.24

N2 111.729 -- -- 111.729 111.729 61.87

Suma 180.60 100 %

Temperatura promedio de gases de combustión en salida de economizador (según Bacharach)

T = 131 oC

1.2 Relación de aire combustible para un 65 % de exceso de aire promedio

Relación = (141.372*28.97)/(17*12+28*1.008+12*16)

Relación = 9.65 Ton Aire/ Ton combustible

1.3 Caudal de gases de escape

Dado que 1.9 Ton vapor producido / Ton bagazo, entonces:

Vapor promedio producido (según archivo zafra 2011/2012) = 44022.18 Kg/H

Entonces,

(44.02218 Ton vapor/H)/ (1.9 Ton vapor producido / Ton bagazo) = 23.1696 Ton Bagazo/H

Dado que relación aire combustible = 9.65 Ton Aire/ Ton combustible y humedad en bagazo = 50%

Entonces,

(0.50 Ton Bagazo/Ton bagazo húmedo)*(23.1696 Ton Bagazo húmedo)*9.65 Ton Aire/ Ton combustible

= 111.793 Ton Aire

Balance de masa

m aire + m bagazo + m humedad en bagazo = m gases

m gases = 1117.793 + 23.1696 *0.5+23.1696*.5

m gases = 134.963 Ton gases/H

1.4 Calor generado por los gases

Calor específico de los gases:

Cp H2O = -1E-12t5 + 4E-09t4 - 5E-06t3 + 0.0031t2 - 0.1466t + 1875.3

Cp O2 = 1E-07t4 - 6E-05t3 + 0.0094t2 - 0.4878t + 928.7

Cp N2 = -6E-14t6 + 1E-10t5 - 9E-08t4 + 3E-05t3 - 0.0046t2 + 0.2923t + 1035.1

Cp CO2 = = -5E-05t3 + 0.0146t2 - 0.3053t + 852

Dado que Cp gases = ∑Cpi*Xi, entonces:

Cp H2O = 0.2224 (-1E-12t5 + 4E-09t4 - 5E-06t3 + 0.0031t2 - 0.1466t + 1875.3)

Cp O2 = 0.0648 (1E-07t4 - 6E-05t3 + 0.0094t2 - 0.4878t + 928.7)

Cp N2 = 0.6187 (-6E-14t6 + 1E-10t5 - 9E-08t4 + 3E-05t3 - 0.0046t2 + 0.2923t + 1035.1)

Cp CO2 = 0.0941 (-5E-05t3 + 0.0146t2 - 0.3053t + 852)

Cp de gases = 0.2224 (-1E-12t5 + 4E-09t4 - 5E-06t3 + 0.0031t2 - 0.1466t + 1875.3)+ 0.0648 (1E-07t4 - 6E-05t3 + 0.0094t2 -

0.4878t + 928.7)+ 0.6187 (-6E-14t6 + 1E-10t5 - 9E-08t4 + 3E-05t3 - 0.0046t2 + 0.2923t + 1035.1)+ 0.0941 (-5E-05t3 +

0.0146t2 - 0.3053t + 852)

Energía generada por los gases

Temperatura de entrada = 131 oC

Temperatura de salida = 90 oC

Q = ⌠0.2224 (-1E-12t5 + 4E-09t4 - 5E-06t3 + 0.0031t2 - 0.1466t + 1875.3)+ 0.0648 (1E-07t4 - 6E-05t3 + 0.0094t2 - 0.4878t + 928.7)+

0.6187 (-6E-14t6 + 1E-10t5 - 9E-08t4 + 3E-05t3 - 0.0046t2 + 0.2923t + 1035.1)+ 0.0941 (-5E-05t3 + 0.0146t2 - 0.3053t + 852)

= 50.7465 KJ/Kg

Calor generado por los gases

q= m*Q

q = 134,963 * 50.7465

q = 6.8489 E6 KJ/H

Calor necesario para evaporar el agua contenida en el bagazo:

q=(λ+qsensible)*ṁagua

Donde:

q= calor generado por los gases de combustión [KJ/H]

λ= calor latente de vaporización [KJ/kg]

ṁagua= agua evaporada [Kg/H]

qsensible= calor sensible necesario para elevar la temperatura del agua contenida en el bagazo

ṁagua = 6.8489 E6 /(2354.7+83.6672)

ṁagua = 2808.11 Kg/H = 2.80811Ton/H

Capacidad máxima de secado = 2.80811Ton/H

A continuación se presenta una serie de tablas que muestran la capacidad, tiempos de retención y parámetros de operación del secador; para

diferentes gradientes de temperatura.

Eliminando un 10% (Temperatura de salida del secador =90 oC)

Humedad final en bagazo (base

húmeda)

Espezor de película de

bagazo (cm)

Q necesario para

evaporación (KJ)

Tiempo de

secado H

Vel. Angular en motor

(RPM)

Vel. Angular en motor en conductor

(Hertz)

Caudal de entrada Ton/H

Ton agua evaporada

/h

0.40 0.23 169804.63 0.02 1806.60 60.22 16.85 2.81

0.40 0.24 177187.44 0.03 1731.33 57.71 16.85 2.81

0.40 0.25 184570.25 0.03 1662.07 55.40 16.85 2.81

0.40 0.26 191953.06 0.03 1598.15 53.27 16.85 2.81

0.40 0.27 199335.87 0.03 1538.96 51.30 16.85 2.81

0.40 0.28 206718.69 0.03 1483.99 49.47 16.85 2.81

0.40 0.29 214101.50 0.03 1432.82 47.76 16.85 2.81

Eliminando un 10% (Temperatura de salida del secador = 100 oC)

Humedad final en bagazo (base

húmeda)

Espezor de película de

bagazo (cm)

Q necesario para

evaporación (KJ)

Tiempo de

secado H

Vel. Angular en motor

(RPM)

Vel. Angular en motor conductor

(Hertz)

Caudal de entrada Ton/H

Ton agua evaporada

/h

0.40 0.18 132890.58 0.03 1750.64 58.35 12.78 2.13

0.40 0.19 140273.39 0.03 1658.50 55.28 12.78 2.13

0.40 0.20 147656.20 0.03 1575.58 52.52 12.78 2.13

0.40 0.21 155039.01 0.03 1500.55 50.02 12.78 2.13

0.40 0.22 162421.82 0.03 1432.34 47.74 12.78 2.13

0.40 0.23 169804.63 0.03 1370.07 45.67 12.78 2.13

Eliminando un 10% (Temperatura de salida del secador = 110 oC)

Humedad en bagazo (base

húmeda)

Espezor de película de

bagazo (cm) Q necesario para evaporación (KJ)

Tiempo de secado

H

Vel. Angular en motor

(RPM)

Vel. Angular en motor conductor

(Hertz)

Caudal de entrada Ton/H

Ton agua evaporada

/h

0.40 0.12 88593.72 0.03 1781.97 59.40 8.67 1.45

0.40 0.15 110742.15 0.03 1425.58 47.52 8.67 1.45

0.40 0.18 132890.58 0.04 1187.98 39.60 8.67 1.45

0.40 0.22 162421.82 0.05 971.99 32.40 8.67 1.45

0.40 0.25 184570.25 0.05 855.35 28.51 8.67 1.45

0.40 0.30 221484.31 0.06 712.79 23.76 8.67 1.45

Eliminando un 10% (Temperatura de salida del secador = 115 oC)

Humedad en bagazo (base

húmeda)

Espezor de película de

bagazo (cm) Q necesario para evaporación (KJ)

Tiempo de secado

H

Vel. Angular en motor

(RPM)

Vel. Angular en motor conductor

(Hertz)

Caudal de entrada Ton/H

Ton agua evaporada

/h

0.40 0.10 73828.10 0.03 1630.62 54.35 6.61 1.10

0.40 0.20 147656.20 0.05 815.31 27.18 6.61 1.10

0.40 0.30 221484.31 0.08 543.54 18.12 6.61 1.10

0.40 0.40 295312.41 0.11 407.66 13.59 6.61 1.10

0.40 0.50 369140.51 0.14 326.12 10.87 6.61 1.10

0.40 0.60 442968.61 0.16 271.77 9.06 6.61 1.10

La siguiente tabla muestra el calor generado por los gases de combustión (para diferentes gradientes de temperatura), dato que se utilizó para

determinar el tiempo de secado y parámetros de funcionamiento del secador.

Calor generado por gases de combustión

Temperatura de gases salida de economizador oC

Temperatura de gases en salida del secador oC

Diferencia de entalpías

Caudal másico (kg/H)

Calor generado (KJ/H)

131 90 50.7465 134,963 6848899.88

131 100 38.4845 134,963 5193983.574

131 110 26.1155 134,963 3524626.227

131 115 19.9145 134,963 2687720.664

1.5 Cálculo de capacidad de alimentación de alimentador en secador

Análisis geométrico (según plano de alimentadores) Triángulo grande

A 4.6053871.907614

2 , Solution is: 4. 3927 plg2

Sección circular 1

A /16 2.5100392 , Solution is: 1. 2371 plg2

Triángulo mediano

A .836416.346455

2 , Solution is: 0.14489 plg2

Triángulo pequeño

A .143506.346455

2 , Solution is: 2. 4859 102 plg2

Sección circular 2

A /16 1.5301172 , Solution is: 0.4597plg2

Rectángulo con sección (dentro)

A 1.2371 0.4597 2. 4859 102 0.14489 , Solution is: 0.60765plg2

Rectángulo dentro y fuera

A .375 3.329505 , Solution is: 1. 2486 plg2

Rectángulo (fuera)

A 1.2486 .60765 , Solution is: 0.64095plg2

Rectángulo (mitad)

A .904652 1.907614 , Solution is: 1. 7257plg 2

Área efectiva

A 4. 3927 1.2371 .64095 1.7257 4 , Solution is: 16. 961plg 2

Volumen (longitud de tambores = 53.57 plg)

57.53961.16 V , Solution is: 582.908 plg3

33 100/54.2582.908 V , Solution is: 014889.0 m3

328.3014889.0 V , Solution is: 525396.0 p3

Ecuación para determinar el flujo másico de bagazo en secador

NsrecuchillaespacioentVm **#.

, Solution is: 0317.42 lbm (en una revolución) (1)

Donde:

V= Volumen del secador entre cuchillas (p3)

#Espacio entre cuchillas = la cantidad de espacios entre cuchillas (8, ya que están colocadas a 45o en los tambores).

= densidad del bagazo (10 lbm/p3)

N= Velocidad angular (RPM)

Entonces, en una revolución tenemos:

33 /108525396.0 plbmpm , Solution is: 0317.42 lbm

En 20 revoluciones por minuto (capacidad máxima de reductor),

20*/108525396.0 33 plbmpm , Solution is: 634.840 lbm/min

Convirtiendo a horas y toneladas métricas

634.840 Lbm/min * 60 min/1hr * 1 Ton / 2,200 lbm = 22.9264 Ton/hrs

La capacidad de flujo másico máximo del secador es 22.9264Ton/hrs Despejando de la ecuación (1) la velocidad de giro, tenemos:

)*#/(.

srecuchillaespacioentVmN

La siguiente tabla muestra la velocidad de rotación de alimentadores a distintas demandas

Velocidad de giro de reductor y motor respecto a una demanda de alimentación

Toneladas de alimentación por hora RPM del reductor Ratio RPM del motor Velocidad de giro (Hz)

11.87 10.35 84.60 875.35 30.01

14.21 12.39 84.60 1047.91 35.93

10.89 9.49 84.60 803.08 27.53

15.99 13.94 84.60 1179.13 40.43