Dimensionamiento y Construcción de un Secador por...

Diseño y construcción de un secador piloto con atomizador rotatorio. Parte II

RESUMEN

Se elaboraron los planos de construcción de la cámara de secado, del ciclón

separador, del calentador de resistencias y de las tuberías de ensamblaje.

También se llevó a cabo el cálculo, especificación y selección de los equipos

periféricos como: soplador de aire, atomizador, bomba peristáltica, compresor de

aire, panel de instrumentación y control, y frascos recolectores de polvo.

El montaje y ensamblaje, así como la operación y mantenimiento del equipo de

secado fueron elaborados.

El secador diseñado puede emplear tanto boquillas de aspersión como

atomizadores rotatorios. Puede procesar productos alimenticios, farmacéuticos y

biológicos con una capacidad de secado de 1 a 10 L/h de producto líquido

alimentado. INTRODUCCIÓN

En el informe 2007 “Diseño y construcción de un secador piloto con atomizador

rotatorio. Parte I”, se desarrolló la secuencia de cálculo para el diseño y

dimensionamiento de la cámara de secado; este dimensionamiento se llevó a

cabo para cada uno de los atomizadores utilizados en el secado por aspersión:

boquillas neumáticas, boquillas a presión y atomizadores rotatorios. El diseño fue

de tal forma que el cálculo de la cámara de secado pudiera servir para emplear

cualquiera de los tres tipos de aspersor.

En esta segunda parte del proyecto, se elaborarán los diagramas de construcción,

montaje, operación y mantenimiento del equipo de secado, así como la selección

de todos los componentes periféricos del equipo de secado.


RESULTADOS Y DISCUSIÓN 1. Componentes del equipo de secado Diseño de la Cámara de secado.

En el informe 2007 parte I, se muestra la secuencia de cálculo que se desarrolló

para la obtención de las dimensiones de la cámara de secado, y en las figuras 1 y

2 se muestran las dimensiones de la misma:

Figura 1. Dimensiones de la cámara de secado

El fondo cónico de la cámara tiene una salida central (B) la cual será conectada al

frasco I recolector de polvo grueso, mientras que la salida (C) se conectará a

través de una tubería con el ciclón separador de polvos finos.


C

B

Figura 2. Vista inferior de la cámara de secado

En la figura 3 se presenta la tapa de la cámara de secado y en su centro está una

perforación de 20 cm de diámetro (A) para ensamblar el calentador de aire.

A

Figura 3. Tapa abatible de la cámara de secado


Diseño del ciclón separador.

Una vez que se ha llevado a cabo el proceso de secado es fundamental la

recuperación del producto, éste estará compuesto por partículas de diversos

tamaños, por lo cual hay que proveer al equipo de un separador ciclónico capaz

de recuperar la mayor parte de estas partículas.

El separador ciclónico tiene como principal finalidad la recolección de polvos finos

y medianos, ya que en la base de la cámara de secado se encuentra colocado un

frasco de cristal que recolectará las partículas gruesas que caerán por su propio

peso.

La secuencia de cálculo inicia tomando el valor dado por Foyed (1984) que

involucra flujo de aire y diámetro del separador ciclónico. De esta relación es

posible conocer el diámetro como se muestra en la ecuación 1. A partir de este

diámetro calculado, se lleva a cabo la determinación de las medidas restantes, con

base a las relaciones mostradas en el cuadro 1.

( )1.......................................................................................................zQD =

donde:

D - Diámetro del ciclón (m) Q - Flujo volumétrico de aire (m3/h) z - Velocidad de aire (m/h)

Cuadro 1. Relaciones de los diferentes tipos de separador ciclónico (Foyed, 1984).

Dimensiones características

Tipo de Ciclón

Eficiencia D a/D b/D De/D S/D h/D H/D B/D C Q/D2 (m/h)

Stairmand Alta eficiencia

1 0.5 0.20 0.5 0.5 1.5 4.0 0.375 55.1 5500Swift 1 0.44 0.21 0.4 0.5 1.4 3.9 0.4 64.6 4940

Lapple Baja eficiencia

1 0.50 0.25 0.5 0.625 2.0 4.0 0.25 50.4 6860Swift 1 0.50 0.25 0.5 0.6 1.75 3.75 0.4 47.7 6680

C – parámetro geométrico para el cálculo de la eficiencia.


En la figura 4 se ilustra el significado de las dimensiones características

mostradas en el cuadro 1.

a - Altura de la entrada del aire al ciclón

b - Ancho de la entrada del aire al ciclón

B - Diámetro de la salida de polvos

D - Diámetro del ciclón De - Diámetro del tubo de salida del

aire h - Altura de la zona cilíndrica

H - Altura del ciclón S - Altura del tubo de salida del aire

Figura 4. Separador ciclónico con sus dimensiones características.

Una vez estimadas las dimensiones se lleva a cabo el cálculo de las eficiencias de

cada tipo de separador ciclónico siendo necesario estimar primero la velocidad de

entrada del aire a partir de la ec. 2 (Foyed, 1984).

( )2................................................................................................b*a

Qiv ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

donde:

vi - Velocidad de entrada del aire (velocidad tangencial) (m/s) a - Altura de la entrada de aire al ciclón (m) b - Ancho de la entrada de aire al ciclón (m)


Después se calcula la velocidad de salto, que representa la velocidad a la cual las

partículas secas son reincorporadas al flujo de aire; por lo que fue necesario llevar

a cabo el cálculo de la relación entre el ancho donde entra el aire y el diámetro del

ciclón como se muestra en la ec. (3) (Foyed, 1984).

( )3..........................................................................................................Dbr =

donde:

r - Relación adimensional del ancho de la entrada de aire y diámetro del ciclón

A partir de la ecuación 4 se calcula la velocidad de salto y con la ecuación 5 se

calcula el exponente de vortex (Foyed, 1984).

( ) ( )( ) ( )4...........................................................

ρρμ

r1r2400Dv 2

a

pa0.2

0.2is

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

−=

donde:

vis - Velocidad de salto (m/s) μa - Viscosidad del aire (kgas/m.s) ρa - Densidad de aire (kgas/m3) ρp - Densidad de la partícula (kgss/m3)

( )5..............................................................................................0.67Dn 0.14=

donde:

n - Exponente de vortex

Una vez realizados los cálculos anteriores se sustituyeron en la ecuación 6 para

determinar el parámetro inercial.

( ) ( )6..................................................................................Dμ18

1nvρdΨ

a

ip2s

⋅⋅

+⋅⋅⋅=


donde:

ψ - Parámetro inercial

ρp - Densidad de la partícula ds

- Diámetro de la partícula

Determinado este parámetro es posible a partir de la ecuación 7, el cálculo de las

eficiencias de los diferentes ciclones, lo cual se realizó para dos tamaños de

partícula (5 y 10 micrones).

( ) ( )( )7.................................................................................η

22n1ψ*c2

e1⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

=+

−

donde:

η - Eficiencia de partícula de tamaño único c - Parámetro geométrico del ciclón ψ - Parámetro inercial

Las eficiencias determinadas con las ecuaciones anteriores fueron muy similares

para todos los ciclones, aproximadamente de 85% ± 1 de recuperación para

tamaños de partículas de 5 micrones y de 96% ± 1 de recuperación para tamaños

de partículas de 10 micrones, por lo que dichas eficiencias no fueron consideradas

como un parámetro de selección del tipo de separador ciclónico.

Por lo tanto cualquiera de los cuatro tipos de separador ciclónico podría

seleccionarse para el secador por aspersión, sin embargo, se seleccionó el tipo

Lapple ya que es uno de los más utilizados en equipos a nivel laboratorio y piloto.

Finalmente en la figura siguiente se muestran las dimensiones del ciclón, donde la

entrada lateral del ciclón (G) será conectada a través de una tubería con la salida

lateral del fondo cónico de la cámara de secado, mientras que la salida inferior del

ciclón (D) se conectará con el frasco II recolector del polvo fino seco.


G

D

Figura 5. Dimensiones del ciclón separador

Selección del Aspersor

El secador por aspersión fue diseñado para que utilice tanto una boquilla

neumática, ó un atomizador rotatorio.

En el caso de la boquilla neumática, se seleccionó una de tipo doble fluido y

mezclado interno que requiere de aire a presión para asperjar el fluido a secar,

dicho aire será proporcionado por un compresor del cual se detallan sus

características más adelante. Esta boquilla se eligió ya que proporciona las

siguientes ventajas (Spraying Sistem, 2001):

♦ Es eficaz para los líquidos viscosos

♦ Facilidad para reemplazarlas y fácil mantenimiento

♦ Todos los componentes de la boquilla se desarman y limpian fácilmente


♦ Proporciona un grado fino de aspersión.

El modelo de la boquilla elegida y sus dimensiones se presentan en las figuras 6 y

7; la base de la boquilla (H) se conectará en la parte superior del calentador.

6 1. Anillo de retención 2. Boquilla de aire 3. Boquilla de líquido 4. Anillo en ¨O¨ 5. Cuerpo de boquilla 6. Boquilla con extensión

Figura 6. Componentes de la boquilla neumática

H

Figura 7. Dimensiones de la boquilla neumática


Para el caso del uso de un atomizador rotatorio, su diámetro puede ser de 5 a 10

cm, velocidad de giro de 10 mil a 50 mil rpm y ventanas de 12 a 24 unidades.

Selección del Soplador de aire

El soplador es el equipo que va a suministrar el aire que posteriormente será

calentado a través de un sistema de resistencias para llevar a cabo el proceso de

secado. Este soplador debe tener un flujo suficiente, capaz de soportar las caídas

de presión que le provocan las resistencias la tubería, la cámara de secado y

ciclón. De tal forma se determinó 100 mm columna de agua de presión requerida

para el equipo diseñado y un flujo máximo de 400 m3/h, condiciones en la Ciudad

de México.

Una vez conocidas las condiciones críticas de trabajo de este soplador se

consultaron gráficas de equipos comerciales que pudiesen cumplir con las

características necesarias para el equipo diseñado y la gráfica que mejor se ajustó

a dichas condiciones es la del soplador Soler & Palau, modelo CST – 800, la cual

se muestra en la figura 8. A continuación en el cuadro 2 se muestran las

características técnicas del soplador elegido

Cuadro 2. Características técnicas del soplador CST – 800

Velocidad 3450 rpm Potencia 1.0 HP Diferencia de potencial requerido 220 – 440 V Consumo de corriente eléctrica 2 A Flujo de aire 0 a 500 m3/h Presión de descarga 0 a 140 mm

de H2O

10


E

Figura 8. Dimensiones del soplador CST – 800

Diseño de la Tubería del soplador y válvula de mariposa

La descarga del soplador (E) se conecta a la tubería 2, la cual a su vez se

conectará a la entrada del calentador (F). Las conexiones son de tipo clamp para

su fácil desarmado, en la figura 9 se muestran las medidas de esta tubería.

Para regular el flujo de aire de secado fue necesario colocar una válvula tipo

mariposa en la tubería 2, la cual nos permitirá manejar 6 diferentes flujos de aire y

estos pueden ser calibrados mediante el uso de un anemómetro. La válvula de

mariposa se muestra en la figura 10.

11


Conexión tipo clamp

E

Válvula tipo mariposa

F

Figura 9. Dimensiones de la tubería 2.

12


Lámina obstructora

Escala de flujos

Figura 10. Válvula tipo mariposa Diseño del Calentador de resistencias

Para llevar a cabo el calentamiento del aire de secado se utilizan resistencias

eléctricas en espiral soportadas en una base de cerámica, la cual se encuentra

dentro de un tubo de acero inoxidable. Para el diseño de este calentador fue

necesario estimar la cantidad de calor que requiere el sistema diseñado y se

calculó con la siguiente ecuación:

( )8................................................................................)T(TCFQ 21pamrequerido −⋅⋅=

Qrequerido - Flujo de calor para el sistema de calentamiento Fm - Flujo masa de aire de secado (350 kg/h) Cpa - Capacidad calórica del aire seco (1005 J/kg K) T1 - Temperatura ambiente (298 K) T2 - Temperatura máxima de secado (423 K)

La ecuación anterior nos indica que el secador por aspersión necesita un flujo de

calor de 13 kw para poder calentar el aire a la temperatura máxima utilizada en el

diseño. En la figura 11 se muestra el diseño y las dimensiones del calentador; la

base (A) será conectada con la tapa de la cámara de secado a base de

atornillamiento, la entrada del calentador (F) se conecta mediante pinza tipo

13


clamp con la tubería 2, y en la entrada superior (H) se conectará la boquilla

neumática.

A

F

H

Figura 11. Dimensiones del calentador

Diseño de la Tubería del ciclón separador

La entrada del ciclón separador (G) se conecta a la tubería 1, la cual a su vez se

conectará a la salida lateral del fondo de la cámara de secado (C). Las conexiones

14


son de tipo clamp para su fácil desarmado, en la figura 13 se muestran las

medidas de esta tubería.

C

G

Figura 12. Dimensiones de la tubería 1

Selección de la Bomba peristáltica

Para seleccionar la bomba de alimentación fue necesario tomar en cuenta ciertos

parámetros como son: gastos volumétricos (máximos y mínimos) y características

15


de los líquidos: viscosidad, temperatura, presión de vaporización del líquido a la

temperatura de bombeo, densidad, material en suspensión (tamaño y naturaleza),

condiciones de abrasión y contenido de impurezas. Los flujos requeridos para el

secador diseñado se encuentran en un orden de 1.0 a 10 L/h. Por lo tanto la

bomba peristáltica seleccionada fue de la marca Master Flex modelo L/S 17, está

constituida por un cabezal y un controlador de velocidad de bombeo (figura 13).

Este modelo tiene la ventaja de llevar a cabo el ajuste del cabezal para la

variación de flujo con el cambio del diámetro de las mangueras utilizadas.

Figura 13. Bomba peristáltica de flujo variable

Selección del Compresor

El compresor es parte importante para la formación de la aspersión en la boquilla,

por lo tanto, es conveniente seleccionarlo de forma adecuada. El compresor

seleccionado es el modelo T045ME075-P de la marca EVANS (figura 14), ya que

cumple con las características de flujo y presión requeridas por la boquilla

neumática para una aspersión óptima. Este compresor tiene un diafragma de

teflón por lo que suministra aire comprimido libre de aceite.

Flujo de aire 2.5 cfm

Potencia 3/4 HP

Presión máxima 125 psi

Figura 14. Compresor de aire para la aspersión

16


Selección de los frascos recolectores de polvos

Durante el secado se obtienen dos tipos de polvo seco, el grueso y el fino. El polvo

seco grueso se obtiene en la parte central del fondo de la cámara de secado y se

recoge en el frasco 1, mientras que el polvo seco fino se obtiene en la salida

inferior del separador ciclónico y se colecta en el frasco de cristal 2. En la siguiente

figura se presenta las dimensiones de estos frascos.

Figura 15. Dimensiones de los frascos de cristal

2. Ensamblaje del equipo de secado Una vez que se han presentado todos los componentes del equipo de secado por

aspersión, se procederá a su conexión, armado y ensamblaje.

La cámara de secado está dispuesta en dos partes: el cuerpo cilíndrico con fondo

cónico y la tapa superior abatible, todas estas partes en lámina de acero

inoxidable 304 de 3 mm de grosor. Con este tipo de tapa será fácilmente la

limpieza y revisión interna de la cámara. En la figura 16 se muestran estas

primeras partes del secador.

17


Figura 16. Cámara de secado y tapa superior abatible

A continuación se conectará el calentador en la parte central de la tapa abatible,

esta conexión será a través de la sujeción con 6 tornillos de ½ pulgada de grosor,

una pulgada de longitud y de cabeza hexagonal de ½ pulgada. Dentro del

calentador cilíndrico de acero inoxidable 304 de 3mm, se colocarán las

resistencias eléctricas con una capacidad de 13 Kw cuyas conexiones se

dispondrán en la parte superior. El cable de la corriente eléctrica para la

resistencia será trifásico (220 V y 10 A) para evitar sobrecalentamiento. También

en su parte superior se conectará la boquilla de neumática introduciéndola a

presión y sujeción interna para evitar su balanceo. En la siguiente figura se

presentan estos pasos.

18


CALENTADOR

BOQUILLA NEUMÁTICA

CONEXIÓN ATORNILLABLE

Figura 17. Ensamblaje de calentador y boquilla neumática

Posteriormente se conecta el extremo libre del calentador, a través de la conexión

tipo clamp de 3 pulgadas con su respectiva pinza, con la tubería 2 en el extremo

del codo de 90 º. A su vez, esta misma tubería 2 se conecta en su otro extremo

recto con el soplador de aire, también con una conexión tipo clamp. El soplador

estará a nivel de piso y estará sujetado a él con taquetes expansivos para tornillos

tipo “pija” de ½ pulgada y 2 pulgadas de largo y con cabeza atornillable tipo “cruz”.

En la figura 18 se representan estas partes que se han ensamblado.

19


TUBERÍA 2

VÁLVULA MARIPOSA

CONEXIÓN TIPO CLAMP


SOPLADOR DE AIRE

Figura 18. Ensamblaje de soplador y tubería 2

En la figura 19 se muestra el montaje del ciclón separador y el ensamblaje de la

tubería 1. El separador ciclónico de cristal de borosilicato será sujetado por medio

de dos abrazaderas con empaque de amortiguamiento, las que a su vez estarán

soldadas al cuerpo de la cámara. La conexión tipo clamp de 3 pulgadas del ciclón

separador se conectará a la tubería 1, por el extremo del codo de 90º de esta

última. La parte recta de esta tubería 1 se conectará con la salida lateral del fondo

cónico de la cámara de secado, la conexión es de tipo clamp de 3 pulgadas con su

pinza de sujeción respectiva.

20



CICLÓN SEPARADOR

TUBERÍA 1


Figura 19. Ensamblaje de ciclón y tubería 1

Los frascos recolectores de polvos gruesos y finos serán colocados como se

indica en la figura 20. Como ambos frascos son idénticos se pueden colocar

indistintamente. Se empleará una conexión tipo clamp de 3 pulgadas de diámetro

por un extremo y por el otro un tramo recto de 2 pulgadas de diámetro y 3 cm de

longitud; esta conexión será de acero inoxidable 304. Por el tramo recto y corto de

esta conexión se introducirá a presión la boca del frasco con tapa, mientras que el

tramo clamp se conectará a la salida central del fondo de la cámara, quedando de

esta forma sujetado el frasco recolector de polvo grueso. El segundo frasco será

introducido a presión, por su boca con tapa, a la salida recta de 3 cm del ciclón

separador para recolectar el polvo fino.

21


FRASCO 1

FRASCO 2

Figura 20. Ensamblaje de los frascos de cristal

Finalmente se conectarán los puertos de la boquilla neumática. El líquido del

producto a secar contenido en algún recipiente será succionado por la manguera

de la bomba peristáltica, y el otro extremo de la manguera será conectada al

puerto de alimentación de la boquilla. Para lograr la aspersión del líquido

alimentado, se conectará la manguera de salida del compresor de aire al puerto de

entrada de aire de la boquilla. Estas conexiones se esquematizan en la siguiente

figura.

22


ENTRADA DE AIRE DEL COMPRESOR

ENTRADA DE LÍQUIDO DE LA BOMBA

Figura 21. Conexión de las entradas de la boquilla neumática

3. Operación del equipo de secado.

1. Verificar que el producto líquido a secar no contenga sólidos en suspensión.

Colocar la manguera de succión de la bomba peristáltica hasta el fondo del

recipiente que contiene el líquido a secar. Conectar la descarga de la

manguera al puerto de alimentación de líquido de la boquilla neumática.

2. Conectar la manguera de salida del aire del compresor al puerto de

alimentación de aire de la boquilla neumática. Sobre esta manguera debe

colocarse un filtro de aire tipo cartucho con diámetro de poro de la membrana

de 5 a 10 µm para que entre aire limpio para la aspersión.

3. Conectar a la corriente eléctrica el panel de control (debe prenderse el foco

correspondiente). Encender el interruptor general para energizar el panel (debe

prenderse el foco respectivo).

23


4. Encender el interruptor del soplador de aire (posición 1) y luego encender el

arrancador del soplador para iniciar el suministro de aire hacia el secador

(posición 1 y debe prenderse el foco correspondiente). Colocar la válvula de

mariposa en la posición deseada para conocer el flujo de aire que se está

trabajando (entre 50 y 400 m3/h).

5. Encender el interruptor del calentador (posición 1 y debe encenderse su

respectivo foco). Fijar la temperatura de calentamiento de trabajo (entre 100

y 200 ºC) en el controlador digital de temperatura a través de la calibración del

set-point. Como el aire está a temperatura ambiente (25 ºC) a la entrada del

calentador, le llevará a éste un determinado tiempo en calentarlo hasta la

temperatura establecida. Observar el aumento de la temperatura en el

indicador digital del panel de control, cuando se alcance la temperatura

deseada el foco del calentador se apagará indicando el corte de energía

eléctrica del calentador.

6. Cuando se haya alcanzado la temperatura de trabajo comenzar a alimentar el

aire presurizado a la boquilla neumática encendiendo el interruptor del

compresor (posición 1 y debe iluminarse su foco respectivo foco). Ajustar la presión al valor deseado (entre 15 y 60 psi del indicador manométrico) a

través de la válvula reguladora correspondiente.

7. Ya ajustada la presión de trabajo del aire para la aspersión, comenzar a

alimentar el líquido a secar encendiendo el interruptor de la bomba

peristáltica (posición 1 y debe prenderse su foco) y ajustar el flujo de alimentación al valor deseado (entre 1 y 5 L/h).

8. Habiendo ajustado las condiciones de trabajo el equipo trabajará

automáticamente durante el tiempo necesario para secar un determinado

volumen de producto líquido. A su vez se irá colectando el producto seco en

polvo en ambos frascos recolectores.

9. Al finalizar la operación de secado, inmediatamente pasar un litro de agua

destilada por la boquilla neumática, con la finalidad de limpiar el sistema de

aspersión, bajo las mismas condiciones de operación pero reduciendo el flujo

de alimentación del agua a la tercera parte del flujo de alimentación, esto

24


último con la finalidad de evitar la humectación del producto seco ya obtenido.

Por lo que también e inmediatamente deben separarse los frascos recolectores

del equipo de secado; el equipo puede seguir trabajando sin estos. Recupere

el producto seco y cuantifique su peso, guárdelo en un recipiente limpio y

verifique su contenido de humedad. Lavar los frascos al chorro del agua y con

escobillón y enjuagar con agua destilada.

10. Al terminarse el agua destilada bajar a cero el flujo de la bomba peristáltica a

través de su variador de velocidad y apagar su interruptor poniéndolo en la

posición cero (debe apagarse su foco en el panel de control).

11. Bajar a cero la presión del aire de aspersión cerrando la válvula

correspondiente y apagar el compresor de aire (posición cero y debe apagarse

su foco).

12. Apagar el calentador colocando su interruptor en la posición cero (debe

apagarse su foco) y continuar con el suministro de aire del soplador hasta

disminuir la temperatura de la cámara a un valor de 40ºC.

13. Apagar el soplador de aire poniendo su interruptor en la posición cero (debe

apagarse su foco).

14. Desmontar el ciclón separador: primero separar la tubería 1 de las conexiones

tipo clamp quitando las respectivas pinzas, y después aflojar las abrazaderas

que sostienen el ciclón. Recuperar el polvo adherido en el interior del ciclón y

de la tubería, cuantifique su peso. Lavar el ciclón y la tubería 1 al chorro del

agua y con escobillón; ya limpios, enjuagar con agua destilada.

15. Desmontar la tubería 2 quitando las pinzas tipo clamp de sus conectores.

16. Abrir la tapa abatible de la cámara de secado con todo y el calentador. Limpiar

el interior de la cámara a chorro de agua y con escobillón; el agua de lavado

saldrá libremente por las descargas del fondo de la cámara. Ya limpia,

enjuagar con agua destilada.

17. Cerrar la tapa abatible de la cámara y asegurarla con su palanca. Conectar la

tubería 2 al calentador y al soplador de aire.

25


18. Montar el ciclón en sus abrazaderas. Conectar la tubería 1 al ciclón y a la

salida lateral del fondo de la cámara. Colocar los frascos recolectores en sus

respectivos lugares. En la siguiente figura puede verse el equipo completo.

Figura 22. Equipo de secado completo

26


4. Instrumentación del equipo de secado

La instrumentación se considera la etapa final del diseño del secador por

aspersión, ya que una vez establecidas las variables del proceso, se deben

encontrar los instrumentos adecuados para el mantenimiento y control de las

mismas.

En la figura 23 se muestra de forma general el esquema básico de

instrumentación del secador por aspersión diseñado, donde se puede observar

que el calentador R-130, cuenta con un indicador-controlador on-off, el cual tiene

la función de indicar y controlar la temperatura de entrada del aire a la cámara de

secado a través de la comparación de un valor previamente establecido, de esta

forma cuando no se llega o sobrepasa el valor deseado el sistema de control toma

una acción de corrección de acuerdo con la desviación existente sin que el

operador intervenga en absoluto. Las mediciones de temperatura son registradas

por el indicador – controlador a través de un termopar tipo “J” de hierro

constantán, que tiene un intervalo de medición de –40ºC a 750ºC, los cuales

fueron colocados en la salida del calentador y en la tubería 1 que conecta con la

salida lateral del fondo de la cámara.

El sistema de aspersión presentado se encuentra constituido por la boquilla de

neumática, el compresor y la bomba peristáltica. El compresor P-112, cuenta con

un controlador de presión manual que regula la entrada de aire a la boquilla, así

como un indicador de presión de doble escala; la bomba peristáltica P-111, cuenta

con un controlador manual para regular el flujo de alimentación.

Finalmente el aire para el secado es suministrado por el soplador S-140 y pasa

por el calentador R-130, por lo que fue necesaria la colocación de una válvula de

flujo manual de tipo mariposa que tiene seis posiciones para la regulación del flujo.

27


S – 100 Cámara de secado P - 112 Compresor de aire

C – 200 Separador ciclónico R – 130 Calentador

B – 100 Boquilla neumática V – 140 Soplador de aire

P – 111 Bomba peristáltica

Figura 23. Esquema de la instrumentación básica del secador por aspersión

S - 100

S-140

TC

TY

TT

TE

TI

Controlador

Relevador

Transductor

2TN

Elemento primario de control

Indicador de temperatura en panel

2TC TI

2

FHV

P-111R-130

FHB

TT

TY2

2

2TE

C-200

Válvula manual de flujo de aire

Válvula manual de presión

Válvula manual de flujo de líquido

FHV

FHB

PHV

Reostato

Indicador de presiónPI

TN

3TI

TE3

B-110

P-112

1PI

1PHV

28


5. Costo del equipo de secado

Una vez diseñadas y seleccionadas las partes del secador por aspersión se llevó a

cabo la cotización de las mismas con diversos proveedores e importadores de los

cuales se eligieron a “Spraying Sistem”, importador y distribuidor de boquillas de

aspersión; “Al Motor, S.A. de C.V.” distribuidor de sopladores y extractores de aire,

“Control de Bombas y Motores S.A. de C.V.” distribuidor de bombas, motores y

compresores, y “Servicios y Manufacturas Cruz, esta empresa se encargó de la

construcción de la cámara de secado, ciclón, válvula de mariposa y estructura de

soporte del secador por aspersión. A continuación en el cuadro 3 se presenta el

costo de las partes que componen el equipo de secado por aspersión.

Cuadro 3. Costo del equipo de secado

Equipo (M.N.) Cámara de secado: cilindro, fondo y tapa 40,000.00 Estructura de soporte 5,000.00 Ciclón de vidrio borosilicato 15,000.00 Boquilla neumática 15,000.00 Calentador de resistencias 20,000.00 Compresor de aire 5,000.00 Soplador de aire 10,000.00 Bomba peristáltica 15,000.00 Tuberías con conexión tipo clamp 5,000.00 Panel de control e instrumentación 30,000.00

Subtotal 160,000.00 IVA 24,000.00

Total 184,000.00

29


30

CONCLUSIONES 1. El secador se desempeñará utilizando boquillas neumáticas ó boquillas de

presión ó atomizadores rotatorios. El secador tiene las siguientes

características: capacidad de procesamiento desde 1.0 hasta 10 litros por hora

de producto líquido a secar; calentamiento de aire hasta 300 ºC; aire de

secado con flujos de hasta 500 m3/h; y pueda secar productos como leche,

suero de leche, saborizantes, enzimas, fármacos, colorantes, detergentes,

emulsiones, jugos, caldos de fermentación, etc.

2. La significativa reducción del costo del secador diseñado con respecto a los

existentes en el mercado (reducción de hasta una quinta parte) permite a

pequeñas industrias y escuelas la adquisición de este equipo.

3. Al ser un equipo construido e instrumentado con partes y equipos fácilmente

adquiribles en México, el costo de su mantenimiento también es más bajo que

el de los equipos comerciales importados.

4. Asimismo, el secador piloto construido apoyará actividades básicas como la

enseñanza-aprendizaje, la investigación y el servicio externo de la Escuela

(podrían ingresar recursos económicos por concepto de pruebas de secado y/o

maquila de pequeños lotes de producción que solicitaran las diversas

empresas del ramo biotecnológico).

5. Con el equipo construido se iniciarán diversas líneas de investigación en el

campo del secado a nivel piloto como la modelación y simulación del fenómeno

así como el desarrollo de criterios de escalamiento.

IMPACTO El prototipo diseñado de secador por aspersión piloto es un equipo versátil para el

secado de una amplia variedad de alimentos, fármacos y productos biológicos. Su

costo es apenas una quinta parte de lo que cuesta un equipo comercial de marca.

La UPIBI cuenta y pone a disposición los planos de construcción para todos los

agentes interesados en la adquisición de un equipo de secado de estas

características.

Dimensionamiento y Construcción de un Secador por...

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